機械制造基礎(chǔ)：第十章 典型機械零件的選材

1、第十章典型機械零件的選材10.1齒輪類零件的選材10.1.1齒輪的工作條件與性能要求1.工作條件：1）齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力；2）齒部承受一定的沖擊載荷；3）齒面相互滾動，承受很大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生強烈摩擦。2.失效形式：1）斷齒；2）齒面接觸疲勞損壞；3）齒面磨損；4）齒面塑性變形；3.性能要求：1）高的接觸疲勞強度、高的表面硬度、足夠的抗彎強度等。10.1.2 齒輪材料選擇 主要依據(jù)：齒輪的傳動方式、載荷性質(zhì)的大小、傳動速度、精度要求、淬透性及齒面硬化要求等。1.輕載，低、中速，沖擊力小，精度要求低。選用中碳鋼制造，調(diào)質(zhì)硬度一般為200280HBW。2.中載，中速、受一定沖擊載荷、運動

2、較平穩(wěn)。選用中碳鋼或合金調(diào)質(zhì)鋼，最終熱處理+高頻或中頻淬火+低溫回火，硬度可達(dá)5055HRC。3.重載，中、高速，且受較大沖擊載荷。選用合金滲碳鋼，滲碳淬火+低溫回火后，硬度5863HRC。10.1.3典型齒輪選材及加工工序安排舉例1.機床齒輪：CM6032機床 材料：45鋼。 熱處理：正火，840860調(diào)質(zhì)，硬度160217HBW；高頻淬火+120200低溫回火，硬度5055HRC。 加工工藝路線：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工高頻淬火及低溫回火精磨。 正火：消除鍛造應(yīng)力，調(diào)整硬度以利加工； 調(diào)質(zhì)：具有較高的綜合力學(xué)性能； 高頻淬火：提高表面硬度和耐磨性，增強抗疲勞破壞能力； 低溫回火：消除淬火

3、應(yīng)力。2.汽車、拖拉機齒輪材料：20CrMnTi熱處理：表層wC=0.81.05%，滲碳層深度為0.81.3mm，齒面硬度5862HRC，心部硬度3742HRC。加工工藝路線：鍛造正火粗加工、半精加工滲碳淬火+低溫回火。熱處理方法：正火，950970空冷，硬度179217HRW；滲碳，920940，保溫46h，預(yù)冷至830850油淬，低溫回火18010，保溫2h。10.2軸類零件的選材10.2.1軸的工作條件與性能要求 1.工作條件：交變應(yīng)力，軸頸承受較大的摩擦，一定的過載或沖擊。 2.性能要求：綜合力學(xué)性能；高的疲勞強度；相對運動部位應(yīng)具有高的硬度等。10.2.2軸類零件材料選擇 1.輕載、

4、低速，不重要的軸：可選碳素結(jié)構(gòu)鋼，不進(jìn)行熱處理； 2.中等載荷或要求精度不高：中碳優(yōu)質(zhì)碳鋼。調(diào)質(zhì)+表面淬火+低溫回火； 3.較大載荷或要求精度高：合金鋼。10.2.3典型軸類零件的選材及加工工藝路線1.機床主軸：CA6140車床材料：45鋼熱處理技術(shù)路線：整體調(diào)質(zhì)，硬度220250HBW；C面及90mm80mm段外圓表面淬火，硬度52HRC、錐度硬度48HRC。加工工藝路線：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工表面淬火+低溫回火磨削加工。正火：改善組織，調(diào)整硬度以利加工；調(diào)質(zhì)：得到綜合力學(xué)性能；表面淬火+低溫回火：提高硬度，增加耐磨性。2.汽車半軸材料：40Cr熱處理技術(shù)條件： 正火，187241HBW

5、，調(diào)質(zhì)，桿部3742HBW，盤部外圓2434HRW。加工工藝路線： 鍛造正火機加工調(diào)質(zhì)盤部鉆孔精加工。 正火的目的是調(diào)整硬度，以利加工；改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備。 調(diào)質(zhì)的目的是使半軸具有高的綜合力學(xué)性能。10.3箱體類零件的選材及工藝 機床床身、床頭箱、變速箱、進(jìn)給箱、溜板箱、內(nèi)燃機缸體等。10.3.1箱體類零件的工作條件、失效形式和性能要求 （1）具有足夠的強度和剛度。 （2）對精度要求高的機器的箱體，要求有較好的減震性。 （3）對于有相對運動的表面要求有足夠的硬度和耐磨性。 （4）具有良好的工藝性，如鑄造性能或焊接性能。10.3.2箱體類零件的選材1.灰鑄鐵（HT150、HT200、HT

6、250）：受力不大，且主要承受靜力而不受沖擊的箱體（床身、變速箱等）。2.鑄鋼（ZG250-450、ZG270-500）：受力較大、形狀較復(fù)雜的箱體（汽輪機的機殼）。3.鋁合金（鑄造鋁合金）：受力不大、要求重量輕的箱體（飛機發(fā)動機箱體）。課堂討論題：1.有一10mm的桿類零件，受中等交變拉壓載荷作用，要求零件沿截面性能均勻一致，供選材料有Q345（16Mn）、45、40Cr、T12。要求： （1）選擇合適的材料； （2）編制簡明工藝路線； （3）說明各熱處理工序的作用； （4）指出最終金相組織。課堂討論題：2.請為下列機械零件、構(gòu)件選擇合適的材料，并安排主要的熱處理工藝（如果需要進(jìn)行熱處理），

7、并簡述理由。（1）汽車板簧（45、60Si2Mn、2A01）（2）機床床身（Q235、T10A、HT200）（3）受沖擊載荷的齒輪（40MnB、20CrMnTi、KTZ450-06)（4）橋梁結(jié)構(gòu)（Q345、40、3Cr13）（5）滑動軸承（GCr15、ZSnSb11Cu6、耐磨鑄鐵）（6）曲軸（9SiCr、Cr12MoV、50CrMoA）（7）螺栓（40Cr、H70、T12A）（8）高速切削工具（W6Mo5Cr4V2、T8MnA、ZGMn13)課堂討論題：3.有一從動齒輪用20CrMnTi鋼制造，使用一段時間后發(fā)生嚴(yán)重磨損，齒已磨禿（如圖示）。從輪齒切面正中A、B、C三點進(jìn)行硬度、化學(xué)成分和金相分析，結(jié)果如下表：取樣部位含碳量（