【精品课件】机械零件材料及成形工艺的选用

第十二章机械零件材料及成形工艺的选用12.1工程材料及成形工艺选用的基本工艺原则★12.2具体成形方法及改性工艺的选用★12.3典型零件的材料及成形工艺选择12.3.1轴类零件★12.3.2齿轮类零件★12.3.3机架、箱体类零件★12.1工程材料及成形工艺选用的基本原则12.1.1使用性能足够的原则零件工作条件包括三方面：受力状况、环境状况、特殊要求12.1.2工艺性能良好的原则金属材料的工艺性能★、陶瓷材料的工艺性能★、高分子材料的工艺性能★12.1.3经济合理的原则应考虑的内容：材料的价格★、加工费用、以铁代钢、优先选用碳素钢、成组选材12.1.4材料、成形工艺、零件结构相适应的原则第十二章机械零件材料及成形工艺的选用零件举例受力及环境材料与工艺拖拉机减速齿轮、内燃机曲轴负荷轻、耐磨球墨铸铁汽车传动齿轮、抗弯、高冲击耐磨渗碳钢、渗碳机床齿轮抗弯、一般冲击耐磨调质钢、高频表面淬火连杆、一般传动轴强韧性调质钢、调质机床轴强韧性、中等耐磨调质钢、调质+表面淬火重型机器轴强韧性、高耐磨调质钢、调质+渗氮模具高硬、耐磨工具钢、轴承钢曲轴疲劳σ-1高的材料、表面压应力海上仪表零件抗腐蚀、低温脆性小铜合金化工机械腐蚀介质不锈钢、非不锈钢+表面处理涡轮叶片高温介质耐热钢、陶瓷涂层仪表壳重量轻铝合金、工程塑料受力状况、环境状况及材料选用失效形式与选材失效形式失效原因危害选材与预防措施变形失效弹性变形刚度不足失稳、让刀选E高者、改变结构塑性变形应力σs弯曲、伸长选σs高者，增大截面蠕变变形应力σs，高温长时间受力弯曲、伸长选蠕变极限高者，耐热钢断裂失效韧性断裂应力σs，并增至σb断裂选σs高者低应力脆断应力σs，低温冲击大恶性事故选高αk、低Tk、高K1c疲劳断裂应力σs，长时间受交变载荷无先兆低应力断裂选高σb、高αk、高σ-1、表面强化避免应力集中应力腐蚀裂应力σs，腐蚀介质断裂表面防护表面损伤失效磨粒磨损磨粒长时间作用尺寸减小高HV/E，有硬质第二相粘着磨损偶件相对运动磨损咬卡偶件用不同材料、润滑腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀表面腐蚀、有色金属、不锈钢、塑料、电化学保护表面疲劳兼有疲劳与磨损的特点麻点、剥落增加表面硬化层厚度金属材料制造零件加工路线零件精加工热终理最处工加削切火火正退或成形加工金属材料第十二章机械零件材料及成形工艺的选用工艺性与选材工艺性能最优条件材料性能从优至劣排列铸造性能熔点低、共晶合金铸铁、黄铜、铝合金、青铜、铸钢锻造性能FCC的金属、第二组元少的合金低、中、高碳钢，高合金钢、黄铜、铝合金焊接性能WCE＜0.4%碳钢、低合金结构钢、碳当量小者、防锈铝、青铜、硬铝切削性140~248HB铝合金、不锈钢、30钢、45钢、铸铁、T8钢、65Mn，不锈钢、耐热钢热处理性淬火变形小，回火脆性小，淬透性高，过热敏感性小低碳钢、低合金钢、高碳钢、含Mn钢、铝合金第十二章机械零件材料及成形工艺的选用铸造性能比较材料流动性收缩性偏析倾向其他体收缩线收缩灰铸铁好大小小铸造内应力小球墨铸铁稍差大小小易形成缩孔、缩松，白口化倾向小铸钢差大大大导热性差、易发生冷裂铸造黄铜好小较小较小易形成集中缩孔铸造铝合金尚好小小较小易吸气，易氧化第十二章机械零件材料及成形工艺的选用切削性比较材料切削加工难易程度相对切削加工性KV铝、镁合金很容易加工8~20易切钢易加工2.5~2030钢正火易加工1.6~2.545钢、灰铸铁一般1.0~1.585钢（轧材）、2Cr13钢调质一般0.7~0.965钢调质、不锈钢难加工0.5~0.651Cr18Ni9Ti、W18Cr4V难加工0.15~0.5第十二章机械零件材料及成形工艺的选用陶瓷材料成形工艺比较工艺优点缺点注浆成形可做形状复杂件、薄壁件，成本低收缩大、尺寸精度低、生产率低压制成形可做形状复杂件、密度高、强度高、精度较高设备较复杂、成本高挤压成形成本低、生产率高零件形状须对称、不能做薄壁件可塑成形可做形状复杂件、尺寸精度高成本高第十二章机械零件材料及成形工艺的选用高分子材料主要成形工艺的比较工艺适用材料形状表面粗造度尺寸精度模具费用生产率压制成形范围较广复杂形状很低高高中等注射成形热塑性塑料复杂形状很低非常高很高高挤出成形热塑性塑料棒类低一般低高真空成形热塑性塑料棒类一般一般低低第十二章机械零件材料及成形工艺的选用各种材料价格比较材料价格/＄/t材料价格/＄/t高速钢3995有机玻璃5300不锈钢2400~3100尼龙6632890铜（型材）2253~2900刚玉1900黄铜（型材）1650~2336碳化硅440~700铝合金（型材）2000~2400天然橡胶1430低合金钢385~550碳纤维复合材料200000低碳钢（型材）440~480聚碳酸酯2550铸铁260环氧树脂1650第十二章机械零件材料及成形工艺的选用常用金属材料的相对价格材料相对价格材料相对价格碳素结构钢1碳素工具钢1.4~1.5低合金结构钢1.2~1.7低合金工具钢2.4~3.7优质碳素结构钢1.4~1.5高合金工具钢5.4~7.2易切钢2高速钢13.5~15合金结构钢1.7~2.9铬不锈钢8铬镍合金结构钢3铬镍不锈钢20滚动轴承钢2.1~2.9普通黄铜13弹簧钢1.6~1.9球墨铸铁2.4~2.9第十二章机械零件材料及成形工艺的选用常用毛坯类型及其制品的比较特点铸件锻件冲压件焊接件工艺性能要求流动性好收缩性低塑性好变形抗力小同左强度高塑性好常用材料灰铸铁球铁中碳钢铝合金铜合金中碳钢及合金结构钢低碳钢及有色金属薄板低碳钢低合金钢不锈钢铝合金金属组织特征晶粒粗大蔬松晶粒细小致密——焊缝为铸造组织力学性能灰铁差球铁可锻铁好比相同成分的铸钢好刚性好形变强化接头的性能可达到或接近母材结构特征形状不受限制形状比铸件简单形状可以较复杂形状不受限制材料利用率高低较高较高生产周期长自由锻短模锻长长较短生产成本较低较高批量大则成本低较高应用举例机架床身导轨变速箱曲轴轴承座机床主轴传动轴齿轮连杆弹簧油箱汽车车身覆盖件水箱锅炉压力容器船体桥梁化工容器不同钢种热处理工艺的选用钢材状态预处理粗加工最终热处理精加工举例应用低碳钢热轧--√--√10垫圈锻造正火√--√20一般结构件锻造正火√淬+低回√20Cr一般结构件锻造正火√渗碳淬低回√渗碳钢齿轮调质钢热轧--√--√40一般结构件锻造正火√--√40一般结构件锻造正火√调质√50轴锻造正火√调表低√40Cr轴、齿轮锻造正火√调渗氮√氮化钢轴弹簧钢冷拔--冷卷去应力√65Mn小螺旋弹簧热轧--热卷淬中回√50CrV大螺旋弹簧工具钢锻造正火、球化退火√淬低回√T10车刀锻造正火加球化退火√淬高回√高速钢拉刀轴类零件第十二章机械零件材料及成形工艺的选用齿轮类零件第十二章机械零件材料及成形工艺的选用机架、箱体类零件第十二章机械零件材料及成形工艺的选用综合举例台式钻床示意图第十二章机械零件材料及成形工艺的选用本章小结在学习了前几章的材料组织结构、相结构、改变组织结构、改变相结构及改变性能的强化方法，材料的成形方法的基础上主要介绍了机器零件的选材原则、成形方法的选择原则、成形工艺的确定原则。