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12机械零件的选材及毛坯的选择


《 Metallography and heat-treatment 》 多媒体教学课件

第十四章 机械零件材料及毛坯的选择

授课院系:冶金化工系 课件制作:王晓丽 初立新 王静

第十四章

机械零件材料及毛坯的选择

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材料选用的一般原

则 选材的基本过程与失效分析 典型零件的选材 零件毛坯的选择

第一节 材料选用的一般原则
1.材料的力学性能: 根据零件的工作条 件、损坏(或失效)形式 , 选择满足力 学性能的材料。 2.材料的工艺性能:对零件加工生产有 直接的影响,甚至是决定性的。 3.材料的经济性:主要是性价比。 4、考虑零件外形和尺寸特点

5、考虑生产批量

第二节 选材的基本过程与失效分析

?选择材料的基本过程 ?零件的失效分析

材料的相对价格
材 料 相 对 价 格 1 1.2~1.7 1.4~1.5 2 1.7~1.9 3 2.1~2.9 1.6~1.9 材 料 相 对 价 格 1.4~1.5 2.4~3.7 5.4~7.2 13.5~15 8 20 13 2.4~2.9

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

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 普通黄铜 球墨铸铁

一.选择材料的基本过程

二.零件的失效分析
1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。 结构或形状设计不合理。

材料的选择不合理。 2.原因
加工工艺不合理。

安装与使用不合理。

过量变形失效

过量弹性变形
过量塑性变 形 韧性断裂

3.形式

断裂失效

脆性断裂 低应力断裂 疲劳断 裂 蠕变断裂 应力腐蚀断裂

磨损 表面损伤失效 接触疲劳 腐蚀

第三节 典型零件的选材及工艺分析

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机床主轴 汽车半轴 机床齿轮 汽车齿轮

一.C616 – 416车床主轴

一) 工作条件: 1.该轴在滚动轴承中运转。 2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。 3.转速中等。

二) 技术要求: 1.整体调质后硬度应为HB200~230,金相组 织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45~50, 表面3~5mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC48~50,金相组织同上。

三) 选材: 45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质

半精加工 铣键槽 粗磨

钻中心孔

精车加工

局部淬火(锥孔及外锥体) 花键淬火 精磨

滚铣花键

二.YJ – 130汽车半轴

一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,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。 3.承受反复弯曲疲劳应力。 二) 技术要求: 1.杆部硬度HRC37~44;盘部外圆硬度HRC 24~34 ;金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。 2.弯曲度:杆中部<1.8mm;盘部跳动<2.0mm。

三) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质

半精加工
磨花键

精车加工

盘部钻孔

三.C616机床齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(6~10m/s)。

二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC45~50,金相组织为回 火索氏体。 2.齿心部硬度HRC22~25,金相组织为 回火马氏体。

三) 选材: 40、45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质

半精加工 及低温回火

精车加工 精磨

高频淬火

四.JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10~15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。

二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58~62, 金相组织为回 火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。 2.齿心部硬度HRC35~45, 金相组织为 回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。

三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 四) 加工工艺路线: 下料 渗碳 磨齿 锻造 淬火 正火 机械加工 喷丸

低温回火

第四节 毛坯制造方法选择的原则

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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。

毛坯制造方法的分析与比较 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
锻造

铸态组织,晶粒粗大
再结晶组织,有锻造流线

较差
较好

增加过冷度,变质处理等

熔焊 压焊 焊接 钎焊

接头组织复杂 接头具有再结晶或加工硬 化组织 接头具有和金铸态组织

不均匀 较好或不均 匀 不均匀

选择合适焊条、焊丝及热处 理等

增加搭接面积,提高承载能 力

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
锻造 熔焊

确定浇铸位置,选择分型面

保证质量

确定锻造基本工序,确定分模面 简化工艺 确定接头、坡口形式,选择焊条、 焊丝或焊剂等 确定接头形式

压焊

焊接
钎焊 确定接头形式,选择钎剂等


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