单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,12.1 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,12.3 典型零件的材料及成形工艺选择,12.3.1 轴类零件,12.3.2 齿轮类零件,12.3.3 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,12.1.1,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,、特殊要求,12.1.2,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,、,高分子材料的工艺性能,12.1.3,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,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,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,零件举例,受力及环境,材料与工艺,拖拉机减速齿轮、内燃机曲轴,负荷轻、耐磨,球墨铸铁,汽车传动齿轮、,抗弯、高冲击耐磨,渗碳钢、渗碳,机床齿轮,抗弯、一般冲击耐磨,调质钢、高频表面淬火,连杆、一般传动轴,强韧性,调质钢、调质,机床轴,强韧性、中等耐磨,调质钢、调质+表面淬火,重型机器轴,强韧性、高耐磨,调质钢、调质+渗氮,模具,高硬、耐磨,工具钢、轴承钢,曲轴,疲劳,-1,高的材料、表面压应力,海上仪表零件,抗腐蚀、低温脆性小,铜合金,化工机械,腐蚀介质,不锈钢、非不锈钢+表面处理,涡轮叶片,高温介质,耐热钢、陶瓷涂层,仪表壳,重量轻,铝合金、工程塑料,受力状况、环境状况及材料选用,失效形式与选材,失效形式,失效原因,危害,选材与预防措施,变形,失效,弹性变形,刚度不足,失稳、让刀,选E高者、改变结构,塑性变形,应力,s,弯曲、伸长,选,s,高者，增大截面,蠕变变形,应力,s，,并增至,b,断裂,选,s,高者,低应力脆断,应力,s，,低温冲击大,恶性事故,选高,k,、低T,k,、高K,1c,疲劳断裂,应力,s，,长时间受交变载荷,无先兆低应力断裂,选高,b,、,高,k,、高,-1,、,表面强化避免应力集中,应力腐蚀裂,应力,s，,腐蚀介质,断裂,表面防护,表面,损伤,失效,磨粒磨损,磨粒长时间作用,尺寸减小,高HV/E，有硬质第二相,粘着磨损,偶件相对运动磨损,咬卡,偶件用不同材料、润滑,腐蚀,化学腐蚀、电化学腐蚀,表面腐蚀、,有色金属、不锈钢、塑料、电化学保护,表面疲劳,兼有疲劳与磨损的特点,麻点、剥落,增加表面硬化层厚度,金属材料制造零件加工路线,零件,精加工,热,终理,最处,工,加,削,切 火,火正,退或,成形加工,金属材料,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,工艺性与选材,工艺性能,最优条件,材料性能从优至劣排列,铸造性能,熔点低、共晶合金,铸铁、黄铜、铝合金、青铜、铸钢,锻造性能,FCC的金属、第二组元少的合金,低、中、高碳钢，高合金钢、黄铜、铝合金,焊接性能,W,CE,0.4%,碳钢、低合金结构钢、碳当量小者、防锈铝、青铜、硬铝,切削性,140248HB,铝合金、不锈钢、30钢、45钢、铸铁、T8钢、65Mn，不锈钢、耐热钢,热处理性,淬火变形小，回火脆性小，淬透性高，过热敏感性小,低碳钢、低合金钢、高碳钢、含Mn钢、铝合金,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,铸造性能比较,材料,流动性,收缩性,偏析倾向,其他,体收缩,线收缩,灰铸铁,好,大,小,小,铸造内应力小,球墨铸铁,稍差,大,小,小,易形成缩孔、缩松，白口化倾向小,铸钢,差,大,大,大,导热性差、易发生冷裂,铸造黄铜,好,小,较小,较小,易形成集中缩孔,铸造铝合金,尚好,小,小,较小,易吸气，易氧化,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,切削性比较,材料,切削加工难易程度,相对切削加工性K,V,铝、镁合金,很容易加工,820,易切钢,易加工,2.520,30钢正火,易加工,1.62.5,45钢、灰铸铁,一般,1.01.5,85钢（轧材）、2Cr13钢调质,一般,0.70.9,65钢调质、不锈钢,难加工,0.50.65,1Cr18Ni9Ti、W18Cr4V,难加工,0.150.5,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,陶瓷材料成形工艺比较,工艺,优点,缺点,注浆成形,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,压制成形,可做形状复杂件、密度高、强度高、精度较高,设备较复杂、成本高,挤压成形,成本低、生产率高,零件形状须对称、不能做薄壁件,可塑成形,可做形状复杂件、尺寸精度高,成本高,第十二章 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,工艺,适用材料,形状,表面粗造度,尺寸精度,模具费用,生产率,压制成形,范围较广,复杂形状,很低,高,高,中等,注射成形,热塑性塑料,复杂形状,很低,非常高,很高,高,挤出成形,热塑性塑料,棒类,低,一般,低,高,真空成形,热塑性塑料,棒类,一般,一般,低,低,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,各种材料价格比较,材料,价格/t,材料,价格/t,高速钢,3995,有机玻璃,5300,不锈钢,24003100,尼龙66,32890,铜（型材）,22532900,刚玉,1900,黄铜（型材）,16502336,碳化硅,440700,铝合金（型材）,20002400,天然橡胶,1430,低合金钢,385550,碳纤维复合材料,200000,低碳钢（型材）,440480,聚碳酸酯,2550,铸铁,260,环氧树脂,1650,第十二章 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,材料,相对价格,材料,相对价格,碳素结构钢,1,碳素工具钢,1.41.5,低合金结构钢,1.21.7,低合金工具钢,2.43.7,优质碳素结构钢,1.41.5,高合金工具钢,5.47.2,易切钢,2,高速钢,13.515,合金结构钢,1.72.9,铬不锈钢,8,铬镍合金结构钢,3,铬镍不锈钢,20,滚动轴承钢,2.12.9,普通黄铜,13,弹簧钢,1.61.9,球墨铸铁,2.42.9,第十二章 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,特点,铸件,锻件,冲压件,焊接件,工艺性能要求,流动性好收缩性低,塑性好变形抗力小,同左,强度高塑性好,常用材料,灰铸铁球铁中碳钢铝合金铜合金,中碳钢及合金结构钢,低碳钢及有色金属薄板,低碳钢低合金钢不锈钢铝合金,金属组织特征,晶粒粗大蔬松,晶粒细小致密,焊缝为铸造组织,力学性能,灰铁差球铁可锻铁好,比相同成分的铸钢好,刚性好形变强化,接头的性能可达到或接近母材,结构特征,形状不受限制,形状比铸件简单,形状可以较复杂,形状不受限制,材料利用率,高,低,较高,较高,生产周期,长,自由锻短模锻长,长,较短,生产成本,较低,较高,批量大则成本低,较高,应用举例,机架床身导轨变速箱曲轴轴承座,机床主轴传动轴齿轮连杆弹簧,油箱汽车车身覆盖件水箱,锅炉压力容器船体桥梁化工容器,不同钢种热处理工艺的选用,钢材,状态,预处理,粗加工,最终热处理,精加工,举例,应用,低,碳,钢,热轧,-,-,10,垫圈,锻造,正火,-,20,一般结构件,锻造,正火,淬+低回,20Cr,一般结构件,锻造,正火,渗碳淬低回,渗碳钢,齿轮,调,质,钢,热轧,-,-,40,一般结构件,锻造,正火,-,40,一般结构件,锻造,正火,调质,50,轴,锻造,正火,调表低,40Cr,轴、齿轮,锻造,正火,调渗氮,氮化钢,轴,弹簧,钢,冷拔,-,冷卷,去应力,65Mn,小螺旋弹簧,热轧,-,热卷,淬中回,50CrV,大螺旋弹簧,工具,钢,锻造,正火、球化退火,淬低回,T10,车刀,锻造,正火加球化退火,淬高回,高速钢,拉刀,轴类零件,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,齿轮类零件,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,机架、箱体类零件,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,综合举例,台式钻床示意图,第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用,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。,