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1、（中职）机械工程材料第八章 工程材料的选用ppt课件教学目标教学目标教学目标教学目标：1、了解零件的失效形式和产生失效原因。、了解零件的失效形式和产生失效原因。2、掌握材料的选用原则、方法与选材。掌握材料的选用原则、方法与选材。3、理解按力学性能选材的一般方法与步骤。理解按力学性能选材的一般方法与步骤。机械工程材料第八章 工程材料的选用一一、零件的失效分析零件的失效分析机械工程材料专题一专题一工程材料的选用原则、方法及步骤工程材料的选用原则、方法及步骤1、失效失效 是指零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料是指零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去原设计的效能。的组织
2、与性能发生变化而失去原设计的效能。称为该零件失效。称为该零件失效。一般机械零件在以下三种情况都认为已失效一般机械零件在以下三种情况都认为已失效，（1）零件完全不能工作；零件完全不能工作；（2）零件虽能工作，但已不能完成指定的功能；零件虽能工作，但已不能完成指定的功能；（3）零件有严重损伤而不能再继续安全使用。零件有严重损伤而不能再继续安全使用。（1）断裂失效断裂失效（2）过量变形失效过量变形失效（3）表面损伤失效表面损伤失效2、失效形式失效形式 二、工程材料的选用原则二、工程材料的选用原则机械工程材料3、失效原因失效原因 （1）结构设计不合理结构设计不合理 （2）材料选材不合理材料选材不合理
3、（3）加工工艺不合理加工工艺不合理 （4）安装使用不正确安装使用不正确 应对零件的工作环境、工作条件，材料工艺性能、力学应对零件的工作环境、工作条件，材料工艺性能、力学性能、物理性能、经济性等多方面进行全面综合考虑。性能、物理性能、经济性等多方面进行全面综合考虑。1、工艺性能工艺性能（1）铸造性能）铸造性能；流动性、收缩性来衡量。铸铁中，灰铸铁好。流动性、收缩性来衡量。铸铁中，灰铸铁好。三、工程材料的选用方法三、工程材料的选用方法机械工程材料（3）焊接性：铝、铜合金焊接性差，铸铁基本不能焊，钢材可焊。）焊接性：铝、铜合金焊接性差，铸铁基本不能焊，钢材可焊。（2）锻造性能：塑性变形抗力衡量。低碳
4、钢性能优于高碳钢。）锻造性能：塑性变形抗力衡量。低碳钢性能优于高碳钢。（4）切削加工性：硬度在）切削加工性：硬度在170230HBS范围范围内切削加工性好。内切削加工性好。1、以综合力学性能为主时的选材以综合力学性能为主时的选材 （5）热处理工艺：淬透性的好坏，淬火是否变形、开裂等，还）热处理工艺：淬透性的好坏，淬火是否变形、开裂等，还 要考虑一定按工艺要求操作，如，加热温度高或低的问题。要考虑一定按工艺要求操作，如，加热温度高或低的问题。2、经济性经济性 考虑材料的价格、成本考虑材料的价格、成本。能否实现少工序、少切削，以提高经能否实现少工序、少切削，以提高经济效益。另外还要考虑济效益。另外
5、还要考虑在大量生产中，设备的寿命、加工质量等在大量生产中，设备的寿命、加工质量等。机械工程材料如：结构零件轴、杆、套类，承受动、静载荷作用宜选中碳钢，如：结构零件轴、杆、套类，承受动、静载荷作用宜选中碳钢，中碳合金钢中碳合金钢调质处理。调质处理。2、以疲劳强度为主时选材以疲劳强度为主时选材 如：曲轴，齿轮，弹簧，滚动轴承等承受交变载荷。可通过热如：曲轴，齿轮，弹簧，滚动轴承等承受交变载荷。可通过热处理工艺来提高性能，合理的零件结构，正确加工方法。处理工艺来提高性能，合理的零件结构，正确加工方法。3、以磨损为主时的选材以磨损为主时的选材 （1）对于）对于磨损较大，受力较小的零件，宜选用高碳钢或高
6、合金磨损较大，受力较小的零件，宜选用高碳钢或高合金钢并进行淬火钢并进行淬火+低温回火。低温回火。中碳钢中碳钢 调质或淬火调质或淬火+中温回火；中温回火；高碳钢高碳钢 淬火淬火+低温回火。低温回火。三、工程材料的选用步骤三、工程材料的选用步骤1、分析零件工作条件，提出关键性能要求分析零件工作条件，提出关键性能要求；2、同类产品的用材情况比较，进行调查研究同类产品的用材情况比较，进行调查研究；3、确定零件应具有的力学性能指标；确定零件应具有的力学性能指标；4、初步选出所用材料的牌号，确定热处理方法，进行强化初步选出所用材料的牌号，确定热处理方法，进行强化。5、对关键性零件投产前应先在实验室试验，是
7、否达到各项指对关键性零件投产前应先在实验室试验，是否达到各项指标标；必要时，还进行破坏性试验，检验材料性能。必要时，还进行破坏性试验，检验材料性能。（2）磨损同时受较大冲击力作用的零件，宜选低碳钢或低碳磨损同时受较大冲击力作用的零件，宜选低碳钢或低碳合金钢。渗碳后淬火合金钢。渗碳后淬火+低温回火。一般称低温回火。一般称“外硬里韧外硬里韧”，如：冷，如：冷冲模、汽车变速齿轮。冲模、汽车变速齿轮。机械工程材料机械工程材料专题二专题二典型零件的选材与工艺路线分析典型零件的选材与工艺路线分析三、三、选材依据选材依据 一、一、工作条件工作条件二、二、工作要求工作要求（3）齿根弯曲力；齿根弯曲力；（4）表
8、面磨损。表面磨损。（1）整体受冲击力；整体受冲击力；（2）齿面受接触压力；）齿面受接触压力；（3）轮齿的）轮齿的弯曲疲劳强度要高。弯曲疲劳强度要高。（2）心部有足够的强度、韧性；心部有足够的强度、韧性；（1）表面应有足够的硬度、耐磨性；表面应有足够的硬度、耐磨性；（1）低速、轻载荷齿轮宜选中碳钢，如低速、轻载荷齿轮宜选中碳钢，如45钢或钢或40Cr钢，钢，正火处理正火处理;低速中等、较大载荷宜选低速中等、较大载荷宜选45钢钢或或40Cr钢钢，调质处，调质处理理;重载荷宜选重载荷宜选45钢钢40Cr钢，调质后高频表面淬火处理钢，调质后高频表面淬火处理。机械工程材料 图图8-1汽车变速齿轮汽车变速
9、齿轮（2）中速：圆周速度中速：圆周速度610m/s一般载荷一般载荷,宜选宜选45钢、钢、40Cr调质、高频表面淬火处理调质、高频表面淬火处理。如：一般机床中的变速齿轮等。如：一般机床中的变速齿轮等。重载荷下，宜选重载荷下，宜选20Cr、20CrMnTi 经渗碳、淬火处理。经渗碳、淬火处理。（3）高速、重载荷、较大冲击的零件，宜选低碳合金钢；高速、重载荷、较大冲击的零件，宜选低碳合金钢；20CrMnTi、20Mn2B渗渗碳、淬火碳、淬火+低温回火。如：低温回火。如：汽车、拖拉机变速齿轮、后汽车、拖拉机变速齿轮、后桥齿轮等，如图桥齿轮等，如图8-1所示。所示。（4）低速、轻载大齿轮：低速、轻载大齿
10、轮：宜选灰铸铁或球墨铸铁宜选灰铸铁或球墨铸铁。机械工程材料 1 1、工作条件：、工作条件：该齿轮由于在工作中承受了重载荷和大冲击该齿轮由于在工作中承受了重载荷和大冲击作用，为了防止轮齿折断作用，为了防止轮齿折断,要求轮齿心部具有高的强度和韧性。要求轮齿心部具有高的强度和韧性。宜选用宜选用20Cr或或20CrMnTi渗碳钢。渗碳钢。举例一：汽车变速齿轮的选材，如图举例一：汽车变速齿轮的选材，如图8-2所示。所示。图图8-2汽车渗碳齿轮汽车渗碳齿轮机械工程材料 2、工艺路线、工艺路线 3、热处理工序作用、热处理工序作用正火：正火：均匀和细化组织，消除锻造应力均匀和细化组织，消除锻造应力，调整硬度。
11、，调整硬度。渗碳渗碳：提高表层的碳含量。：提高表层的碳含量。淬火淬火+低温回火：低温回火：提高齿面硬度提高齿面硬度和耐磨性和耐磨性。喷丸处理：使渗碳层表面压应力增大，提高疲劳强度喷丸处理：使渗碳层表面压应力增大，提高疲劳强度。解：解：1、根据已知条件，选、根据已知条件，选45钢。钢。2、选材要求：、选材要求：（1）选何种材料；选何种材料；（2）写出加工工艺路线；写出加工工艺路线；（3）说明各热处理工艺的作用。说明各热处理工艺的作用。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+低低温回火温回火喷丸处理喷丸处理 磨削磨削机械工程材料举例二：普通内燃机曲轴的选材，如图举例二：
12、普通内燃机曲轴的选材，如图8-3所示。所示。1 1、工作条件：、工作条件：（1）承受载荷传递动力承受载荷传递动力综合力学性能好。综合力学性能好。（2）交变弯曲应力，扭转应力交变弯曲应力，扭转应力疲劳强度高。疲劳强度高。（3）冲击、震动（有时过载）冲击、震动（有时过载）足够的韧性。足够的韧性。（4）高速旋转、较大摩擦高速旋转、较大摩擦较高硬度、耐磨性，刚度好。较高硬度、耐磨性，刚度好。图图8-3内燃机曲轴内燃机曲轴2、选材要求：、选材要求：（1）选何种材料；选何种材料；（2）写出加工工艺路线；写出加工工艺路线；3、热处理工序作用、热处理工序作用正火正火 细化晶粒，调整硬度，消除应力。细化晶粒，调
13、整硬度，消除应力。调质调质 提高综合力学性能。提高综合力学性能。局部局部淬火淬火+低温回火低温回火 提高轴面硬度。提高轴面硬度。花键高频感应淬火花键高频感应淬火+回火回火 提高花键部分硬度。提高花键部分硬度。解：解：1、根据已知条件，、根据已知条件，选用选用QT700-2钢。钢。2、工艺路线：、工艺路线：下料下料锻造锻造正火正火机械粗加工机械粗加工调质调质机械机械半精加工半精加工局部淬火局部淬火 +低温回火（锥孔及外锥体）低温回火（锥孔及外锥体）粗磨（外圆、粗磨（外圆、外锥体锥孔）外锥体锥孔）铣花键铣花键花键高频感应淬火花键高频感应淬火 +回火回火精磨（外圆、精磨（外圆、外锥体锥孔）外锥体锥孔）（3）说明各热处理工艺的作用。说明各热处理工艺的作用。机械工程材料