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1、工程材料与热加工基础工程材料与热加工基础第十二章零件毛坯的选择与材料的选用第十二章零件毛坯的选择与材料的选用机械工程系金工教研室2021/9/231第十二章零件毛坯的选择与材料的选用第十二章零件毛坯的选择与材料的选用材料选用的一般原则材料选用的一般原则选材的基本过程与失效分析选材的基本过程与失效分析典型零件的选材典型零件的选材零件毛坯的选择零件毛坯的选择2021/9/232 第一节第一节 材料选用的一般原则材料选用的一般原则1.材料的力学性能材料的力学性能:根据零件的工作条根据零件的工作条 件、损坏件、损坏(或失效或失效)形式形式,选择满足力选择满足力 学性能的材料。学性能的材料。2.材料的工
2、艺性能材料的工艺性能:对零件加工生产有对零件加工生产有 直接的影响直接的影响,甚至是决定性的。甚至是决定性的。3.材料的经济性材料的经济性:主要是性价比。主要是性价比。2021/9/233第二节选材的基本过程与失效分析第二节选材的基本过程与失效分析选择材料的基本过程选择材料的基本过程零件的失效分析零件的失效分析2021/9/234材料的相对价格材 料相 对 价 格材 料相 对 价 格碳素结构钢低合金结构钢优质碳素结构钢易切削钢合金结构钢铬镍合金结构钢滚动轴承钢弹簧钢11.21.71.41.521.71.932.12.91.61.9碳素工具钢低合金工具钢高合金工具钢高速钢铬不锈钢铬镍不锈钢普通黄
3、铜球墨铸铁1.41.52.43.75.47.213.515820132.42.92021/9/235一一.选择材料的基本过程选择材料的基本过程2021/9/236二二.零件的失效分析零件的失效分析1.定义定义:零件不能正常和安全的工作零件不能正常和安全的工作,即零件失效。即零件失效。2.原因原因结构或形状设计不合理。结构或形状设计不合理。材料的选择不合理。材料的选择不合理。加工工艺不合理。加工工艺不合理。安装与使用不合理。安装与使用不合理。2021/9/2373.形式形式过量变形失效过量变形失效过量弹性变形过量弹性变形过量塑性变形过量塑性变形断裂失效断裂失效韧性断裂韧性断裂应力腐蚀断裂应力腐蚀
4、断裂蠕变断裂蠕变断裂疲劳断裂疲劳断裂低应力断裂低应力断裂脆性断裂脆性断裂表面损伤失效表面损伤失效磨损磨损接触疲劳接触疲劳腐蚀腐蚀2021/9/238第三节第三节 典型零件的选材及工艺分析典型零件的选材及工艺分析机床主轴机床主轴汽车半轴汽车半轴机床齿轮机床齿轮汽车齿轮汽车齿轮2021/9/239一一.C616 416车床主轴车床主轴2021/9/2310一一)工作条件工作条件:1.该轴在滚动轴承中运转。该轴在滚动轴承中运转。2.承受中等负荷承受中等负荷,承受一定的冲击力。承受一定的冲击力。3.转速中等。转速中等。二二)技术要求技术要求:1.整体调质后硬度应为整体调质后硬度应为HB200230,金
5、相组金相组 织为回火索氏体。织为回火索氏体。2.内锥孔和外圆锥面处硬度为内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC4550,表面表面35mm内金相组织为回火屈氏体和内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。少量回火马氏体。3.花键部分硬度花键部分硬度HRC4850,金相组织同上。金相组织同上。2021/9/2311三三)选材选材:45钢。钢。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 钻中心孔钻中心孔 精车加工精车加工 铣键槽铣键槽 局部淬火局部淬火(锥孔及外锥体锥孔及外锥体)粗磨粗磨 滚铣花键滚铣花键 花键淬火花键淬火 精磨精磨 2021/9/
6、2312二二.YJ 130汽车半轴汽车半轴2021/9/2313一一)工作条件工作条件:1.该轴在上坡或启动时该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。承受较大扭矩。2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。3.承受反复弯曲疲劳应力。承受反复弯曲疲劳应力。二二)技术要求技术要求:1.杆部硬度杆部硬度HRC3744;盘部外圆硬度盘部外圆硬度HRC 2434;金相组织为回火索氏体和回火屈金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。氏体。2.弯曲度弯曲度:杆中部杆中部1.8mm;盘部跳动盘部跳动2.0mm。2021/9/2314三三)选材选材:40Cr、42CrMo、40CrM
7、nMo。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 盘部钻孔盘部钻孔 磨花键磨花键 2021/9/2315三三.C616机床齿轮机床齿轮一一)工作条件工作条件:1.工作负荷不太大。工作负荷不太大。2.中速运转中速运转(610m/s)。二二)技术要求技术要求:1.齿面硬度齿面硬度HRC4550,金相组织为回金相组织为回 火索氏体。火索氏体。2.齿心部硬度齿心部硬度HRC2225,金相组织为金相组织为 回火马氏体。回火马氏体。2021/9/2316三三)选材选材:40、45钢。钢。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料
8、 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 高频淬火高频淬火及低温回火及低温回火 精磨精磨 2021/9/2317四四.JN 150型载重汽车变速箱齿轮型载重汽车变速箱齿轮一一)工作条件工作条件:1.工作负荷大。工作负荷大。2.高速运转高速运转(1015m/s以上以上)。3.受冲击频繁受冲击频繁,磨损较严重。磨损较严重。二二)技术要求技术要求:1.齿面硬度齿面硬度HRC5862,金相组织为回金相组织为回 火马氏体火马氏体+合金碳化物合金碳化物+残余奥氏体。残余奥氏体。2.齿心部硬度齿心部硬度HRC3545,金相组织为金相组织为 回火马氏体回火马氏体(低碳低
9、碳)+铁素体铁素体+细珠光体。细珠光体。2021/9/2318三三)选材选材:20 CrMnTi 钢。钢。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 机械加工机械加工 渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火 喷丸喷丸 磨齿磨齿 2021/9/2319第四节毛坯制造方法选择的原则第四节毛坯制造方法选择的原则毛坯制造方法选择的指导思想；毛坯制造方法选择的适用性原则；毛坯制造方法选择的经济性原则；毛坯制造方法选择的可行性原则。2021/9/2320毛坯制造方法的分析与比较常用材料常用材料铸造毛坯的优缺点及应用；锻造毛坯的优缺点及应用；冲压件的优缺点及应用；2021/9/2321毛坯内
10、在质量的比较毛坯内在质量的比较 成型方法组织特征性能特点改善方法铸造铸态组织，晶粒粗大较差增加过冷度，变质处理等锻造再结晶组织，有锻造流线较好焊接熔焊接头组织复杂不均匀选择合适焊条、焊丝及热处理等压焊接头具有再结晶或加工硬化组织较好或不均匀钎焊接头具有和金铸态组织不均匀增加搭接面积，提高承载能力2021/9/2322毛坯内在成型工艺的比较毛坯内在成型工艺的比较成型方法工艺设计的基本问题依据铸造确定浇铸位置，选择分型面保证质量锻造确定锻造基本工序，确定分模面简化工艺焊接熔焊确定接头、坡口形式，选择焊条、焊丝或焊剂等压焊确定接头形式钎焊确定接头形式，选择钎剂等2021/9/2323毛坯的选择应用举例毛坯的选择应用举例2021/9/2324本章小结2021/9/2325