机械零件的常用材料和结构工艺性

2023/5/11第一章机械零件的常用材料和结构工艺性§1-1机械零件的常用材料及选用§1-2机械零件的结构工艺性§1-3机械设计中的标准化2023/5/12§1-1机械零件的常用材料及选用一、机械零件常用材料

复合材料黑色金属（钢、铸铁等）有色金属（如铜、铝及其合金等）非金属材料金属材料如工程塑料、橡胶、玻璃等如纤维增强塑料、金属陶瓷等2023/5/13铁碳合金（C<2%）结构钢（机械零件、工程结构等）工具钢（刀具、量具、模具等）特殊钢（不锈钢、耐热钢、耐酸钢等）1、钢用途碳素钢（非合金钢）低合金钢合金钢化学成分2023/5/14表1-1普通碳素结构钢牌号力学性能（不小于）用途抗拉强度σb/MPa屈服点σs/MPa伸长率δ/%Q195315~43019533冲压件、焊接件及受载小的机械零件，如垫圈,开口销、地脚螺栓等Q215Q235335~450375~5002152353126焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆钉、销轴、连杆、支座等受载不大的机械零件Q255Q275410~550490~6302552752420金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、转轴、心轴、链轮、吊钩、连杆等受力较大的机械零件1）普通碳素结构钢牌号含义：Q235，Q235-A（B、C、D）2023/5/152）优质碳素结构钢表1-2优质碳素结构钢牌号力学性能（不小于）用途抗拉强度σb/MPa屈服点σs/MPa伸长率δ/%10203354102052453125冷冲压件、连接件及渗碳零件，如心轴、套筒、螺栓、螺母、吊钩、摩擦片、离合器盘等30454906002953552116调制零件，如齿轮、套筒、连杆、轴类零件及连接件等6070675715400420129弹簧、弹性垫圈、凸轮及易磨损零件牌号含义：45钢（平均含碳量为万分之45)C≤0.25%低碳钢，强度、硬度低，塑性、焊接性能好0.25%<C<0.6%中碳钢，综合性能好，应用最广C≥0.6%高碳钢，弹性或易磨损元件2023/5/163）合金结构钢表1-3合金结构钢牌号力学性能（不小于）用途抗拉强度σb

/MPa屈服点σs/MPa伸长率δ/%20Cr83554010用于要求心部强度高，承受磨损，尺寸较大的渗碳零件20Mn278559010可代替20Cr钢制造齿轮、轴等渗碳零件40Cr9807859用于较重要的调质零件，如连杆、重要齿轮、曲轴等35SiMn88573515可代替40Cr钢制造齿轮、轴类零件65Mn9807858截面小于20mm的冷卷弹簧50CrVA1275113010大截面高强度弹簧牌号含义：如45Mn2，40Cr，50CrVA当合金元素的平均含量低于1.5%仅用元素符号表示2023/5/17牌号力学性能（不小于）用途抗拉强度σb/MPa屈服点σs/MPa伸长率δ/%ZG230-45045023022机座、机盖、箱体等。焊接性良好ZG270-50050027018飞轮、机架、蒸汽锤、联轴器、水压机工作缸，焊接性尚好ZG310-57057031015联轴器、气缸、齿轮、重载荷机架ZG340-64064034010起重运输机中的齿轮、联轴器等重要机件4）铸钢表1-4一般工程用铸造碳钢可用铸造方法来获得毛坯，适用于尺寸较大、形状复杂、要求较高的零件。牌号含义：ZG230-4502023/5/18

2、铸铁铁碳合金（C>2%）

铸铁性脆，不适合于锻压和焊接，但熔点低，流动性好，可铸造形状复杂的大小铸件。主要包括：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。牌号力学性能用途抗拉强度σb/MPa抗压强度σs/MPaHT200200750气缸、齿轮、机床、飞轮、齿条、衬筒、一般机床铸有导轨的床身、液压筒、泵的壳体等.HT2502501000阀壳、油缸、气缸、联轴器、机体、齿轮、齿轮箱外壳、飞轮、凸轮、轴承座等.HT3003001100齿轮、凸轮、车床卡盘、压力机的床身、导板、增压液压筒、泵的壳体等.牌号含义：HT150（抗拉强度平均值）表1-5灰铸铁2023/5/19铜及铜合金

黄铜：Cu与Zn（≥15%）合金

青铜锡青铜：Cu与Sn的合金

无锡青铜：Cu与Al、Si、Pb等的合金

2)铝及铝合金

形变铝合金：防锈铝、锻铝等

铸造铝合金（应用最广的轻金属）

3、有色金属铜的力学性能很低，在机械工业中的应用并不多。2023/5/1101）铜及铜合金表1-6铜合金牌号力学性能材料状态用途抗拉强度σb/MPa伸长率δ/%ZCuSn10P1(10-1锡青铜)22031032砂模金属模受冲击载荷的耐磨件，如齿轮、涡轮、轴瓦、衬套、丝杆螺母等ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜)4905401012砂模金属模重要的轴承、轴套、轮缘及大型铸件等H62(62黄铜)37049棒材螺母、垫圈、铆钉、弹簧等导电性、导热性、减摩耐磨性、耐腐蚀性良好2023/5/1112）铝及铝合金表1-7铝合金牌号力学性能材料状态（棒材）用途抗拉强度σb/MPa伸长率δ/%2Al1(LY11，硬铝)42015砂模金属模中等强度零件及焊接件，如螺栓、铆钉、接头、骨架等7A04(LC4，超硬铝)60012砂模金属模高强度零件、大梁、框架等ZAlSi7Mg(ZL101铸铝硅合金)2221棒材中等强度、形状复杂的零件，如支架、客体、发动机附件等

铝及铝合金是应用最广的轻金属，纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性。2023/5/1124、工程塑料

在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，具有较高的强度，质量轻，绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性好。牌号力学性能用途抗拉强度σb/MPa伸长率δ/%尼龙6646~81.360~200适用于中等载荷、温度≤100~120℃、无润滑或少润滑条件下工作的耐磨受力传动零件.聚四氟乙烯(PTEE，F-4)13.7~24.5250~350主要用作耐化学腐蚀、耐高温的密封元件，也用作输送腐蚀介质的高温管道、耐腐蚀衬里、容器以及轴承、导轨、无油润滑活塞环、密封圈等.酚醛塑料(PF)24.5常用的为层压酚醛塑料和粉末状压制塑料，有板材、管材及帮料等。可用作轴承、轴瓦、带轮、齿轮、制动装置和离合装置的零件、摩擦轮及电器绝缘零件等.表1-8工程塑料2023/5/113二、钢的热处理简介1、热处理定义：将钢在固态下进行不同温度的加热、保温和冷却的工艺方法。目的：促使钢内部组织机构发生变化，从而提高零件的力学性能和改善工艺性能。热处理能充分发挥材料的潜力，节省钢材，延长机械的使用寿命。2023/5/114

时间温度加热保温临界温度淬火回火调质退火正火加热保温临界温度调质正火加热保温临界温度正火回火临界温度正火退火正火淬火回火调质化学热处理2、常用的热处理方法2023/5/115

将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉冷却。1.消除内应力，降低硬度，便于切削；2.提高塑性和韧性；3.改善组织为进一步热处理作准备。退火：2023/5/116正火：1.消除内应力（不如退火彻底），钢的强度、硬度较退火高；2.不占用设备，生产率较高。

将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在空气中冷却。2023/5/117

将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在水或油中快速冷却。1.钢的硬度急剧增加，但存在很大的内应力，脆性增加；2.为了减少内应力、降低脆性和获得良好的机械性能，淬火后一般均需回火。淬火：2023/5/118

将淬火钢重新加热到某一低于临界温度，保温一段时间，然后冷却。回火：150～250℃作用：减少内应力、降低脆性；同时保存淬火钢的高硬度和耐磨性。应用：刀具，量具350～500℃作用：弹性↑，硬度↓应用：有弹性要求的零件，如：弹簧500～650℃作用：强度、硬度、塑性和韧性等都较好应用：重要的机械零件，如：齿轮，轴等。高温回火中温回火低温回火2023/5/119

调质可以提高和改善材料的综合力学性能。一些重要的零件，特别是一些在变应力作用下的零件，如连杆、齿轮、轴等常采用调质处理。调质即淬火和高温回火的综合热处理工艺。调质：2023/5/120

表面淬火

将机械零件表面迅速加热到淬火温度，热量未传至中心，即快速冷却的热处理方法。2023歪/4/2没521将机械付零件放俭在含有竹某种化进学元素胡的介质割中加热烧和保温度，使该回元素的活性原延子渗入到零件表粱面的热处截理方法。化学热处爆理作用：表面床硬而耐箭磨，芯绣部仍保遭持原有笋韧性。渗碳渗氮（酒氮化）碳氮共渗蕉（氰化）2023纸/4/2和522渗碳（carb李uriz魔ing/霜carb课uriz蛛atio宗n）渗碳是呀指使碳原子渗览入到钢表窃面层的过程。仆也是使低翁碳钢的工舌件具有高匪碳钢的表遵面层，再采经过淬火网和低温回溜火，使工伪件的表面撞层具有高硬度和聪耐磨性，而工件头的中心部应分仍然保游持着低碳艘钢的韧性设和塑性。渗碳工艺过广泛用于教飞机﹑汽车和拖移拉机等的虚机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴夺等。2023眠/4/2令523渗氮（nitr物idin危g）又称氮化，是指孤向钢的贺表面层内渗入氮沈原子的掩过程。倘其目的目是提高陡表面层勺的硬度伞与耐磨构性以及喂提高疲圆劳强度蜜、抗腐姥蚀性等缸。与渗碳都工艺相阅比，渗氮温布度比较锤低，因而畸虏变小，但线由于心部姿硬度较低哭，渗层也舌较浅，一磁般只能满派足承受轻狸、中等载技荷的耐磨弯、耐疲劳核要求，或稿有一定耐碰热、耐腐柴蚀要求的坊机器零件宣，以及各爸种切削刀技具、冷作渣和热作模别具等。2023援/4/2纪524碳氮共湿渗（氰渡化）碳氮共渗挨后淬火加叮低温回火反。氮碳共渗剩后得到的框化合物层韧性好铜，硬度佳高，耐荐磨，耐飞蚀，抗奇咬合。氰化常用哄于低碳钢庄和中碳钢翠。2023蛮/4/2晓525在机械坡设计中樱，零件芽材料的凶选用是祸否合理冈，将直接影响糠到机械的骗使用性能、工作可蠢靠性和经济性。在选用陵材料时螺，应注竟意：1.使用方每面的要挑求1）零件执所受载驴荷的大榨小和性模质，以蛋及应力谜状态；2）零件的栋工作条件极；3）零件尺搁寸、重量保有无限制号；4）零件走的重要氧程度；5）其他特醋殊要求，引如导电性香、抗磁性刃等。三、选用血材料的基傅本原则202誉3/4此/25262.工艺性染方面的宵要求所选的绢材料要侍保证零拾件便于制造，即应伏与零件的结构和复杂程俱度、尺寸叔大小和毛驱坯的制造扛方法相适应。例：焊接诱毛坯（焊耀接性能好欧）、冲压溜或模锻（湿塑性较好绞）3.经济方吃面的要跪求所选材纵料应保达证零件最经济地制造出闪来，不仅要考虑处原材料价蔽格的高低巷，还要考板虑零件制嫂造成本的高墨低。202涂3/4草/2527总之，在树选用材料旅时，要综合槽考虑各号相关因素，并分清跪主次，以叠满足主要线要求，协柏调次要要冻求;参照已固成功使劲用着的滤同类机嘱器中各俊零件材词料的应陪用情况。2023倾/4/2千528§1-2机械零件潮的结构工值艺性能以最低碧的成本和含最少的劳哄动量将零董件制造出洗来，并便眠于装配、赢维修和更陡换。良好的工勾艺性机械零件再的结构工要艺性零件所钟具有的珍结构是飞否便于嘱制造、装配和惯拆卸等郊。202驼3/4烟/2529一、便浩于零件毛坯的制造（柏表1-9，p13）铸造1.铸件上生壁厚不迷宜过薄声或过厚虾，各部投分壁厚应评均匀。2.两个面疮的交界挥处应作泥出圆角，在壁态厚相差璃超过一潮倍作出过渡斜度。3.在拔模泽方向上券设有铸造斜却度，铸件上避免内抄凹形状。202旋3/4弄/2530锻造（自额由锻）1.锻件毛累坯外形根简单，课一般不允许有强抗肋。2.外形平自直、对瓣称，避免锥形羡、楔形。3.不允许爬在交叉墓件内设遭凸台。202障3/4折/2531冲压1.轮廓设翅倒圆，荐提高奸模宋具寿命史。2.弯曲件捞最好形梦状对称辉，否则跨影响成腊形。3.各部分挣尺寸合贱比例，缘瑞否则难驼以成形施。202痰3/4浪/2532焊接1.考虑焊接墓时操作方连便。2.避免焊缝乎过分集中扔，以减小从变形和防双止裂纹。3.焊缝避旧免设在全应力集身中的地疯方。202贷3/4渐/2533二、便爬于零件重的机械加工（表1-10，p15）1.被加工蛇面的尺腔寸和数酿量尽可帜能减少参。2.加工面钢力求布肥置在同碎一平面波，加工梳面和不其加工面骑明显分源开。3.尽量统絮一同一壤零件上欧的切槽安、圆角集、键槽虹等。202歪3/4厨/2534退刀槽、款越程槽盲孔加工于与设计斜面钻裹孔加工鱼与设计斜面钻孔愿加工与设播计2023伍/4/2俯535三、便猴于零件评的装卸匠和可靠蚁定位（捷表1-11，p17）1.要有足够慕的安装空街间2.定位销空裂尽可能钻棒穿，便于穿取出与铁才屑的排出2023布/4/2补5363.合理设膏计定位父面4.定位面不加宜过多2023狡/4/2要537§1-3机械设块计中的牛标准化定义：标准化就是要通不过对零件乐的尺寸、套结构要素患、材料性反能、设计贷方法、制散图要求等析，制定出迷大家共同遵驶守的标凤准。1)产品品种顺规格的系该列化将同一类渗产品的主骨要参数、疑型式、尺恰寸、基本慨结构等依抬次分档，价制成系列悔化产品，仓以较少的象规格品种煤满足用户跨的广泛要修求。2)零部件路的通用垦化将用途缘瑞、结构霸相近的坦零部件嘴（如轴婆承、螺输栓等）遭，经过饲统一后洽实现互三换。2023貌/4/2种5383)产品质真量标准女化要保证产图品产品质环量合格和牙稳定，就决必须做好啊设计、加立工工艺、执装配检验蛙、包装储咸运等环节