课堂讨论四 工程材料与成形技术的选择.doc

课堂讨论四 工程材料与成形技术的选择
一、讨论目的
1. 了解常用工程材料的分类及编号方法。
2. 了解常用工程材料的成形技术。
3. 熟悉选材、选择成形技术的基本原则和一般步骤。
4. 掌握常用典型零件的合理选材、选择成形方法、安排加工工艺路线的方法。
5. 学会分析典型钢种的成分特点、热处理工艺、使用状态组织、性能特点及应用范围。
二、讨论准备
1. 了解钢铁材料、有色金属及合金、非金属材料的分类和编号方法。
2. 了解钢铁材料、有色金属及合金、非金属材料的成形技术。
3. 分析各类材料特别是碳钢及合金钢的种类、含碳量和合金元素的主要作用、热处理的工艺特点、使用状态的组织、性能特点及典型应用。
4. 典型零件（轴类、齿轮类、工具）材料的选择及热处理工艺，并安排加工工艺路线，分析使用状态下的组织及性能特点。
三、讨论内容
1. 为下列零件从括号内选择合适的制造材料和成形技术，说明理由，并指出应采用的主要热处理工艺：
（1）汽车板簧（45钢，60Si2Mn，Cr12，LY1，砂型铸造，热轧，氩弧焊，注射成形）
60Si2Mn——热轧 淬火+中温回火
（2）机床床身（Q235，T10A，HT150，ZCuSn10Zn2（ZQSn10-2），砂型铸造，锻造）
HT150——砂型铸造 去应力退火
（3）受较大冲击载荷的齿轮（40MnB，20CrMnTi，KT350-4，PVC，模锻，砂型铸造，挤出成形）
20CrMnTi——模锻 渗碳+二次淬火+低温回火
（4）桥梁构件（Q345，40钢，3Cr13，ZAlCu5Mn（ZL201），PE，热轧，金属型铸造，吹塑，锻造）
Q345——热轧 不做热处理
（5）滑动轴承（GCr15，ZSnSB11Cu6（ZChSnSb11-6），耐磨铸铁，铸造，锻造，挤压）
ZSnSB11Cu6——铸造 不做热处理
（6）热作模具（Cr12MoV，5CrNiMo，50CrVA，ABS塑料，金属型铸造，）
5CrNiMo——自由锻 淬火+中温（高温）回火
（7）高速切削刀具（W6Mo5Cr4V2，T13A，65Mn，ZGMn13，自由锻，离心铸造）
W6Mo5Cr4V2——自由锻 1280℃淬火+560℃三次回火
（8）曲轴（9SiCr，QT800-2，1Cr8Ni9Ti，RuT420，自由锻，冷轧，铸造，注浆成形）
QT800-2——铸造 淬火+高温回火（调质处理）
（9）轻载小齿轮（20CrMnTi，40CMnB，尼龙66、纤维增强酚醛树酯复合材料，压制成形，模锻，冲压，点焊）
纤维增强酚醛树酯复合材料——压制成形 不做热处理
（10）压铸模（40Cr，4Cr5MoSiV，Si3N4，Q195，锻造，压制烧结，轧制，铸造）
4Cr5MoSiV——锻造 淬火+中温回火
2. 根据下列典型零件的工作条件，选择合适的材料、成形工艺和热处理工艺，制定相应的加工工艺路线，并分析使用状态下的组织及性能特点。
（1）汽车半轴（图2-3）。
40Cr（40MnB）——锻造——预备热处理（正火（完全退火））最终热处理（整体调质处理，轴颈表面淬火+低温回火）
下料——锻造——正火（完全退火）——粗加工——调质处理——轴颈表面淬火+低温回火——精加工——检验——入库
轴颈表面：回火马氏体
其他部位：回火索氏体
性能：整体具有良好的综合机械性能（强度高，塑性好），轴颈表面硬度高耐磨。
（2）汽车后桥被动圆柱斜齿轮（图2-4）。
20CrMnTi——预备热处理（正火（完全退火））最终热处理（渗碳+二次淬火+低温回火）
下料——锻造——正火（完全退火）——粗加工——渗碳+二次淬火+低温回火——精加工——检验——入库
齿轮表面：高碳回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体
其他部位：低碳回火马氏体
性能：齿轮表面硬度高耐磨，心部强度高，塑性韧性好，即：表硬心韧。

图2-3汽车半轴简图 图2-4 汽车后桥被动圆柱斜齿轮

3. 材料库中的原材料或毛坯的材料牌号为：Q195，40Cr， Q420，45钢，40CrNiMo，65Mn， QT600-3，HT200，5CrNiMo，RuT260，Cr12MoV，W18Cr4V，1Cr18Ni9Ti，20CrMnTi，ZGMn13，1Cr13，60Si2Mn，T12，GCr15，1Cr17，PP，LY1，顺丁橡胶。试填写表2-3。
表2-3 典型零件的选材、成形工艺、热处理工艺和使用状态的组织
序号
零件名称
性能要求
材 料
成形工艺
最终
热处理工艺
使用状态
下的组织
1
大型桥梁
高强度，良好塑性和韧性，良好的冷成形性和焊接性能
Q420
热轧
焊接
---
F+S
2
机床传
动齿轮
齿部表面较高的硬度和耐磨性，心部较高的强韧性
45钢或40Cr
锻造
整体调质处理，
齿面表面淬火+低温回火
齿面：回火马氏体
整体：回火索氏体
3
载重汽车
动力齿轮
齿部表面高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度，心部较高的强韧性
20CrMnTi
锻造
渗碳+二次淬火+低温回火
齿面：高碳回火马氏体+碳化物+残奥
整体：低碳回火马氏体
4
盘形铣刀
高强度，高耐磨性，良好的热硬性
W18Cr4V
锻造
1280℃淬火+560℃三次回火
回火马氏体+碳化物+残奥
5
拖拉机履带
抗强烈冲击磨损
ZGMn13
铸造
水韧处理
A
6
耐酸容器
耐酸性腐蚀介质浸蚀
1Cr18Ni9Ti
轧制+焊接
固溶处理
A
7
汽车连
杆螺栓
能承受变载荷作用，整个断面要求良好的强韧性
45钢
锻造
调质处理
回火索氏体
8
汽车板弹簧
高的屈服强度和疲劳强度
60Si2Mn
锻造
淬火+中温回火
回火屈氏体
9
手锯条
较高的硬度和耐磨性
T12
锻造
淬火+低温回火
回火马氏体+二次渗碳体+残奥
10
车床主轴
轴颈部位要求，较高硬度和耐磨性，整体要求好的综合机械性能
45钢或40Cr
锻造
整体调质处理，
轴颈表面淬火+低温回火
轴颈表面：回火马氏体
整体：回火索氏体
11
中型锻模
较高的高温耐磨性和热疲劳性能，高的热强性和韧性
5CrNiMo
锻造
淬火+中温（高温）回火
回火屈氏体或回火索氏体
12
拖拉机曲轴
较高的强度、塑性和韧性，较高的扭转疲劳性能
QT600-3
铸造
调质处理
回火索氏体+G
13
大型冲压模
高硬度，高耐磨性，足够的韧性和疲劳强度
Cr12MoV
锻造
淬火+低温回火
回火马氏体+碳化物+残奥
14
滚动轴承
高的接触疲劳强度，高的硬度和耐磨性，足够的韧性
GCr15
锻造
淬火+低温回火
回火马氏体+碳化物+残奥
15
620车床
床头箱
良好的铸造性，良好的切削加工性能
HT200
铸造
去应力退火
F+P+G