Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,5.1,选材原则,5.2,典型零件的选材与工艺,第5章 材料的选用,5.1 选材原则第5章 材料的选用,1,5.1 选材原则,选材的动机,开发新产品、产品的改进和更新换代,选材原则,:,使用 性能,工艺性能,经济性,环境与资源原则,5.1 选材原则选材的动机 开发新产品、产品的改进和,2,一、材料的使用性能 首要原则,.零件的工作条件和失效形式,零件失效类型,:,变形 弹、塑性变形。,断裂 脆、塑性，疲劳断裂。,表面损伤 磨损、腐蚀等。,零件,工作条件,常见失效形式,性能要求,应力种类,载荷性质,受载状态,螺栓,拉、剪,静载,-,过量变形，断裂,强度，塑性,传动轴,弯、扭,循环冲击,轴颈摩擦,疲劳断裂，过量变形，轴颈磨损,综合力学性能,传动齿轮,压、弯,循环冲击,摩擦振动,断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳,表面高硬度及疲劳极限，心部强度及韧性,弹簧,扭、弯,交变冲击,振动,弹性失稳，疲劳破坏,弹性极限，屈强比，疲劳极限,零件失效的原因 设计、材料、加工、安装和使用。,一、材料的使用性能 首要原则.零件的工作条件和失效,3,.工作环境 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。,.特殊功能要求 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。,.性能要求的指标化 如强硬度、塑韧性等的具体数值。,手册数据、经验公式的局限性 力学性能与零件尺寸有关,40钢不同尺寸毛坯的力学性能,热处理条件,毛坯尺寸/,mm,b,/MPa,/%,A,KU,/J,850,淬火,5,800,16,120,30,750,15,80,500,回火,50,700,15,56,100,600,13,40,.工作环境 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。.特殊,4,二、工艺性能 铸、锻、焊、机加工、热处理,零件的加工工艺路线,一般零件,:,毛坯 正火或退火 切削加工,轴、齿轮 等,:,毛坯 预先热处理（正火、退火）粗加工,最终热处理（淬火,回火，时效，渗,C,等）精加工,精密丝杠,:,毛坯 预先热处理 粗加工 最终热处理 半精加工,时效（或,N,化）精加工 时效,二、工艺性能 铸、锻、焊、机加工、热处理零件的加工工艺,5,三、经济性 根本原则,.产品成本分析,基本材料的成本（价格、利用率）占总成本的3070%,制造（加工）成本 约占零件成本的30%,加工成本=工具与设备费用+每件产品成本 生产批量,材,料,美元,/,t,材 料,美元,/,t,铂,26,000,000,工业金刚石,900,000,000,金,19,100,000,硼环氧树脂复合材料,330,000,钨,26,000,碳纤维复材料,200,000,钛合金,10,19012,720,玻璃纤维复合材料,24003300,黄铜（型材）,16502336,尼龙66,3289,铝合金（型材）,20002440,环氧树脂,1650,低碳钢（型材）,440480,天然橡胶,1430,铸铁,260,氧化铝,1100-1760,硬质合金,66,000,玻璃,1500,三、经济性 根本原则.产品成本分析基本材料的成本,6,四、环境与资源原则,贯穿材料生产、使用、废弃的全过程,.减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。,重要金属的世界储量,.环境污染小,废气排放少,材料回收及降解,储量（10,6,t,）,可用年数,再生率(%),F,e,110,6,109,31.7,Al,1170,35,16.9,Cu,308,24,40.9,Zn,123,18,21.2,Mo,5.4,36,Ag,0.2,14,41.0,Cr,775,112,Ti,147,51,四、环境与资源原则 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程,7,5.2 典型零件的选材与工艺,一、齿轮选材,性能要求 齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性）,强度，韧性。,选材,调质钢 调质+表面淬火+低温回火,渗,C,钢 硬度、韧性高。,性能指标,b,1000MPa,，,a,KU2,50J,，,齿面硬度,HRC55,。,选材,20,CrMnTi，,b,1080MPa,，,a,KU2,55J,，,齿面,HRC5863。,最终热处理工艺,930,渗,C+,预冷,830,油淬,+200,回火,最终组织,心部：回火,M+F,齿面：回火,M+,碳化物,+,A,工艺路线,锻造正火机加工渗,C,、,淬火低温回火喷丸磨削,实例 载重汽车变速箱齿轮,5.2 典型零件的选材与工艺一、齿轮选材选材实例 载,8,二、机床主轴选材,性能要求 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。,普通车床（轻载）主轴,45,钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。,铣床（中载）主轴,40,Cr,等调质，轴颈高频表面淬火。,组合机床（重载）主轴,20,CrMnTi,，,经渗,C,、,淬火、回火处理。,精密镗床（高精度）主轴,38,CrMoAl,，,调质+,N,化+时效。,实例,C620,车床,主轴,，,综合机械性能一般；大端轴颈部位耐磨性高,性能指标,硬度,220250HB,，,轴颈,52HRC,。,选材,45,钢,热处理工艺,830,水淬+,500,回火+轴颈高频淬火+,200,回火,最终组织,心部：回火,S,轴颈表面：回火,M,工艺路线,锻造正火粗加工调质精加工表面淬火低温回火磨削,二、机床主轴选材性能要求 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈,9,三、内燃机曲轴选材,性能要求,强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。,选材 调质钢（韧性高）、球墨铸铁。,实例 175,A,型农用,柴油机曲轴,性能指标,b,750MPa,，,整体硬度,240,260HBS，,轴颈表面硬度,625,HV(HRC55),2%,a,KU,150,kJ/m,2,。,选材,QT700-2,热处理工艺,880920,正火,+,500600,回火,+,轴颈,N,化,最终组织,P+G+,少量,F,工艺路线,铸造高温正火高温回火机加工轴颈,N,化,三、内燃机曲轴选材性能要求 强度，韧性，弯曲、扭转,10,小结,重点要求,在一定的服役条件下，典型零件的选材及制定热处理工艺的方法。,一般要求,1.选材原则 材料的使用性能、工艺性能和经济性。,2.典型零件的加工工艺路线。,3.零件失效的概念。,本章是本课程的综合及实际应用,小结重点要求一般要求本章是本课程的综合及实际应用,11,作业5,材料的选用,week14,Nov 30,1.欲做下列零件：小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、齿轮，试为其各选一材料（待选材料：,ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T10,）。,2.某汽车变速箱齿轮，要求,b,1080MPa，a,KU2,55J,，,齿面硬度,HRC58,，,试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。,3.某,连杆螺栓,，要求,b,950MPa,s,700MPa,，,a,KU2,45J,，,试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。,（第,2、3,题的待选材料：,H70,、,20CrMnTi,、,T10,、,GCr15,、,60Si2Mn,、,45,、,Q390,、,2Cr13,、,LC4,、,40Cr,、,Cr12MoV）,作业5材料的选用 week14,Nov 301.,12,渗,C,钢,的牌号（摘自,GB/T3077-1999）,（,渗,C,:930,，,回火：,200,）,p172,主 要 化 学 成 分,%,预备处理,淬火,C,Mn,Cr，,Ni,0.170.24,0.170.24,0.500.80,1.301.60,0.701.00,880,800,水,油,880,水,油,0.170.23,0.170.23,0.901.20,0.801.10,0.901.20,1.001.30,850,油,880,870,油,钢号,20Cr,20MnV,20,CrMn,20CrMnTi,淬,透,性,低,中,高,18,Cr2Ni4WA,20Cr2Ni4A,0.130.19,0.170.23,W0.81.2,0.300.60,1.351.65,4.04.5,1.251.65,3.253.75,950,850,空,880,780,油,机械性能,b,MPa,s,MPa,8,35,785,54,0,590,930,1080,735,835,1180,1180,835,1080,a,KU2,J,47,55,47,55,78,63,back,渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C:9,13,调质钢,的牌号（摘自,GB/T30771999）,p174,淬,透,性,钢号,主,要,成,分,%,淬火,回火,C,Mn,SiCr,低,45,0.420.50,0.500.80,0.170.37,830840,水,580640,空,40,Cr,0.370.45,0.500.80,Cr 0.81.10,850,油,500,水，油,中,高,35,CrMo,0.320.40,0.400.70,Cr 0.81.10,850,油,550,水，油,38,CrMoAlA,0.350.42,Al 0.71.1,Cr 1.351.65,940,水，油,640,水，油,40,CrMnMo,0.370.45,0.901.20,Cr 0.91.20,850,油,600,水，油,机械性能,b,MPa,s,MPa,a,KU2,J,600,355,39,40,MnB,0.370.44,1.101.40,0.200.40,850,油,500,水，油,980,785,47,980,785,47,980,835,63,980,835,71,980,785,63,back,调质钢的牌号（摘自GB/T30771999）p174淬,14,调质钢,回火时性能的变化,p130,back,调质钢回火时性能的变化 p130back,15,C620,车床主轴,p336,back,C620 车床主轴 p336back,16,球墨铸铁,的牌号、性能,p211,牌号,基体,机械性能,b,MPa,0.2,MPa,5,%,a,k,kJ/m,2,HB,QT400-17,F,400,250,17,600,179,QT420-10,F,420,270,10,300,207,QT500-5,F+P,500,350,5,147-241,QT600-2,P,600,420,2,160,229-302,QT700-2,P,700,490,2,160,229-302,QT800-2,P,800,560,2,160,241-321,QT1200-1,下,B,1200,840,1,300,38,HRC,热处理,p213,back,球墨铸铁的牌号、性能p211牌号基体机械性能 b,17,175,A,型农用柴油机,曲轴,p339,back,175A型农用柴油机曲轴 p339back,18,作业3,c,3.4,有色金属及其合金,参考答案,1.,说出下列材料常用的强化方法：,H70；45,钢；,HT350；LY12；ZL102。,答：,H70,冷变形强化（加工硬化）,45钢 固溶强化（淬火）,HT350,变质（孕育）处理,LY12,时效强化,ZL102,变质处理,作业3c 3.4 有色金属及其合金参考答案1.说出下列材料,19,2.,指出下列材料牌号或代号的含义：,H59；ZQSn10；QBe2；ZChSnSb11-6；LF21；LC4；ZL102。,答：,H59,含,59%,Cu,的普通黄铜,ZQSn10,含,10%,Sn,的铸造,Sn,青铜,QBe2,含,2%,Be,的,Be,青铜,ZChSnSb11-6,含,11%,Sb，,6%,Cu,的,Sn,基轴承合金,LF21,含,1.01.6%,Mn,的防锈,Al,合金,LC4,序号为,4,的超硬,Al,合金,ZL102,含,1013%,Si,的铸造,Al-Si,合金,3.,试述下列零件进行时