第十二章-机械零件的选材及毛坯的选择

第十二章机械零件的选材及毛坯的选择

选材的动机新产品设计时的选材；为提高产品性能，降低生产成本的选材零件在使用过程中由于失效涉及重新选材等。第一节机械零件的失效一、零件的失效系统、装置或零件在加工及使用过程中丧失其规定功能的现象。零件的失效有达到预期寿命的正常失效，也有远低于预期寿命的早期失效。

二、零件失效的形式及失效原因（一）零件失效的形式1.过量变形失效零件在使用过程中的变形量超过允许范围而造成的失效。

2.断裂失效零件因断裂而无法正常工作的失效。

3.表面损伤失效零件在工作过程中，因机械或化学作用，使其表面损伤而造成的失效。

（二）零件失效的原因1.结构设计

2.选材不当及材料缺陷

3.加工过程中存在的问题

4.安装、使用和维护不当

第二节机械零件的选材一、零件选材的一般原则（一）使用性原则指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及零件的性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件。选材的最主要原则。材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为主，物理性能和化学性能要求为辅；对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，力学性能、化学性能为辅。

（二）工艺性原则指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。1.金属材料的工艺性能

①铸造性能

②锻压性能

③焊接性能

④切削加工性能

⑤热处理性能

2.高分子材料的工艺性能

3.陶瓷材料的工艺性能

（三）经济性原则1.以铁代钢

2.选用型材

3.优先选用碳钢

4.降低零件的生产总成本

5.优先选用常用材料

二、选材的方法及步骤（一）零件选材的具体方法1.以综合力学性能为主的选材

2.以疲劳强度为主的选材

3.以磨损为主的选材

（二）零件选材的步骤1.分析零件的工作条件及失效形式，找出引起失效的主要力学性能指标，初步确定材料的类型、范围。2.对同类产品的用材情况进行研究，进一步缩小材料的类型、范围。

3.通过比较选择合适的材料。4.确定零件的热处理要求或其他强化处理方法。5.审核关键性能指标要满足使用性能要求。6.审核所选材料的综合经济指标。7.投产前进行小批量生产试验。

三、典型零件的选材（一）齿轮类零件的选材1.齿轮的工作条件、失效形式及力学性能要求

（1）工作条件齿轮工作时齿面因产生相互滑动和滚动，要承受较大的接触应力，并发生强烈的摩擦；由于要传递扭钜，齿根要承受较大的弯曲应力；在设备启动、变速或齿轮啮合不均匀时，将承受冲击载荷的作用。

（2）失效形式①轮齿断裂②齿面磨损③麻点剥落

（3）主要力学性能要求

①轮齿要有足够高的弯曲疲劳强度。②齿轮表面应有足够高的硬度、接触疲劳强度和耐磨性。③轮齿心部应具有足够高的强度和韧性。

2.齿轮常用材料及热处理

（1）钢

常用的钢有45、40Cr、40MnB等调质钢和20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2N3A、18Cr2Ni4WA等合金渗碳钢。

（2）铸铁

（3）有色金属

（4）非金属材料

3.典型齿轮的选材及加工工艺路线

（1）机床齿轮的选材

对中碳钢或中碳合金结构钢制造的齿轮常采用的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工或精加工→齿轮表面高频淬火+低温回火（或渗氮）→精磨。

常选用中碳钢或中碳合金钢

（2）汽车、拖拉机齿轮

常选用合金渗碳钢（如20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo、12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等）制造，经渗碳、淬火+低温回火处理后使用，

渗碳钢制造的齿轮常采用的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→粗加工、半精加工→渗碳、淬火+低温回火→珩齿（或磨齿）。（二）轴类零件的选材1.轴的工作条件、失效形式及性能要求

2.常用轴类零件的材料

3.机床主轴的选材实例

（三）刃具的选材1.车刀的选材

2.丝锥和板牙的选材

（四）箱座类零件的选材第三节零件毛坯的选择一、毛坯选择的原则（一）满足零件的使用性能要求（二）满足材料的工艺性能要求（三）经济性原则二、常用毛坯的特点及生产成本比较铸件锻件冲压件焊接件对原材料工艺性的要求流动性好，收缩率低塑性好，变形抗力小塑性好，变形抗力小强度高，塑性好，淬硬性低常用材料灰铸铁、球墨铸铁、低中碳钢、铝合金、铜合金中碳钢及合金结构钢低碳钢、奥氏体不锈钢及铜、铝等有色金属低碳钢、低合金钢、不锈钢及铝合金等结构特征可生产较复杂的铸件，形状一般不受限制形状一般较铸件简