第1页：典型零件的选材
典型零件的选材：本页为图示内容，标明本章讲选材原则与齿轮轴类零件的工艺路线。
第2页：选材的一般原则
选材的一般原则
- 一.选材的一般原则
- 如何合理地选择和使用工程材料是一项非常重要的工作,在选材时应考虑四个基本原则
- 1.使用性能原则----首要原则使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化学性能。通常的做法是：
第3页：选材的流程图
选材的流程图：一.选材的一般原则分析零件工作条件结构尺寸进行失效分析磨损断裂[疲劳、脆断]过量塑性变形确定防止失效的性能指标强度σS硬度HRC塑性δψ韧性ak材料的使用性能工艺性、经济性环境与资源原则选择适当的材料制定加工工艺路线
第4页：使用性能原则
使用性能原则
- (一)使用性能原则----首要原则
- 失效：零件丧失使用价值的现象
- 失效抗力取决于材料的性能，对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。
- 主要失效形式:
- 过量塑性变形、断裂（疲劳、脆断）、磨损
第5页：常用零件的工作条件与失效形式
常用零件的工作条件与失效形式：本页为图示内容，列出各类零件的典型失效方式。
第6页：性能指标化
性能指标化
- (一)使用性能原则----首要原则
- 零件性能要求的指标化
- 将零件对使用性能的要求具体转化为实验室力学性能指标（如强度、韧性、塑性、硬度等）；
- 根据工作应力、使用寿命或安全性，确定性能指标的具体数值。（需要力学的知识、经验数据）
第7页：尺寸效应与数据局限
尺寸效应与数据局限
- (一)使用性能原则----首要原则
- 在利用具体性能指标进行选材时，必须注意实验室指标、手册性能数据、经验关系式的局限性。注意“尺寸效应”。尺寸增大，热处理强化效果降低
第8页：碳钢毛坯尺寸与性能
碳钢毛坯尺寸与性能：本页为图示内容，显示截面增大后强度与韧性下降。
第9页：工艺性能原则
工艺性能原则
- （二）工艺性能原则
- 材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。焊接性能铸造性能压力加工性能切削加工性能热处理工艺性能
第10页：工艺性能与加工路线
工艺性能与加工路线
- （二）工艺性能原则
- 金属材料的工艺性能图.金属零件的加工工艺路线
第11页：经济性原则
经济性原则
- （三）经济性原则------根本原则
- 产品成本与性能的关系：产品总成本降到最低总成本=材料价格+加工费+研制费
第12页：材料价格与利用率
材料价格与利用率
- （三）经济性原则-根本原则
- 基本材料的成本
- 材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额（30~70%）。
- 选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段之一；
- 提高材料的利用程度，降低制造过程中的材料消耗量（我国钢材利用率平均为65%，而美国达到80%）。
第13页：常用工程材料相对价格
常用工程材料相对价格：本页为图示内容，列出各类材料价格的相对高低。
第14页：环境与资源原则
环境与资源原则
- （四）环境与资源原则
- 随着地球资源的日益枯竭、环境的日益恶化，材料的环境和资源准则在今后会变得日益重要。
- 这一准则要求材料
- 生产──使用──废弃
- 对能源和资源的消耗少，对生态环境影响小，可以完全再生利用或废弃时完全降解。
第15页：齿轮的工作条件与受力
齿轮的工作条件与受力
- 二、典型零件的选材及工艺路线分析
- （一）齿轮类零件：
- 1.齿轮的工作条件、失效形式及性能要求
- （1）工作时的受力情况
- 1)由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。
- 2)齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触应力，并发生强烈的磨檫。
- 3)由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。
第16页：齿轮的主要失效形式
齿轮的主要失效形式
- （一）齿轮类零件：
- （2）主要失效形式
- 1)疲劳断裂主要发生在齿根。
- 2)齿面磨损
- 3)齿面接触疲劳破坏
- 4)过载断裂
第17页：齿轮失效实例
齿轮失效实例：本页为图示内容，展示齿根疲劳断裂与齿面点蚀剥落的实物形态。
第18页：齿轮失效实例（续）
齿轮失效实例（续）：本页为图示内容，显示齿面磨损与过载崩齿的典型形貌。
第19页：齿轮用材的性能要求
齿轮用材的性能要求
- （一）齿轮类零件：
- （3）齿轮用材性能要求
- 1)高的弯曲疲劳强度。
- 2)齿面高的接触疲劳强度、硬度和耐磨性。
- 3)齿轮心部要有足够的强度和韧性
第20页：齿轮的选材
齿轮的选材
- （一）齿轮类零件：
- 2.选材：
- 钢：可应用于多种工作条件，是齿轮最主要的用材。
第21页：机床齿轮实例
机床齿轮实例
- 3.实例
- 机床齿轮
- 工作条件较好，受力不大，转速中等（6～10m/s），无强烈冲击，强韧性要求不高。
- 选材：45钢，要求高时40Cr。
- 热处理：调质+高频淬火+低温回火（齿面）
- 性能：ak>40J/cm2，硬度齿面>52HRC；心部220HB~250HB;
第22页：机床齿轮工艺路线
机床齿轮工艺路线
- 3.实例
- 机床齿轮
- 工艺路线：
- 下料—锻造—正火（退火）——粗加工—调质—精加工—高频表面淬火+低温回火—精磨—成品
第23页：汽车变速箱齿轮实例
汽车变速箱齿轮实例
- 3.实例
- 汽车变速箱齿轮：
- 工作条件恶劣，受力大，受冲击较大，转速高（> 10～15m/s），磨损严重，性能比机床齿轮要求高。
- 选材：渗碳钢，如20Cr、20CrMnTi
- 性能：渗碳淬火后ak>60J/cm2，σb>1100MN/m2，硬度齿面58~62HRC；心部35~45HRC
第24页：汽车变速箱齿轮
汽车变速箱齿轮：本页为图示内容，展示齿轮结构与渗碳层的分布位置。
第25页：汽车变速箱齿轮工艺路线
汽车变速箱齿轮工艺路线
- 3.实例
- 汽车变速箱齿轮
- 工艺路线：
- 下料—锻造—正火—机加工—渗碳+淬火+低温回火—喷丸处理—磨—成品
- 热处理工艺：900～950℃渗碳
- 820～850℃油淬+180～200℃低温回火
第26页：轴的工作条件与受力
轴的工作条件与受力
- （二）、轴类零件的选材
- 1.轴的工作条件、失效形式及性能要求
- （1）一般轴的工作条件
- 1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。（受力复杂）
- 2）轴颈承受较大的磨擦、磨损。（局部强化）
- 3）承受一定的冲击载荷。
第27页：轴的失效形式与性能要求
轴的失效形式与性能要求
- （二）、轴类零件的选材
- （2）主要失效形式
- 1）疲劳断裂。
- 2）冲击引起的过量塑性变形、断裂失效。
- 3）磨损失效。
- （3）对轴用材料性能要求
- 1）良好的综合力学性能。
- 2）高的疲劳强度。
- 3）良好的耐磨性。
第28页：轴类零件实例
轴类零件实例：本页为图示内容，展示台阶轴的结构与轴颈部位。
第29页：轴的失效形貌
轴的失效形貌：本页为图示内容，显示轴颈磨损与疲劳断裂的断口形貌。
第30页：轴类零件的选材
轴类零件的选材
- (二)轴类零件选材
- 2.轴类零件的选材
- （1）不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴可以用碳钢或球墨铸铁来制造。
- （2）主要受弯曲、扭转的轴这类轴无需选用淬透性很高的钢种，通常选用中碳钢，如45钢、40Cr、40MnB等；若要求高精度、高的尺寸稳定性及耐磨性的轴，如磨床主轴，则常选用38CrMoAl钢，进行调质及氮化处理。
- （3）同时承受弯曲（或扭转）及拉、压载荷的轴选用淬透性较高的钢种。
第31页：轴类选材对照
轴类选材对照
第32页：C620车床主轴
C620车床主轴
- 4.实例：
- C620车床主轴
- 性能要求：一般水平的综合机械性能；大端轴颈等部位较高的硬度及耐磨性。
第33页：C620主轴的选材与热处理
C620主轴的选材与热处理
- 4.实例：
- C620车床主轴
- 选材：中碳钢---45；载荷大时---40Cr；
- 技术要求：硬度HB220~250，轴颈HRC52；
- 热处理工艺：
- 调质：（820~840℃）水淬+（500~550℃）高温回火
- 轴颈高频淬火（水冷）+（180~200℃）低温回火
第34页：C620主轴工艺路线
C620主轴工艺路线
- 4.实例：
- 工艺路线：
- 下料—锻造—正火（退火）——粗加工—调质—精加工—高频表面淬火+低温回火—精磨—成品
第35页：汽车半轴的工作条件
汽车半轴的工作条件
- 4.实例：
- 汽车半轴
- 驱动车轮转动的直接驱动轴，工作时受较大扭矩，受较大冲击载荷，最大直径在50mm以上；半轴
第36页：汽车半轴的选材
汽车半轴的选材
- 4.实例：
- 汽车半轴
- 中小型汽车一般用40Cr，重型汽车用40CrNiMo等高淬透性钢材制造。
第37页：零件图热处理标注
零件图热处理标注：本页为图示内容，展示零件图上热处理技术要求的标注方法。
第38页：轴类零件热处理的目的与组织
轴类零件热处理的目的与组织
- 热处理的目的、所得组织
- 正火（退火）：消除锻造应力，均匀组织，改善切削性能。S+F
- 调质：提高强韧性，获得较高的综合机械性能。回火索氏体
- 高频淬火+低温回火：提高表面硬度（52-55HRC）、耐磨性；表面形成压应力层，提高抗疲劳破坏的能力。回火马氏体
第39页：齿轮渗碳热处理的目的与组织
齿轮渗碳热处理的目的与组织
- 热处理的目的、所得组织
- 正火：消除锻造应力，均匀组织，改善切削性能。S+F
- 渗碳+淬火+低温回火：保证齿面高含碳量，淬火后具有高的表面硬度（58-62HRC）、耐磨性；表面形成压应力层，提高抗疲劳破坏的能力。心部淬火后，得到低碳马氏体，足够的强韧性；低温回火消除应力减少脆性。
- 表层：高碳回火马氏体+碳化物
第40页：典型零件选材小结
典型零件选材小结
- 小结
- 选材的基本原则
- 典型轴类零件选材及加工工艺路线
- 典型齿轮类零件选材及加工工艺路线
