材料的选用学习教案

1、会计学1材料的选用材料的选用第一页，编辑于星期日：十六点 二分。第第1313章章 材料的选用材料的选用 概述机械零件的选材第1页/共21页第二页，编辑于星期日：十六点 二分。 众所周知，机器零件的正确选材与合理用材是广大工程技术人员的基本任务之一，也是本课程教学的主要目的因此本章被列为本课程的重点，本章学习重点有：v 掌握材料合理选用的基本原则和方法；v 明确机械零件失效的基本形式，了解有关失效分析的一般步骤与方法；v 熟悉齿轮和轴这两类典型零件的选材分析（包括工作条件，常见失效形式，其性能要求等），初步做到能正确、合理地选用材料，安排其大致加工工艺路线，制定其相应的热处理工艺，判断其所得组织

2、等 。13.1 概述概述第2页/共21页第三页，编辑于星期日：十六点 二分。一、选材的一般原则 1、 使用性原则 满足机械性能和物理、化学性能的要求 2、 工艺性原则 适应各种冷、热加工要求的能力 3、 经济性原则 保证使用性能要求及加工质量的前提下， a、 材料价格 b、 材料加工费用 c、 使用寿命、维修等附加费用 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第3页/共21页第四页，编辑于星期日：十六点 二分。二、材料的使用性能 1、根据零件的服役条件和可能的失效或形式，给出选材的主要性能，（机械性能物理性能）指标，以保证零件的使用性能。 常用零件的服役条件、失效形式及主要性能指标（自学）。1

3、3.2 机械零件的选材机械零件的选材 第4页/共21页第五页，编辑于星期日：十六点 二分。三、材料的工艺性能 材料工艺性能即加工成零件的难易程度。 金属材料加工方法有铸造，压力加工，焊接，切削加工及热处理。从工艺性考虑： 铸件最好选择共晶合金。 锻件，冲压件最好选择固溶体合金，低碳铜和低合金钢锻造性能好，高碳钢较差，高合金钢很差。 焊接结构选择低碳钢或低合金钢，不应选铸铁，铜合金及铝合金的焊接性能均不好。 切削加工是材料被切削的难易程度。希望钢铁材料的硬度控制在170230HBS。 热处理工艺性碳钢的淬透性差；加热易过热而晶粒长大，淬火是容易变形与开裂，制造高强度及大截面、形状复杂的零件，需选

4、用合金钢。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第5页/共21页第六页，编辑于星期日：十六点 二分。 1、机床类齿轮由于工作条件较好（无强烈冲击，工作平稳），大多可选调质钢（、等）制造，经调质（或正火）处理十高频淬火、低温回火，这是一般规律特例：当高速且承受冲击载荷较大时（如立式车床上的重要齿轮）宜选20CrMnTi（20r）等渗碳钢制造，经渗碳十淬火十低温回火处理。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第6页/共21页第七页，编辑于星期日：十六点 二分。 2、对于汽车、拖拉机的变速齿轮，由于承载较重，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧度等，均要求比机床齿轮高，故一般均

5、采用渗碳钢制造，经渗碳+淬火+低温回火处理，表层碳含量大大提高，保证淬火后高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力，由于合金元素提高淬透性，所以经淬、回火后可使工件心部获得较高的强度和足够的冲击韧度。但其中对于如汽车、拖拉机的油泵齿轮等承载轻、受冲击小的场合，亦可选调质钢经调质处理使用（这是特例）。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第7页/共21页第八页，编辑于星期日：十六点 二分。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第8页/共21页第九页，编辑于星期日：十六点 二分。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第9页/共21页第十页，编辑于星期日：十六点 二分。【例题11-1】 1、C61

6、8机床变速箱齿轮（该齿轮尺寸不大，其厚度为15mm）工作时转速较高，性能要求如下：齿的表面硬度5056HRC，齿心部硬度22 25HRC，整体强度b=760800MPa，整体韧性K=4060J/cm2 。请从下列材料中进行合理选用，并制订其工艺流程：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第10页/共21页第十一页，编辑于星期日：十六点 二分。 普通车床中的变速箱齿轮，是主传动系统中传递动力的齿轮。因此，要求有一定的强度和轮齿的心部硬度及韧性。这种齿轮在工作中转速较高，齿表面要求有较高的硬度以保证耐

7、磨性。但同汽车、拖拉机变速齿轮相比，一般机床齿轮工作时相对比较平稳，承受冲击负荷很小，传递的动力也不很大。所以上述要求都不是太高，例如齿表面硬度只要求。显然，不需要采用化学热处理（如渗碳）。整体的强度、韧性由调质可以达到。因此，选用淬透性适当的调质钢经调质处理后，再经高频表面淬火和低温回火即可达到要求。这种齿轮的尺寸不大，尤其是厚度甚小（15），可选用优质碳素结构钢，水淬即可使截面大部分淬透，回火后基本上能满足性能要求。因此，从所给钢种中选择钢制造合适。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第11页/共21页第十二页，编辑于星期日：十六点 二分。 选用45钢制造，较为合适。 其加工工艺路线

8、为：下料锻造正火（840860空冷）机加工调质（840860水淬，500550回火）精加工高频表面淬火（880900水冷）低温回火（200回火）精磨。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第12页/共21页第十三页，编辑于星期日：十六点 二分。3.常见错误剖析 选用20I或l钢制造。错在此种选材法不符合经济性原则，即大材小用。 遵循选材的三项基本原则，应选用45钢较为合适。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第13页/共21页第十四页，编辑于星期日：十六点 二分。 有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为5863HRC，齿心部硬度3345HRC，其余

9、力学性能要求为:b 1000Mpa ,-1440Mpa , a K 95J/cm2 。试从“例题71”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第14页/共21页第十五页，编辑于星期日：十六点 二分。 由题意可知，此载重汽车变速箱齿轮在工作时负荷较重，每个齿受交变弯矩的作用，因此要有高的强度和高的疲劳强度。齿轮还受到较大的冲击，故要求有高的冲击韧度。齿表面为防止磨损，要求具有高硬度和高耐磨性（HRC）。每个齿除受较大的弯矩外，齿表面还承受较大的压力。因此不仅要求齿表面硬度高，耐磨，还要求齿的心部具有一定的强度和硬度

10、（5HRC）。根据以上分析，可知该汽车齿轮的工作条件比机床齿轮要求苛刻，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面的要求均比机床齿轮要高。从例题7-所列钢种中，调质钢钢不能满足使用要求（表面硬度只能达5056HRC）。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第15页/共21页第十六页，编辑于星期日：十六点 二分。 l为氮化钢，氮化层较薄，适合应用于转速快，压力小，不受冲击的使用条件，故其不适合做此汽车齿轮。 渗碳钢经渗碳热处理后，齿表面可获得高硬度（ HRC）、高耐磨性。由于该钢淬透性好，齿心部可获得强韧结合的组织，具有较高的冲击韧度，故可满足使用要求。因此该载重汽车变速箱齿轮选用 钢

11、制造。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第16页/共21页第十七页，编辑于星期日：十六点 二分。 制造该齿轮的适宜钢种为20CrMnTi ，其加工工艺路线为：下料锻造正火（950970空冷）机加工渗碳（920950渗碳68小时）预冷淬火（预冷至油冷）低温回火喷丸磨齿。 其中每一步热处理的目的及相应组织为： 正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性。经正火后的组织为S 。 渗碳：表面获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性。渗碳温度下对应的组织为+K。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第17页/共21页第十八页，编辑于星期日：十六点 二分。 预冷淬火：齿表面获得高硬度、高耐磨性，其对应的组织为高碳+碳化物+ 残余A；齿心部强、韧结合，对应的组织为低碳+F+T。 再经低温回火后，减少淬火应力、稳定组织，其相应组织为：表面M 回+ K + A R ，心部M 回+ F + T 。 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第18页/共21页第十九页，编辑于星期日：十