第十一章--材料的选用-编辑.ppt

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,*,1,、使用性原则,满足机械性能和物理、化学性能的要求,2,、工艺性原则,适应各种冷、热加工要求的能力,3,、经济性原则,保证使用性能要求及加工质量的前提下，,（,1,）材料价格,（,2,）材料加工费用,（,3,）使用寿命、维修等附加费用,第十一章,材料的选用,第一节,选材的一般原则,1,材料的使用性能,根据零件的服役条件和可能的失效或形式，给出选材的主要性能，（机械性能物理性能）指标，以保证零件的使用性能。,材料工艺性能即加工成零件的难易程度。,金属材料加工方法有铸造，压力加工，焊接，切削加工及热处理。,从工艺性考虑：,铸件,最好选择共晶合金。,锻件，冲压件,最好选择固溶体合金，低碳钢和低合金钢锻造性能好，高碳钢较差，高合金钢很差。,焊接结构,选择低碳钢或低合金钢，不应选铸铁，铜合金及铝合金的焊接性能均不好。,切削加工,是材料被切削的难易程度。希望钢铁材料的硬度控制在,170,230HBS,。,热处理工艺性,碳钢的淬透性差；加热易过热而晶粒长大，淬火是容易变形与开裂，制造高强度及大截面、形状复杂的零件，需选用合金钢。,2,材料的工艺性能,材料的经济性,在满足使用性能的前提下，选用零件时应尽量降低总成本。,零件在工作过程中最终都要发生失效。所谓失效是指：,（,1,）零件完全破坏，不能继续工作；,（,2,）严重损伤，继续工作很不安全；,（,3,）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。,只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。,失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施。现代工业中零件的工作条件日益苛刻，零件的损坏往往会带来严重的后果，因此对零件的可靠性提出了越来越高的要求。另外，从经济性考虑，也要求不断提高零件的寿命。这些都使得失效分析变得越来越重要。失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工以至使用，都有很大的指导意义。,一、零件的失效与失效分析,第二节 零件的失效与选材,（自学）,1,零件失效的原因零件的失效可以由多种原因引起，大体上可分为设计、材料、加工和安装使用四个方面，图,11-1,是导致零件失效的主要原因的示意图。,导致零件失效的主要原因的示意图,（,1,）设计与失效设计上导致零件失效的最常见原因是结构或形状不合理，即在零件的高应力处存在明显的应力集中源，如各种尖角、缺口、过小的过渡圆角，等等。另一种原因是对零件的工作条件估计错误，如对工作中可能的过载估计不足，因而设计的零件的承载能力不够。发生这类失效的原因在于设计，但可通过选材来避免，特别是当零件的结构与几何尺寸基本固定而难以作较大的改动时，就是如此来处理问题的。现在很少发生由于计算错误造成的设计事故。,（,2,）材料与失效选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。,最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。因此，对原材料加强检验是非常重要的步骤。,（,3,）加工与失效零件加工成型过程中，由于加工工艺不良，也会造成各种缺陷。例如锻造不良可造成带状组织、过热或过烧现象等；冷加工不良时粗造度太低，产生过深的刀痕、磨削裂纹等；热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足等；,这些都可导致零件的失效。加工不良造成的缺陷，尤其是热处理时产生的缺陷，与零件的设计有很大的关系。零件的外形和结构设计不合理，会大大增加热处理缺陷发生的可能性。若零件热处理后残留有较大的内应力，甚至有难以检查出来的裂纹时，使用中必定会造成严重的损坏。,（,4,）安装使用与失效 零件安装时配合过紧、过松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。在制造厂里管理比较严格的情况下，使用不当常可成为零件损坏的主要原因。对机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效。,2,零件失效的形式零件在工作时的受力情况一般比较复杂，往往承受多种应力的复合作用，因而造成零件的不同失效形式。零件的失效形式有超量变形、断裂和表面损伤三大类型。如图,11-2,所示。,图,11-2,零件失效形式的分类,典型零件的选材实例,1,机床主轴,机床主轴是机床中最主要的轴类零件。机床类型不同，主轴的工作条件也不一样。根据主轴工作时所受载荷的大小和类型，分为四类：,（,1,）轻载主轴,例如普通车床的主轴。这类轴一般用,45,钢制造，经调质或正火处理，在要求耐磨的部位采用高频表面淬火强化。,（,2,）中载主轴,例如铣床主轴。一般用合金调质钢制造，如,40Cr,钢，经调质处理，要求耐磨部位进行表面淬火强化。,（,3,）重载主轴,例如工作载荷大的组合机床主轴。一般用,20CrMnTi,钢制造，经渗碳、淬火处理。,（,4,）高精度主轴,有些机床主轴工作载荷并不大，但精度要求非常高，热处理后变形应极小。工作过程中磨损应极轻微，例如精密镗床的主轴。一般用,38CrMoAlA,专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。,1,、,C6132,车床主轴,图,11-2,材料：,45,钢,截面较大可用,40Cr,加工工艺路线：,下料,锻造,正火,粗车,调质,精车,表面淬火、低温回火,磨削。,正火：改善锻造后组织，,调整硬度，便于,切削加工。,同时为,调质作,组织,准备,。,调质目的：,获得,良好的综合机械性能。,表面淬火,、低温回火,：,内外锥面,获得高硬度、高耐磨性,。,二、齿轮的选材与工艺,机床齿轮类零件的选材机床齿轮按工作条件分为三类。,（,1,）轻载齿轮,转动速度一般都不高，大多用,45,钢,制造，经正火或调质处理。,（,2,）中载齿轮,一般用,45,钢制造，正火或调质后，再进行高频表面淬火强化，以提高齿轮的承载能力及耐磨性。对大尺寸齿轮，则需用,40Cr,等合金调质钢制造。一般机床住传动系统及进给系统中的齿轮，大部分属于这一类。,（,3,）重载齿轮,对于某些工作载荷较大，特别是运转速度高又承受较大冲击载荷的齿轮大多用,20Cr,、,20CrMnTi,等渗碳钢制造。经渗碳、淬火处理后使用。例如变速箱中一些重要传动齿轮等。,普通车床床头箱传动齿轮，工作条件：受力不大，转速不高。,材料：,45,钢。热处理：正火或调质，齿部高频淬火和低温回火。性能要求：齿轮心部硬度为,HB220,HB250,；,齿面硬度,HRC52,。,工艺路线：下料锻造正火或退火粗加工调质或正火精加工高频淬火低温回火（拉花键孔）精磨。,其制造工艺路线为：下料,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,喷丸,磨削。,正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性。经正火后的组织为,S,。,渗碳：表面获得高碳,。,淬火：齿表面获得高硬度、高耐磨性，其对应的组织为高碳,+,碳化物,+,残余,A,；,再经低温回火后，表面,M,回,+,碳化物,+,残,A,，,心部,M,回,+F+T,。,汽车变速齿轮：,工作条件：受力大，转速高。,选用,20CrMnTi,制造，,