第十章 机械零件的选材及热处理工艺 工程材料教案.docVIP

第十章 机械零件的选材及热处理工艺 【重点内容】1.选材的原则及方法； 2.典型零件的选材及工艺路线制定； 【本章难点】 选材的原则及工艺过程的分析。 【基本要求】1.熟悉选材过程； 2.正确分析各热处理工序的作用； 在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。因为设计时不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且还要求材料具有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗等。 【选材的一般原则】 1．材料的机械性能： 在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标，查手册找出适合其性能要求的材料，这是保证零件经久耐用的先决条件。 如：一些轴类零件，工作条件（受力情况）是交变弯曲应力，扭转应力，冲击负荷、磨损。主要损坏形式是疲劳破析、过度磨损，要求的主要机械性能指标是屈服强度σ0.2，疲劳强度σ-1，硬度（HRC）。 因此，这些机械性能指标经常成为材料选用的主要依据。而且同时还应考虑到短时过载、润滑浪、材料内部缺陷等因素的影响。 在工程设计上，材料的机械性能数据一般是以该材料制成的试样进行机械性能试验测得的，它虽能表明材料性能的高低，但由于试验条件与机械零件实际工作条件有差异，即使这样，目前用此法来进行生产检验还是存在着一定的困难。生产中最常用的比较方便的检验性能的方法是检验硬度，因为硬度的检验可以不破坏零件，而且硬度与其它机械性能之间存在一定关系。因此零件图纸上一般以硬度作为主要的热处理技术条件。 如：σb与HB关系 低碳钢σb=3.6HB 高碳钢σb=3.4HB 合金调压钢σb=0.33HB 铸铁σb= σ0.2与σb关系 普通碳素钢σ0.2≈(0.5~0.55) δb 优质碳素钢σ0.2≈0.6δb 普通低合金钢σ0.2≈(0.65~0.75) δb 合金结构钢 σ0.2≈0.7δb σ-1与σb关系 钢(HRC＜40＝) σ-1≈(0.49±0.13) δb 铸铁 σ-1≈(0.3~0.5) δb 有色金属 σ-1≈(0.3~0.4) δb 2. 材料的工艺性能： 现代工业所有的机器设备，大部分是由金属零件装配而成的，所以金属零件的加工是制造机器的重要步骤。 用金属材料制造零件的基本加工方法，通常有下列四种：铸造、压力加工、焊接和机械加工。热处理是作为改善机械加工性和使零件得到所要求的性能而安排在有关工序之间。 材料的工艺性能的好坏对零件加工生产有直接的影响。几种重要的工艺性能如下： 铸造性能：包括流动性、收缩、偏析、吸气性等。 锻造性能：包括可锻性（塑性与变形抗力的综合）、抗氧化性、冷镦性、锻后冷却要求等。 机械加工性：包括光洁度，切削加工性等。 焊接性能：包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向等。 热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向。 机器上的钢制零件一般要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此在选材时要对材料的工艺性能加以注意。小批量生产工艺性能好压，不突出，尤其对大批量生产时，工艺性能则可以成为决定性的因素。比如24SiMnWV比20CrMnTi钢机械性能好得多，只因为其正火后硬度较高，切削加工性差，不能适于大批量生产的要求，不能采用。此外，在设计零件时，也要注意热处理工艺。如其结构形状复杂，应选用淬透性较好的钢材料，如油淬钢，它的变形较小。 一般说来，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般零件工作条件的要求，因此碳钢的用途较广，但它的强度还不够高，淬透性较差。所以，制造大截面、形状复杂和高强度的淬火零件，常选用合金钢，因为合金钢淬透性好，强度高。可是合金钢的锻造、切削加工等工艺性能较差。 3. 材料的经济性 在满足使用性能的前提下，选用零件材料时还应注意降低零件的总成本。（零件的总成本包括材料本身的价格和与生产有关的其它一切费用）。 在金属材料中，碳钢和铸铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢的铸铁（尤其是球墨铸铁），不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。 （低合金钢由于强度比碳钢高，总的经济效益比较显著，有扩大使用的趋势。） 此外，所选钢铁中应尽量少而集中，以便采购和管理。 总之，作为一个设计人员，选材时必须从实际出发，全局考虑机械性能、工艺性和经济性等方向问题。 【热处理技术条件的标注】 设计者应根据零件的工作特性，提出热处理技术条件 热处理零件一般在图纸上都以硬度作为热处理技术条件，对于渗碳的零件则还应标注渗碳深度。某些要求性能较高的零件则还需标注其它机械性能指标。 此外，在标注硬度的同时要写出相应的热处理工