常用金属材料和非金属材料选用

1、第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用 一、设计目的一、设计目的 掌握各种常用金属、非金属材料的性能、牌号掌握各种常用金属、非金属材料的性能、牌号和用途；了解常存元素对金属材料性能的影响；熟和用途；了解常存元素对金属材料性能的影响；熟悉加工工艺对所选材料力学性能的要求；掌握机械悉加工工艺对所选材料力学性能的要求；掌握机械零部件选材的过程与方法。零部件选材的过程与方法。二、设计条件二、设计条件 减速器工作环境条件、使用场合、负载以及性减速器工作环境条件、使用场合、负载以及性能要求，加工手段和工艺要求能要求，加工手段和工艺要求 三、设计内容及要求三、设计内容及

2、要求 （1）确定减速器轴类零件的材料选择过程；）确定减速器轴类零件的材料选择过程； （2）齿轮零件的材料选择过程；）齿轮零件的材料选择过程； （3）箱体零件的材料选择过程）箱体零件的材料选择过程 5.1 5.1 减速器主要零部件材料的选定说明减速器主要零部件材料的选定说明 第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用 5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料5.2.1 5.2.1 常用金属材料常用金属材料 碳素钢碳素钢 （1 1）碳素钢分类）碳素钢分类 按钢的含碳量分类：低碳钢按钢的含碳量分类：低碳钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢 按质量分

3、类：普通碳素钢按质量分类：普通碳素钢 优质碳素钢优质碳素钢 高级优质碳高级优质碳素钢素钢 按用途分类：碳素结构钢按用途分类：碳素结构钢 碳素工具钢碳素工具钢 特殊性能钢特殊性能钢 按金相组织分类：有亚共析钢、共析钢、过共析钢按金相组织分类：有亚共析钢、共析钢、过共析钢按钢的脱氧程度分类：有沸腾钢、镇静钢、半镇静按钢的脱氧程度分类：有沸腾钢、镇静钢、半镇静钢钢 第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用（2 2）碳钢的牌号）碳钢的牌号 1 1）碳素结构钢）碳素结构钢 字母字母Q+Q+屈服点数值（单位为屈服点数值（单位为MPaMPa）+ +质量等级符质量等级符号（

4、号（A A、B B、C C、D D）+ +脱氧方法符号（脱氧方法符号（F F、b b、Z Z、TZTZ）组成组成。 2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，即是优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，即是钢中平均含碳量的万分数钢中平均含碳量的万分数。5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用 3 3）铸钢）铸钢 铸钢的牌号是用字母铸钢的牌号是用字母“ZG”ZG”加上两组数字组成。加上两组数字组成。 4 4）碳素工具钢）碳素工具钢 碳素工具钢的牌号由碳素工具钢的牌号由

5、“T”T”加数字表示。加数字表示。“T”T”是是“碳碳”字汉语拼音字首，数字表示平均含碳量的千字汉语拼音字首，数字表示平均含碳量的千分数；若为高级优质工具钢，在牌号后加分数；若为高级优质工具钢，在牌号后加“A”A” 2. 2. 合金钢合金钢 合金钢是指在碳钢基础上，加入一些元素所形成合金钢是指在碳钢基础上，加入一些元素所形成的钢种，加入的元素称为合金元素。的钢种，加入的元素称为合金元素。5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料合金钢

6、的牌号是采用钢中含碳量加合金元素符号合金钢的牌号是采用钢中含碳量加合金元素符号及其含量的方法来表示。牌号的首位数字表示钢及其含量的方法来表示。牌号的首位数字表示钢的平均含碳量，的平均含碳量，（3 3）合金结构钢）合金结构钢 合金结构钢主要用于重要的工程机构和机器零合金结构钢主要用于重要的工程机构和机器零件的钢件的钢。常用合金结构钢有：低合金结构钢常用合金结构钢有：低合金结构钢 、合、合金渗碳钢、合金调质钢金渗碳钢、合金调质钢 、合金弹簧钢、合金弹簧钢 、滚动轴、滚动轴承钢等。承钢等。 第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用5.2 5.2 常用金属材料与非金

7、属材料常用金属材料与非金属材料（4 4）合金工具钢）合金工具钢 合金工具钢分为刃具钢、模具钢和量具钢三类合金工具钢分为刃具钢、模具钢和量具钢三类 。（5 5）特殊性能钢）特殊性能钢 指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，能指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，能在特殊环境、工作条件下使用的钢。常用的有不锈在特殊环境、工作条件下使用的钢。常用的有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。包括不锈钢、钢、耐热钢和耐磨钢等。包括不锈钢、耐热钢耐热钢 、耐磨钢等。耐磨钢等。 第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料3

8、3、铸铁、铸铁 铸铁是含碳量在铸铁是含碳量在2.112.11以上的铁碳合金以上的铁碳合金 。主要包括灰口铸铁主要包括灰口铸铁 、可锻铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁 、蠕墨铸铁蠕墨铸铁 、合金铸铁等。、合金铸铁等。 4. 4. 有色金属及其合金有色金属及其合金 非铁金属及其合金称为有色金属。包括铝及非铁金属及其合金称为有色金属。包括铝及铝合金铝合金 、铜及铜合金和轴承合金、铜及铜合金和轴承合金 。5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料5.2.2 5.2.2 常用非金属材料常用非金属材料 除金属以外的所有工程材料通称为非金属材料。除金属以外的所有工程材料通称为非金属材

9、料。主要有高分子材料、陶瓷材料和复合材料等三大类。主要有高分子材料、陶瓷材料和复合材料等三大类。这些非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰这些非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，成型工艺简单，具有某些特殊的性能，如塑富，成型工艺简单，具有某些特殊的性能，如塑料的重量轻，橡胶的高弹性，陶瓷耐高温、耐腐料的重量轻，橡胶的高弹性，陶瓷耐高温、耐腐蚀等，使得非金属材料目前已成为机械工程材料蚀等，使得非金属材料目前已成为机械工程材料中不可缺少的、独立的材料体系中不可缺少的、独立的材料体系 5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料5.2.2 5.2.2 常用非金属材料常用非金属材

10、料1 1、高分子材料、高分子材料 高分子材料是以高分子化合物为主要成分组成高分子材料是以高分子化合物为主要成分组成的非金属材料。是由低分子化合物聚合而成，也的非金属材料。是由低分子化合物聚合而成，也称高聚物。高分子化合物可分为有机高分子化合称高聚物。高分子化合物可分为有机高分子化合物和无机高分子化合物两大类。例如：塑料、合物和无机高分子化合物两大类。例如：塑料、合成橡胶及合成纤维等。成橡胶及合成纤维等。2. 2. 陶瓷陶瓷 陶瓷材料是一种用天然或人工合成的化合物陶瓷材料是一种用天然或人工合成的化合物5.2 5.2 常用金属材料与非金属材料常用金属材料与非金属材料5.2.2 5.2.2 常用非金

11、属材料常用非金属材料为原料烧结而成的无机非金属材料。按其成分性为原料烧结而成的无机非金属材料。按其成分性能和用途分为普通陶瓷和特种陶瓷两种。能和用途分为普通陶瓷和特种陶瓷两种。3. 3. 复合材料复合材料 复合材料是指由两种或几种不同化学组成和复合材料是指由两种或几种不同化学组成和结构组织的材料，以一定形式组合而成的人工结构组织的材料，以一定形式组合而成的人工合成材料。合成材料。性能特点性能特点 ：1 1）较大的比强度和比模量。）较大的比强度和比模量。2 2）抗疲）抗疲劳性和减振性好。劳性和减振性好。3 3）化学稳定性和耐热性好。）化学稳定性和耐热性好。 5.2 5.2 常用金属材料与非金属材

12、料常用金属材料与非金属材料5.2.2 5.2.2 常用非金属材料常用非金属材料常用复合材料及其应用常用复合材料及其应用 ：1 1）玻璃纤维增强复合材料：主要用于轴承、齿轮、）玻璃纤维增强复合材料：主要用于轴承、齿轮、汽车仪表盘、管道、泵阀等零件及耐蚀耐压容器。汽车仪表盘、管道、泵阀等零件及耐蚀耐压容器。2 2）碳纤维复合材料：主要用于制造齿轮、轴承、碳纤维复合材料：主要用于制造齿轮、轴承、活塞、密封圈、化工器材零件、航空航天飞行器、活塞、密封圈、化工器材零件、航空航天飞行器、导弹上的零件和发动机等。导弹上的零件和发动机等。3 3）层叠复合材料：）层叠复合材料：广泛应用与航空、交通运输、广泛应用

13、与航空、交通运输、建筑、机械等工业部门建筑、机械等工业部门 。 第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用4 4）颗粒增强复合材料）颗粒增强复合材料 ：用于制作具有优良减摩：用于制作具有优良减摩性、消振性的新型轴承材料。性、消振性的新型轴承材料。5.3 5.3 机械零部件材料的选定机械零部件材料的选定 机械零部件材料的选择除了与零件的结构、强机械零部件材料的选择除了与零件的结构、强度、刚度有关外，还与零件的失效形式有关系。度、刚度有关外，还与零件的失效形式有关系。一般来讲，零件材料的选择，首先要从零件的失一般来讲，零件材料的选择，首先要从零件的失效形式，选择材

14、料的类型；再根据材料的使用性效形式，选择材料的类型；再根据材料的使用性能、工艺性和经济性三个方面进行考虑，进行零能、工艺性和经济性三个方面进行考虑，进行零件材料型号的选择。件材料型号的选择。5.3 5.3 机械零部件材料的选定机械零部件材料的选定5.3.1 5.3.1 机械零件的失效形式及原因机械零件的失效形式及原因1 1、失效的形式、失效的形式 机械零件由于各种原因，丧失规定的功能，无机械零件由于各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。零件失效形式归纳法继续工作的现象称为失效。零件失效形式归纳为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型。为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型

15、。2. 2. 失效的原因失效的原因（1 1）设计原因：零件的结构或形状不合理，在设计原因：零件的结构或形状不合理，在零件的各种夹角、缺口、过小的过渡圆角处存零件的各种夹角、缺口、过小的过渡圆角处存在明显的应力集中；在明显的应力集中； 5.3 5.3 机械零部件材料的选定机械零部件材料的选定5.3.1 5.3.1 机械零件的失效形式及原因机械零件的失效形式及原因（2）材质原因）材质原因 材料性能指标不能反映材料对实际失效形式的材料性能指标不能反映材料对实际失效形式的抗力，不能满足工作条件的要求，造成错误选材。抗力，不能满足工作条件的要求，造成错误选材。 （3 3）加工工艺不当）加工工艺不当 零部

16、件在加工或成形过程中，由于采用的工艺零部件在加工或成形过程中，由于采用的工艺不当而产生的各种质量缺陷不当而产生的各种质量缺陷 。（4）装配使用不当）装配使用不当 选材的基本原则是所选材料的性能应能满足零选材的基本原则是所选材料的性能应能满足零部件使用要求，经久耐用，易于加工制造，成本部件使用要求，经久耐用，易于加工制造，成本低，几个原则：低，几个原则：1. 1. 满足使用要求满足使用要求2. 2. 满足工艺要求满足工艺要求3. 3. 满足经济性要求满足经济性要求5.3 5.3 机械零部件材料的选定机械零部件材料的选定5.3.2 5.3.2 机械零件材料选择的原则机械零件材料选择的原则第第5 5

17、章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用5.4 5.4 减速器零部件材料牌号的选定过程减速器零部件材料牌号的选定过程1 1、轴类零件、轴类零件 1 1）轻载、低速轴可选用）轻载、低速轴可选用Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275等碳素等碳素结构钢，结构钢， 2 2）当受中等载荷且转速、冲击与循环载荷较小的）当受中等载荷且转速、冲击与循环载荷较小的减速器轴类零件，常选用中碳优质碳素结构钢，减速器轴类零件，常选用中碳优质碳素结构钢，如如3535、4040、4545、5050钢（其中钢（其中4545钢应用最多）钢应用最多）第第5 5章章 常用金属材料与非金属材

18、料及选用常用金属材料与非金属材料及选用5.4 5.4 减速器零部件材料牌号的选定过程减速器零部件材料牌号的选定过程3 3）对于承受较大载荷或要求精度高以及处于高、）对于承受较大载荷或要求精度高以及处于高、低温等恶劣条件下工作的减速器轴，选用合金钢。低温等恶劣条件下工作的减速器轴，选用合金钢。2. 2. 齿轮类齿轮类 确定齿轮用材的主要依据是：齿轮的传动方确定齿轮用材的主要依据是：齿轮的传动方式（开式或闭式）、载荷性质与大小（齿面接触式（开式或闭式）、载荷性质与大小（齿面接触应力和冲击负荷等）、传动速度（节圆线速度）、应力和冲击负荷等）、传动速度（节圆线速度）、精度要求、淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材精度要求、淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材料及硬度值的匹配情况等。根据材料可分为：料及硬度值的匹配情况等。根据材料可分为：第第5 5章章 常用金属材料与非金属材料及选用常用金属材料与非金属材料及选用5.4 5.4 减速器零部件材料牌号的选定过程减速器零部件材料牌号的选定过程1 1）钢制齿轮）钢制齿轮 2 2）铸钢齿轮）铸钢齿轮3 3）铸铁齿轮）铸铁齿轮 4 4）有色金属齿轮）有色金属齿轮5 5）工程塑料齿轮）工程塑料齿轮3. 3.