第十二章 材料选用.ppt

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1、课程主讲人：第十二章 材料选用第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的机械零件材料及成形工艺的选用选用12.1 工程材料及成形工艺选用的基本工艺原则工程材料及成形工艺选用的基本工艺原则12.2 具体成形方法及改性工艺的选用具体成形方法及改性工艺的选用12.3 典型零件的材料及成形工艺选择典型零件的材料及成形工艺选择 12.3.1 轴类零件轴类零件 12.3.2 齿轮类零件齿轮类零件 12.3.3 机架、箱体类零件机架、箱体类零件12.1工程材料及成形工艺选用的基本原则工程材料及成形工艺选用的基本原则12.1.1 使用性能足够的原则使用性能足够的原则 零件工作条件包括三方面：受力状况、环境状况

2、、特殊要求零件工作条件包括三方面：受力状况、环境状况、特殊要求12.1.2 工艺性能良好的原则工艺性能良好的原则 金属材料的工艺性能、陶瓷材料的工艺性能、金属材料的工艺性能、陶瓷材料的工艺性能、 高分子材料的工艺性能高分子材料的工艺性能12.1.3 经济合理的原则经济合理的原则 应考虑的内容：材料的价格、加工费用、以铁代钢、优先应考虑的内容：材料的价格、加工费用、以铁代钢、优先 选用碳素钢、成组选材选用碳素钢、成组选材12.1.4 材料、成形工艺、零件结构相适应的原则材料、成形工艺、零件结构相适应的原则第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用零件举例零件举例受

3、力及环境受力及环境材料与工艺材料与工艺拖拉机减速齿轮、内燃拖拉机减速齿轮、内燃机曲轴机曲轴负荷轻、耐磨负荷轻、耐磨球墨铸铁球墨铸铁汽车传动齿轮、汽车传动齿轮、抗弯、高冲击耐磨抗弯、高冲击耐磨渗碳钢、渗碳渗碳钢、渗碳机床齿轮机床齿轮抗弯、一般冲击耐磨抗弯、一般冲击耐磨调质钢、高频表面淬火调质钢、高频表面淬火连杆、一般传动轴连杆、一般传动轴强韧性强韧性调质钢、调质调质钢、调质机床轴机床轴强韧性、中等耐磨强韧性、中等耐磨调质钢、调质调质钢、调质+表面淬火表面淬火重型机器轴重型机器轴强韧性、高耐磨强韧性、高耐磨调质钢、调质调质钢、调质+渗氮渗氮模具模具高硬、耐磨高硬、耐磨工具钢、轴承钢工具钢、轴承钢曲

4、轴曲轴疲劳疲劳-1高的材料、表面压应力高的材料、表面压应力海上仪表零件海上仪表零件抗腐蚀、低温脆性小抗腐蚀、低温脆性小铜合金铜合金化工机械化工机械腐蚀介质腐蚀介质不锈钢、非不锈钢不锈钢、非不锈钢+表面处理表面处理涡轮叶片涡轮叶片高温介质高温介质耐热钢、陶瓷涂层耐热钢、陶瓷涂层仪表壳仪表壳重量轻重量轻铝合金、工程塑料铝合金、工程塑料受力状况、环境状况及材料选用受力状况、环境状况及材料选用失效形式与选材失效形式与选材失效形式失效形式失效原因失效原因危害危害选材与预防措施选材与预防措施变变形形失失效效弹性变形弹性变形刚度不足刚度不足失稳、让刀失稳、让刀选选E高者、改变结构高者、改变结构塑性变形塑性变

5、形应力应力s s弯曲、伸长弯曲、伸长选选s s高者，增大截面高者，增大截面蠕变变形蠕变变形应力应力s s，并增至并增至b b断裂断裂选选s s高者高者低应力脆断低应力脆断应力应力s s，低温冲击大低温冲击大恶性事故恶性事故选高选高k、低、低Tk、高、高K1c疲劳断裂疲劳断裂应力应力s s，长时间受交长时间受交变载荷变载荷无先兆低应无先兆低应力断裂力断裂选高选高b b、高高k、高、高-1-1、表面强化避免应力集中表面强化避免应力集中应力腐蚀裂应力腐蚀裂应力应力s s，腐蚀介质腐蚀介质断裂断裂表面防护表面防护表表面面损损伤伤失失效效磨粒磨损磨粒磨损磨粒长时间作用磨粒长时间作用尺寸减小尺寸减小高高H

6、V/E，有硬质第二相，有硬质第二相粘着磨损粘着磨损偶件相对运动磨损偶件相对运动磨损咬卡咬卡偶件用不同材料、润滑偶件用不同材料、润滑腐蚀腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀 表面腐蚀、表面腐蚀、有色金属、不锈钢、塑有色金属、不锈钢、塑料、电化学保护料、电化学保护表面疲劳表面疲劳兼有疲劳与磨损的特点兼有疲劳与磨损的特点 麻点、剥落麻点、剥落增加表面硬化层厚度增加表面硬化层厚度金属材料制造零件加工路线金属材料制造零件加工路线第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用工艺性与选材工艺性与选材工艺性工艺性能能最优条件最优条件材料性能从优至劣排列材料性能从优至劣排列

7、铸造性铸造性能能熔点低、共晶合金熔点低、共晶合金铸铁、黄铜、铝合金、青铜、铸钢铸铁、黄铜、铝合金、青铜、铸钢锻造性锻造性能能FCC的金属、第二组元的金属、第二组元少的合金少的合金低、中、高碳钢，高合金钢、黄铜、低、中、高碳钢，高合金钢、黄铜、铝合金铝合金焊接性焊接性能能WCE0.4%碳钢、低合金结构钢、碳当量小者、碳钢、低合金结构钢、碳当量小者、防锈铝、青铜、硬铝防锈铝、青铜、硬铝切削性切削性140248HB铝合金、不锈钢、铝合金、不锈钢、30钢、钢、45钢、铸钢、铸铁、铁、T8钢、钢、65Mn，不锈钢、耐热，不锈钢、耐热钢钢热处理热处理性性淬火变形小，回火脆性淬火变形小，回火脆性小，淬透性高

8、，过热敏小，淬透性高，过热敏感性小感性小低碳钢、低合金钢、高碳钢、含低碳钢、低合金钢、高碳钢、含Mn钢、铝合金钢、铝合金第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用铸造性能比较铸造性能比较材料材料流动流动性性收缩性收缩性偏析偏析倾向倾向其他其他体收缩体收缩线收缩线收缩灰铸铁灰铸铁好好大大小小小小铸造内应力小铸造内应力小球墨铸铁球墨铸铁稍差稍差大大小小小小易形成缩孔、缩松，白口化倾向小易形成缩孔、缩松，白口化倾向小铸钢铸钢差差大大大大大大导热性差、易发生冷裂导热性差、易发生冷裂铸造黄铜铸造黄铜好好小小较小较小较小较小易形成集中缩孔易形成集中缩孔铸造铝合金铸造铝合金尚

9、好尚好小小小小较小较小易吸气，易氧化易吸气，易氧化第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用切削性比较切削性比较材料材料切削加工难易程度切削加工难易程度相对切削加工性相对切削加工性KV铝、镁合金铝、镁合金很容易加工很容易加工820易切钢易切钢易加工易加工2.52030钢正火钢正火易加工易加工1.62.545钢、灰铸铁钢、灰铸铁一般一般1.01.585钢（轧材）、钢（轧材）、2Cr13钢调质钢调质一般一般0.70.965钢调质、不锈钢钢调质、不锈钢难加工难加工0.50.651Cr18Ni9Ti、W18Cr4V难加工难加工0.150.5第十二章第十二章 机械零件材料

10、及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用陶瓷材料成形工艺比较陶瓷材料成形工艺比较工艺工艺优点优点缺点缺点注浆成形注浆成形 可做形状复杂件、薄壁件，成本低可做形状复杂件、薄壁件，成本低收缩大、尺寸精度低、生产率低收缩大、尺寸精度低、生产率低压制成形压制成形 可做形状复杂件、密度高、强度高、可做形状复杂件、密度高、强度高、精度较高精度较高设备较复杂、成本高设备较复杂、成本高挤压成形挤压成形 成本低、生产率高成本低、生产率高零件形状须对称、不能做薄壁件零件形状须对称、不能做薄壁件可塑成形可塑成形 可做形状复杂件、尺寸精度高可做形状复杂件、尺寸精度高成本高成本高第十二章第十二章 机械零件材料及成形

11、工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用高分子材料主要成形工艺的比较高分子材料主要成形工艺的比较工艺工艺适用材料适用材料形状形状表面粗造度表面粗造度尺寸精度尺寸精度模具费用模具费用生产率生产率压制成形压制成形范围较广范围较广复杂形状复杂形状很低很低高高高高中等中等注射成形注射成形热塑性塑料热塑性塑料复杂形状复杂形状很低很低非常高非常高很高很高高高挤出成形挤出成形热塑性塑料热塑性塑料棒类棒类低低一般一般低低高高真空成形真空成形热塑性塑料热塑性塑料棒类棒类一般一般一般一般低低低低第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用各种材料价格比较各种材料价格比较材料材料价格价格

12、/t材料材料价格价格/t高速钢高速钢3995有机玻璃有机玻璃5300不锈钢不锈钢24003100尼龙尼龙6632890铜（型材）铜（型材）22532900刚玉刚玉1900黄铜（型材）黄铜（型材）16502336碳化硅碳化硅440700铝合金（型材）铝合金（型材）20002400天然橡胶天然橡胶1430低合金钢低合金钢385550碳纤维复合材料碳纤维复合材料200000低碳钢（型材）低碳钢（型材）440480聚碳酸酯聚碳酸酯2550铸铁铸铁260环氧树脂环氧树脂1650第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用常用金属材料的相对价格常用金属材料的相对价格材料材料相

13、对价格相对价格材料材料相对价格相对价格碳素结构钢碳素结构钢1碳素工具钢碳素工具钢1.41.5低合金结构钢低合金结构钢1.21.7低合金工具钢低合金工具钢2.43.7优质碳素结构钢优质碳素结构钢1.41.5高合金工具钢高合金工具钢5.47.2易切钢易切钢2高速钢高速钢13.515合金结构钢合金结构钢1.72.9铬不锈钢铬不锈钢8铬镍合金结构钢铬镍合金结构钢3铬镍不锈钢铬镍不锈钢20滚动轴承钢滚动轴承钢2.12.9普通黄铜普通黄铜13弹簧钢弹簧钢1.61.9球墨铸铁球墨铸铁2.42.9第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用常用毛坯类型及其制品的比较常用毛坯类型及

14、其制品的比较特点特点铸件铸件锻件锻件冲压件冲压件焊接件焊接件工艺性能要求工艺性能要求流动性好收缩性流动性好收缩性低低塑性好变形抗力小塑性好变形抗力小同左同左强度高塑性好强度高塑性好常用材料常用材料灰铸铁球铁中碳灰铸铁球铁中碳钢铝合金铜合金钢铝合金铜合金中碳钢及合金结构中碳钢及合金结构钢钢低碳钢及有色金低碳钢及有色金属薄板属薄板低碳钢低合金钢低碳钢低合金钢不锈钢铝合金不锈钢铝合金金属组织特征金属组织特征晶粒粗大蔬松晶粒粗大蔬松晶粒细小致密晶粒细小致密焊缝为铸造组织焊缝为铸造组织力学性能力学性能灰铁差球铁可锻灰铁差球铁可锻铁好铁好比相同成分的铸钢比相同成分的铸钢好好刚性好形变强化刚性好形变强化接头

15、的性能可达接头的性能可达到或接近母材到或接近母材结构特征结构特征形状不受限制形状不受限制形状比铸件简单形状比铸件简单形状可以较复杂形状可以较复杂形状不受限制形状不受限制材料利用率材料利用率高高低低较高较高较高较高生产周期生产周期长长自由锻短模锻长自由锻短模锻长长长较短较短生产成本生产成本较低较低较高较高批量大则成本低批量大则成本低较高较高应用举例应用举例机架床身导轨变机架床身导轨变速箱曲轴轴承座速箱曲轴轴承座机床主轴传动轴齿机床主轴传动轴齿轮连杆弹簧轮连杆弹簧油箱汽车车身覆油箱汽车车身覆盖件水箱盖件水箱锅炉压力容器船锅炉压力容器船体桥梁化工容器体桥梁化工容器不同钢种热处理工艺的选用不同钢种热处

16、理工艺的选用钢材钢材状态状态预处理预处理粗加粗加工工最终热最终热处理处理精加精加工工举例举例应用应用低低碳碳钢钢热轧热轧-10垫圈垫圈锻造锻造正火正火-20一般结构件一般结构件锻造锻造正火正火淬淬+低回低回20Cr一般结构件一般结构件锻造锻造正火正火渗碳淬渗碳淬低回低回渗碳钢渗碳钢齿轮齿轮调调质质钢钢热轧热轧-40一般结构件一般结构件锻造锻造正火正火-40一般结构件一般结构件锻造锻造正火正火调质调质50轴轴锻造锻造正火正火调表低调表低40Cr轴、齿轮轴、齿轮锻造锻造正火正火调渗氮调渗氮氮化钢氮化钢轴轴弹簧弹簧钢钢冷拔冷拔-冷卷冷卷去应力去应力65Mn小螺旋弹簧小螺旋弹簧热轧热轧-热卷热卷淬中回

17、淬中回50CrV大螺旋弹簧大螺旋弹簧工具工具钢钢锻造锻造正火、球化退火正火、球化退火淬低回淬低回T10车刀车刀锻造锻造正火加球化退火正火加球化退火淬高回淬高回高速钢高速钢拉刀拉刀轴类零件轴类零件第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用齿轮类零件齿轮类零件第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用机架、箱体类零件机架、箱体类零件第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用综合举例综合举例台式钻床示意图台式钻床示意图第十二章第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用机械零件材料及成形工艺的选用本章小结本章小结 在学习了前几章的材料组织结构、相结构、改变组织结构、改变相结构及改变性能的强化方法，材料的成形方法的基础上主要介绍了机器零件的选材原则、成形方法的选择原则、成形工艺的确定原则。