《《金属材料与热处理》典型零件的选材原则及工艺路线设计(PPT).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《金属材料与热处理》典型零件的选材原则及工艺路线设计(PPT).ppt（99页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、机械零件选材机械零件选材(xu(xu n ci)n ci)原那原那么么第一页，共九十九页。一、机械零件正确选材的使用性能原那么一、机械零件正确选材的使用性能原那么一、机械零件正确选材的使用性能原那么一、机械零件正确选材的使用性能原那么 使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该(ynggi)(ynggi)具有的机具有的机具有的机具有的机械性能、物理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构件，那械性能、物理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构件，那械性能、物理性能和化学性能。对大
2、量机器零件和工程构件，那械性能、物理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构件，那么主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件，那么必须根么主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件，那么必须根么主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件，那么必须根么主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件，那么必须根据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使用要求。用要求。用要求。用要求。使用性能原那么使用性能原那么使用性能原那
3、么使用性能原那么(n(n me)me)第二页，共九十九页。n n 二、零件(ln(ln jin)jin)使用时的工作条件n n 1受力状况 主要是载荷的类型(例如动载、静载、循环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式；载荷的特点等。n n 2环境状况 主要是温度特性、介质情况等。n n 3特殊要求 如对导电性、磁性、热膨胀、密度、外观等的要求。第三页，共九十九页。n n 三、零件根据使用性能选材的步骤n n 第一步:通过对零件工作条件和失效形式的全面分析，确定零件对使用性能的要求(yoqi)(yoqi)；n n 第二步:利用使用性能与实验室性能的相应关系，将使用性能具体转化为实验室机械性能指标；
4、n n 第三步第三步:根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的载荷，计算出零件中的应力分布；载荷，计算出零件中的应力分布；n n 第四步第四步:由工作应力、使用寿命或平安性与实验室由工作应力、使用寿命或平安性与实验室性能指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体性能指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值；数值；n n 第五步第五步:利用手册根据使用性能选材。利用手册根据使用性能选材。第四页，共九十九页。工工工工 作作作作 条条条条 件件件件 零件零件零件零件应力种类应力种类应力种类应力种类载荷性质载荷性质载荷性质载荷性质受载状态受载状态受载状态受
5、载状态常见的失效形式常见的失效形式常见的失效形式常见的失效形式要求的主要机械性能要求的主要机械性能要求的主要机械性能要求的主要机械性能紧固紧固紧固紧固螺栓螺栓螺栓螺栓拉，拉，拉，拉，剪应力剪应力剪应力剪应力静载静载静载静载过量变形，断裂过量变形，断裂过量变形，断裂过量变形，断裂强度，塑性强度，塑性强度，塑性强度，塑性传动轴传动轴传动轴传动轴弯，弯，弯，弯，扭应力扭应力扭应力扭应力循环，冲循环，冲循环，冲循环，冲击击击击轴颈摩擦，轴颈摩擦，轴颈摩擦，轴颈摩擦，振动振动振动振动疲劳断裂，过量变形，疲劳断裂，过量变形，疲劳断裂，过量变形，疲劳断裂，过量变形，轴颈摩损轴颈摩损轴颈摩损轴颈摩损综合机械性
6、能综合机械性能综合机械性能综合机械性能传动传动传动传动齿轮齿轮齿轮齿轮压，压，压，压，弯应力弯应力弯应力弯应力循环，冲循环，冲循环，冲循环，冲击击击击摩擦，振摩擦，振摩擦，振摩擦，振动动动动齿折断齿折断齿折断齿折断,磨损磨损磨损磨损,疲劳断疲劳断疲劳断疲劳断裂裂裂裂,接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳(麻点麻点麻点麻点)表面高强度及疲劳极表面高强度及疲劳极表面高强度及疲劳极表面高强度及疲劳极限，心部强度、限，心部强度、限，心部强度、限，心部强度、韧性韧性韧性韧性弹簧弹簧弹簧弹簧扭，扭，扭，扭，弯应力弯应力弯应力弯应力交变，冲交变，冲交变，冲交变，冲击击击击振动振动振动振动弹性失稳，疲劳破坏弹性失
7、稳，疲劳破坏弹性失稳，疲劳破坏弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比，弹性极限，屈强比，弹性极限，屈强比，弹性极限，屈强比，疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限冷作冷作冷作冷作模具模具模具模具复杂应力复杂应力复杂应力复杂应力交变，冲交变，冲交变，冲交变，冲击击击击强烈摩擦强烈摩擦强烈摩擦强烈摩擦磨损，脆断磨损，脆断磨损，脆断磨损，脆断硬度，足够的强度，硬度，足够的强度，硬度，足够的强度，硬度，足够的强度，韧性韧性韧性韧性常用零件常用零件(ln jin)的工作和失效形式的工作和失效形式第五页，共九十九页。n n 由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手册、书本由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地
8、同手册、书本由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手册、书本由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手册、书本中所给出的完全等同相待，还必须注意以下情况：中所给出的完全等同相待，还必须注意以下情况：中所给出的完全等同相待，还必须注意以下情况：中所给出的完全等同相待，还必须注意以下情况：n n 材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关。状态有关。状态有关。状态有关。n n 材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件材料的性能
9、与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件尺寸与手册中试样尺寸的差异，进行适当尺寸与手册中试样尺寸的差异，进行适当尺寸与手册中试样尺寸的差异，进行适当尺寸与手册中试样尺寸的差异，进行适当(shdng)(shdng)的修正。的修正。的修正。的修正。n n 材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。围。围。围。第六页，共九十九页。工艺
10、性能原那么工艺性能原那么工艺性能原那么工艺性能原那么(n me)(n me)n n 材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材(xu(xu n ci)n ci)必必必必须考虑的问题。须考虑的问题。须考虑的问题。须考虑的问题。第七页，共九十九页。n n 1.1.性能要求不高的一般金属零件性能要求不高的一般金属零件(ln(ln jin)jin)选材的工艺路线选材的工艺路线n n 毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工零件。零件。n n 2.2.性能要求较高的金
11、属零件选材的工艺路线性能要求较高的金属零件选材的工艺路线n n 毛坯毛坯预先热处理预先热处理(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最最终热处理终热处理(淬火、回火，固溶时效或渗碳处理等淬火、回火，固溶时效或渗碳处理等)精精加工加工零件。零件。n n 3.3.性能要求较高的精密金属零件选材的工艺路线性能要求较高的精密金属零件选材的工艺路线n n 毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火、低温回火、固溶、时效或渗碳)半精加工稳定化处理或氮化精加工稳定化处理零件。n n 这类零件除了要求有较高的使用性能外，还要有很这类零件除了要求有较高的使用性能外，还要有很高的尺寸精度和外表光洁度。高的尺寸
12、精度和外表光洁度。第八页，共九十九页。经济性原那么经济性原那么经济性原那么经济性原那么(n me)(n me)n n 一、材料的价格一、材料的价格 n n 零件材料的价格无疑应该尽量低。零件材料的价格无疑应该尽量低。n n 材料的价格在产品的总本钱中占有较大的比重，据有关资料统计，在许多工业部门中可占产品价格的材料的价格在产品的总本钱中占有较大的比重，据有关资料统计，在许多工业部门中可占产品价格的30%30%70%70%，因此，因此设计人员要十分关心材料的市场设计人员要十分关心材料的市场(shch(shch ng)ng)价格。价格。n n 二、零件的总本钱二、零件的总本钱 n n 零件选用的材
13、料必须保证其生产和使用的总本钱最低。零件选用的材料必须保证其生产和使用的总本钱最低。n n 零件的总本钱与其使用寿命、重量、加工费用、研究费用、维修费用和材料价格有关。零件的总本钱与其使用寿命、重量、加工费用、研究费用、维修费用和材料价格有关。n n 三、国家的资源三、国家的资源n n 随着工业的开展，资源和能源的问题日渐突出，选用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用材料应该来随着工业的开展，资源和能源的问题日渐突出，选用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。源丰富并顾及我国资源状况。n n 另外，还要注意生产所用材料的
14、能源消耗，尽量选用耗能低的材料。另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。第九页，共九十九页。典型工件的选材及工艺典型工件的选材及工艺(gngy)(gngy)路线设路线设计计 主要本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件主要本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件主要本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件主要本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿轮齿轮齿轮齿轮、轴轴轴轴类零件类零件类零件类零件、弹簧和刃具弹簧和刃具弹簧和刃具弹簧和刃具)的工作条件、失效形式、性能要求及选的工作条件、失效形式、性能要求及选的工作条件、失效形式、性能要求及选的工作条件、失效形式、性能要求及
15、选材分析，举例说明典型工件的工艺材分析，举例说明典型工件的工艺材分析，举例说明典型工件的工艺材分析，举例说明典型工件的工艺(gngy)(gngy)路线。路线。路线。路线。第十页，共九十九页。一、一、一、一、齿轮选材齿轮选材齿轮选材齿轮选材 1.1.齿轮的工作条件齿轮的工作条件齿轮的工作条件齿轮的工作条件(1)(1)由于传递扭矩，齿根由于传递扭矩，齿根由于传递扭矩，齿根由于传递扭矩，齿根(ch(ch n)n)承受很大的交变弯曲应力；承受很大的交变弯曲应力；承受很大的交变弯曲应力；承受很大的交变弯曲应力；(2)(2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定
16、冲击载荷；换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；(3)(3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。的作用。的作用。的作用。2.2.齿轮的失效形式齿轮的失效形式齿轮的失效形式齿轮的失效形式 (1)(1)疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂 主要从根部发生；主要从根部发生；主要从根部发生；主要从根部发生；(2)(2)齿面磨损齿面磨损齿面磨损齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿
17、厚变小；由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；第十一页，共九十九页。疲劳(plo)断裂 齿面磨损(m sn)第十二页，共九十九页。(3)齿面接触(jich)(jich)疲劳破坏 在交变接触(jich)(jich)应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的开展，引起点状剥落(或称麻点)；(4)过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿。齿面剥落(blu)轮齿(ln ch)冲击断裂 第十三页，共九十九页。3 3 齿轮材料的性能要求齿轮材料的性能要求齿轮材料的性能要求齿轮材料的性能要求(1)(1)高的弯曲疲劳强度；高的弯曲疲劳强度；高的弯曲疲劳强度；高
18、的弯曲疲劳强度；(2)(2)高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性；(3)(3)较高的强度和冲击韧性。较高的强度和冲击韧性。较高的强度和冲击韧性。较高的强度和冲击韧性。此外此外此外此外(c(c wi)wi)，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。形小等。形小等。形小等。第十四页，共九十九页。n n 4 4齿轮类零件齿轮类零件齿轮类零件齿轮类零件(ln(ln jin)jin)的选材的选材的选材的选材
19、 齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。外表硬度越高，疲劳强度也越高。强度和接触疲劳强度。外表硬度越高，疲劳强度也越高。强度和接触疲劳强度。外表硬度越高，疲劳强度也越高。强度和接触疲劳强度。外表硬度越高，疲劳强度也越高。齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。裂
20、。裂。裂。n n 从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们经外表强化处理后，外表有高的强度和硬度，心部有好的经外表强化处理后，外表有高的强度和硬度，心部有好的经外表强化处理后，外表有高的强度和硬度，心部有好的经外表强化处理后，外表有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺
21、性能好，经济上也较合理，所以是比较理想的材料。济上也较合理，所以是比较理想的材料。济上也较合理，所以是比较理想的材料。济上也较合理，所以是比较理想的材料。第十五页，共九十九页。5 5典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例(j(j l)l)一、机床齿轮一、机床齿轮一、机床齿轮一、机床齿轮 机床(jchung)变速箱齿轮 机床变速箱齿轮担负传递机床变速箱齿轮担负传递(chund)动动力，改变运动速度和方向的任务。工力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。因此，一般可工作平稳无强烈冲击。因此，一般可
22、选中碳钢选中碳钢(45钢钢)制造，为了提高淬透制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢钢)。工艺路线为：工艺路线为：下料下料-锻造锻造-正火正火-粗加工粗加工-调质调质-精加工精加工-高频淬火及低温回火高频淬火及低温回火-精磨。精磨。冲击载荷小的低速齿轮也可采用冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外选用金属齿轮外,有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼龙齿轮有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼龙齿轮,工作时传动平工作时传动平稳稳,噪声减少
23、噪声减少,长期使用磨损很小。长期使用磨损很小。第十六页，共九十九页。二、汽车二、汽车二、汽车二、汽车(qch)(qch)齿轮齿轮齿轮齿轮 汽车汽车(qch)(qch)后桥齿轮后桥齿轮 渗碳齿轮的工艺路线为：渗碳齿轮的工艺路线为：渗碳齿轮的工艺路线为：渗碳齿轮的工艺路线为：下料下料下料下料-锻造锻造锻造锻造-正火正火正火正火-切削加工切削加工切削加工切削加工(ji gng)(ji gng)-渗碳、淬火及低温回火渗碳、淬火及低温回火渗碳、淬火及低温回火渗碳、淬火及低温回火-喷丸喷丸喷丸喷丸-磨削加工磨削加工磨削加工磨削加工(ji gng)(ji gng)。汽车齿轮主要分装在变速箱和差汽车齿轮主要分
24、装在变速箱和差汽车齿轮主要分装在变速箱和差汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受速器中。汽车齿轮受力较大，受速器中。汽车齿轮受力较大，受速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要心部强度以及冲击韧性等，均要心部强度以及冲击韧性等，均要心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗求比机床齿轮高。一般用合金渗求比机床齿轮高。一般用合金渗求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢碳钢碳钢碳钢20Cr20Cr或或或或20CrMnTi20CrMnTi制
25、造。制造。制造。制造。第十七页，共九十九页。二、轴类零件选材二、轴类零件选材二、轴类零件选材二、轴类零件选材 1 1 轴类零件的工作条件轴类零件的工作条件轴类零件的工作条件轴类零件的工作条件(1)(1)工作时主要工作时主要工作时主要工作时主要(zh(zh yo)yo)受交变弯曲和扭转应力的复合作用；受交变弯曲和扭转应力的复合作用；受交变弯曲和扭转应力的复合作用；受交变弯曲和扭转应力的复合作用；(2)(2)轴与轴上零件有相对运动轴与轴上零件有相对运动轴与轴上零件有相对运动轴与轴上零件有相对运动,相互间存在摩擦和磨损；相互间存在摩擦和磨损；相互间存在摩擦和磨损；相互间存在摩擦和磨损；(3)(3)轴
26、在高速运转过程中会产生振动轴在高速运转过程中会产生振动轴在高速运转过程中会产生振动轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受冲击载荷；使轴承受冲击载荷；使轴承受冲击载荷；使轴承受冲击载荷；(4)(4)多数轴会承受一定的过载载荷。多数轴会承受一定的过载载荷。多数轴会承受一定的过载载荷。多数轴会承受一定的过载载荷。第十八页，共九十九页。2 轴类零件轴类零件(ln(ln jin)jin)的失效方式的失效方式 (1)长期交变载荷下的疲劳断裂包括扭长期交变载荷下的疲劳断裂包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂；转疲劳和弯曲疲劳断裂；(2)大载荷或冲击载荷作用引起的过量变大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；形、断裂
27、；(3)与其它零件相对运动时产生的外表过与其它零件相对运动时产生的外表过度磨损。度磨损。转轴弯曲疲劳断口(dunku)形貌 直升飞机(zh shn fi j)螺旋桨驱动齿轮轴扭断 轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损第十九页，共九十九页。3 轴类零件的性能要求轴类零件的性能要求(1)良好的综合机械性能，足够强度、塑良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定韧性性和一定韧性,以防过载断裂、冲击以防过载断裂、冲击(chngj)(chngj)断断裂；裂；(2)高疲劳强度高疲劳强度,对应力集中敏感性低对应力集中敏感性低,以以防疲劳断裂；防疲劳断裂；(3)足够淬透性足够淬透性,热处理后外表要有高硬热处理后外表要
28、有高硬度、高耐磨性度、高耐磨性,以防磨损失效；以防磨损失效；(4)良好切削加工性能良好切削加工性能,价格廉价。价格廉价。第二十页，共九十九页。n n 4 4 轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法 一、材料一、材料一、材料一、材料n n 经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造兼顾强度和韧性，同时经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造兼顾强度和韧性，同时经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造兼顾强度和韧性，同时经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造兼顾强度和韧性，同时考虑考虑考虑考虑(k(k olol)疲劳抗力；一般轴类零件使用碳钢廉价，有一定综合疲劳抗
29、力；一般轴类零件使用碳钢廉价，有一定综合疲劳抗力；一般轴类零件使用碳钢廉价，有一定综合疲劳抗力；一般轴类零件使用碳钢廉价，有一定综合机械性能、对应力集中敏感性较小，如机械性能、对应力集中敏感性较小，如机械性能、对应力集中敏感性较小，如机械性能、对应力集中敏感性较小，如3535、4040、4545、5050钢，经正火、钢，经正火、钢，经正火、钢，经正火、调质或外表淬炽热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸调质或外表淬炽热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸调质或外表淬炽热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸调质或外表淬炽热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸和重量
30、，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如40Cr40Cr、40MnB40MnB、40CrNiMo40CrNiMo、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料。铁作曲轴的材料。铁作曲轴的材料。铁作曲轴的材料。n n 二、选择原那么二、选择原那么二、选择原那么二、选择原那么n n 根据载荷大小、类型等决定。
31、主要受扭转、弯曲的轴，可不用根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性。淬透性。淬透性。淬透性。第二十一页，共九十九页。5 5 典型轴的选材典型轴的选材典型轴的选材典型轴的选材 一、机床一、机床一、机床一、机床(jchung)(jchung)主轴选材
32、主轴选材主轴选材主轴选材 以以以以C620C620车床主轴为例进行选材。车床主轴为例进行选材。车床主轴为例进行选材。车床主轴为例进行选材。该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、锥
33、孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。高的硬度和耐磨性。高的硬度和耐磨性。高的硬度和耐磨性。第二十二页，共九十九页。C620车床(chchung)主轴简图主轴主轴(zhzhu)用用45钢钢制造。制造。做一做：制定工艺(gngy)路线 载荷较大的主轴用40Cr钢制造。承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。第二十三页，共九十九页。其它机床主轴选材其它机床主轴选材 二、内燃机
34、曲轴选材二、内燃机曲轴选材 1.1.曲轴的工作条件、性能要求、材料曲轴的工作条件、性能要求、材料 1 1工作条件工作条件 曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，还可曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；曲轴颈与轴造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。承有滑动摩擦。2 2性能要求性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。因此材曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、扭转疲劳强度和刚度料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯
35、曲、扭转疲劳强度和刚度(nn d)d)，轴颈外表有高硬度和耐磨性。轴颈外表有高硬度和耐磨性。第二十四页，共九十九页。3曲轴曲轴(qzhu)(qzhu)材料材料 锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如如35、40、45、35Mn2、40Cr,35CrMo钢等；钢等；铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等锻铸铁及合金铸铁等,如如ZG25、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。等。第二十五页，共九十九页。2.175A2.175A型农用柴油机曲轴型农用柴油机曲轴型农用柴油机曲轴型农用柴油机曲
36、轴(qzhu)(qzhu)选材选材选材选材 175A型柴油机曲轴(qzhu)简图第二十六页，共九十九页。n n 1 1性能要求性能要求性能要求性能要求 农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求b750 MPa,b750 MPa,整整整整体硬度体硬度体硬度体硬度240 HBS240 HBS260 HBS,260 HBS,
37、轴颈外表硬度轴颈外表硬度轴颈外表硬度轴颈外表硬度625 HV,2%,625 HV,2%,ak150 kJ/m2ak150 kJ/m2。n n 2 2曲轴材料曲轴材料曲轴材料曲轴材料 QT700-2 QT700-2n n 3 3工艺路线工艺路线工艺路线工艺路线 n n 铸造高温铸造高温铸造高温铸造高温(gown)(gown)正火高温正火高温正火高温正火高温(gown)(gown)回火切削加工轴颈回火切削加工轴颈回火切削加工轴颈回火切削加工轴颈气体渗氮。气体渗氮。气体渗氮。气体渗氮。n n汽车发动机曲轴也可用汽车发动机曲轴也可用汽车发动机曲轴也可用汽车发动机曲轴也可用4545、40Cr40Cr钢制
38、造，经过模锻、调质、钢制造，经过模锻、调质、钢制造，经过模锻、调质、钢制造，经过模锻、调质、切削加工后切削加工后切削加工后切削加工后,在轴颈部位进行外表淬火。在轴颈部位进行外表淬火。在轴颈部位进行外表淬火。在轴颈部位进行外表淬火。第二十七页，共九十九页。三、三、弹簧选材弹簧选材 弹簧是一种重要的机械零件。它的根本作弹簧是一种重要的机械零件。它的根本作用是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特用是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特点，在载荷作用产生下变形时，把机械功点，在载荷作用产生下变形时，把机械功或动能转变为形变能；在恢复变形时，把或动能转变为形变能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。形变能
39、转变为动能或机械功。弹簧按形状分主要有螺旋弹簧弹簧按形状分主要有螺旋弹簧(压缩、拉压缩、拉伸伸(l shn)(l shn)、扭转弹簧、扭转弹簧)、板弹簧、片弹簧和蜗、板弹簧、片弹簧和蜗卷弹簧几种。卷弹簧几种。(a)压缩(y su)螺旋弹簧(b)拉伸(l shn)螺旋弹簧(c)扭转螺旋弹簧 第二十八页，共九十九页。(d)板弹簧(tnhung)(e)片弹簧(tnhung)弹簧有以下用途：弹簧有以下用途：(1)缓冲或减振缓冲或减振 如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。(2)定位定位 如机床及其夹具中利用弹簧将定位销如机床及其夹具中利用弹簧将定位销(或滚珠或滚珠
40、)压在定位孔压在定位孔(或槽或槽)中。中。(3)复原复原 外力去除后自动恢复到原来位置外力去除后自动恢复到原来位置(wi zhi)，如汽车发动机中，如汽车发动机中的气门弹簧。的气门弹簧。(4)储存和释放能量储存和释放能量 如钟表、玩具中的发条。如钟表、玩具中的发条。(5)测力测力 如弹簧称、测力计中使用的弹簧。如弹簧称、测力计中使用的弹簧。第二十九页，共九十九页。n n 1 1 弹簧的工作条件弹簧的工作条件弹簧的工作条件弹簧的工作条件n n(1)(1)弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料
41、将承受弯曲应弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或扭转应力。力或扭转应力。力或扭转应力。力或扭转应力。n n(2)(2)缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷(zi h)(zi h)的作用。的作用。的作用。的作用。n n(3)(3)某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。第三十页，共九十九页。n n 2 2 弹簧的失效形式弹簧的失效形式弹
42、簧的失效形式弹簧的失效形式n n(1)(1)塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形 在外载荷作用下，材料内部产生的弯曲应力或扭转应力超过材料在外载荷作用下，材料内部产生的弯曲应力或扭转应力超过材料在外载荷作用下，材料内部产生的弯曲应力或扭转应力超过材料在外载荷作用下，材料内部产生的弯曲应力或扭转应力超过材料本身的屈服应力后，弹簧发生塑性变形。外载荷去掉后，弹簧不能恢复到原始尺本身的屈服应力后，弹簧发生塑性变形。外载荷去掉后，弹簧不能恢复到原始尺本身的屈服应力后，弹簧发生塑性变形。外载荷去掉后，弹簧不能恢复到原始尺本身的屈服应力后，弹簧发生塑性变形。外载荷去掉后，弹簧不能恢复到原始尺寸和形状寸和形状寸
43、和形状寸和形状(xngzhun)(xngzhun)。n n(2)(2)疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂 在交变应力作用下，弹簧外表缺陷在交变应力作用下，弹簧外表缺陷在交变应力作用下，弹簧外表缺陷在交变应力作用下，弹簧外表缺陷(裂纹、折迭、刻痕、夹杂物裂纹、折迭、刻痕、夹杂物裂纹、折迭、刻痕、夹杂物裂纹、折迭、刻痕、夹杂物)处产生疲劳源，处产生疲劳源，处产生疲劳源，处产生疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。裂纹扩展后造成断裂失效。裂纹扩展后造成断裂失效。裂纹扩展后造成断裂失效。n n(3)(3)快速脆性断裂快速脆性断裂快速脆性断裂快速脆性断裂 某些弹簧存在材料缺陷某些弹簧存在材料缺陷某些弹簧存在材料
44、缺陷某些弹簧存在材料缺陷(如粗大夹杂物，过多脆性相如粗大夹杂物，过多脆性相如粗大夹杂物，过多脆性相如粗大夹杂物，过多脆性相)、加工缺陷、加工缺陷、加工缺陷、加工缺陷(如折如折如折如折迭、划痕迭、划痕迭、划痕迭、划痕)、热处理缺陷、热处理缺陷、热处理缺陷、热处理缺陷(淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度缺乏使材料韧性不够淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度缺乏使材料韧性不够淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度缺乏使材料韧性不够淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度缺乏使材料韧性不够)等，等，等，等，当受到过大的冲击载荷时，发生突然脆性断裂。当受到过大的冲击载荷时，发生突然脆性断裂。当受到过大的冲击载荷时，
45、发生突然脆性断裂。当受到过大的冲击载荷时，发生突然脆性断裂。n n(4)(4)腐蚀断裂及永久变形腐蚀断裂及永久变形腐蚀断裂及永久变形腐蚀断裂及永久变形 在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效。高温使弹在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效。高温使弹在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效。高温使弹在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效。高温使弹簧材料的弹性模量和承载能力下降，高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变簧材料的弹性模量和承载能力下降，高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变簧材料的弹性模量和承载能力下降，高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力
46、松弛，产生永久变簧材料的弹性模量和承载能力下降，高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。形。形。形。第三十一页，共九十九页。n n3 3弹簧弹簧弹簧弹簧(tnhung)(tnhung)材料的性能要求材料的性能要求材料的性能要求材料的性能要求 n n(1)(1)高的弹性极限高的弹性极限高的弹性极限高的弹性极限ee和高的屈强比和高的屈强比和高的屈强比和高的屈强比s/b s/b 弹簧工作时不允许有永久弹簧工作时不允许有永久弹簧工作时不允许有永久弹簧工作时不允许有永久变形，因此要求弹簧的工作应力不超过材料的弹性极限。弹性极限越变形，因此要求弹簧的工作应力不超过材料的弹性极限。弹性极限越变形
47、，因此要求弹簧的工作应力不超过材料的弹性极限。弹性极限越变形，因此要求弹簧的工作应力不超过材料的弹性极限。弹性极限越大，弹簧可承受的外载荷越大。对于承受重载荷的弹簧，如汽车用板大，弹簧可承受的外载荷越大。对于承受重载荷的弹簧，如汽车用板大，弹簧可承受的外载荷越大。对于承受重载荷的弹簧，如汽车用板大，弹簧可承受的外载荷越大。对于承受重载荷的弹簧，如汽车用板簧、火车用螺旋弹簧等，其材料需要高的弹性极限。簧、火车用螺旋弹簧等，其材料需要高的弹性极限。簧、火车用螺旋弹簧等，其材料需要高的弹性极限。簧、火车用螺旋弹簧等，其材料需要高的弹性极限。n n 当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗拉强
48、度相差当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗拉强度相差当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗拉强度相差当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗拉强度相差很小，但屈强比差异较大。很小，但屈强比差异较大。很小，但屈强比差异较大。很小，但屈强比差异较大。6565钢为钢为钢为钢为0.70.7，60Si2Mn60Si2Mn钢为钢为钢为钢为0.750.75、50CrVA50CrVA钢钢钢钢为为为为0.90.9。屈强比高，弹簧可承受更高的应力。屈强比高，弹簧可承受更高的应力。屈强比高，弹簧可承受更高的应力。屈强比高，弹簧可承受更高的应力。第三十二页，共九十九页。n n(2)高的疲
49、劳强度高的疲劳强度 弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度-1和扭和扭转疲劳强度转疲劳强度-1越大，那么弹簧的抗疲劳性越大，那么弹簧的抗疲劳性能越好。能越好。n n(3)好的材质和外表质量好的材质和外表质量 夹杂物含量少，夹杂物含量少，晶粒细小晶粒细小(xxi(xxi o)o)，外表质量好，缺陷少，对于，外表质量好，缺陷少，对于提高弹簧的疲劳寿命和抗脆性断裂十分重提高弹簧的疲劳寿命和抗脆性断裂十分重要。要。n n(4)某些弹簧需要材料有良好的耐蚀性某些弹簧需要材料有良好的耐蚀性和耐热性和耐热性 保证在腐蚀性介质和高温条件保证在腐蚀性介质和高温条件下的使用性能。下的使用性能。第三十三页，共九十九页。n n4
50、4 弹簧的选材弹簧的选材弹簧的选材弹簧的选材n n 一、弹簧钢一、弹簧钢一、弹簧钢一、弹簧钢 n n 根据生产特点的不同，分为两大类：根据生产特点的不同，分为两大类：根据生产特点的不同，分为两大类：根据生产特点的不同，分为两大类：n n 1 1热轧热轧热轧热轧(r zh)(r zh)弹簧用材弹簧用材弹簧用材弹簧用材 通过热轧通过热轧通过热轧通过热轧(r zh)(r zh)方法加工成园钢、方法加工成园钢、方法加工成园钢、方法加工成园钢、方钢、盘条、扁钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或方钢、盘条、扁钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或方钢、盘条、扁钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或方钢、