文档介绍：选材原则 典型零件的选材与工艺第5章材料的选用 选材原则选材的动机——开发新产品、产品的改进和更新换代选材原则:使用性能工艺性能 经济性 环境与资源原则一、材料的使用性能——首要原则 : 变形——弹、塑性变形。 断裂——脆、塑性,疲劳断裂。 表面损伤——磨损、腐蚀等。零件工作条件常见失效形式性能要求应力种类载荷性质受载状态螺栓拉、剪静载--过量变形,断裂强度,塑性传动轴弯、扭循环冲击轴颈摩擦疲劳断裂,过量变形,轴颈磨损综合力学性能传动齿轮压、弯循环冲击摩擦振动断齿,磨损, 疲劳断裂,接触疲劳表面高硬度及疲劳极限,心部强度及韧性弹簧扭、弯交变冲击振动弹性失稳, 疲劳破坏弹性极限,屈强比,疲劳极限零件失效的原因——设计、材料、加工、安装和使用。 2. 工作环境——温度,介质(如腐蚀,摩擦)。 3. 特殊功能要求——导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。 4. 性能要求的指标化——如强硬度、塑韧性等的具体数值。 手册数据、经验公式的局限性——力学性能与零件尺寸有关 40钢不同尺寸毛坯的力学性能热处理条件毛坯尺寸/mm σ b / MPa δ/ % A KU / J 850 淬火 5800 16120 30750 1580 500 回火 50700 1556 100 600 1340 二、工艺性能——铸、锻、焊、机加工、热处理零件的加工工艺路线一般零件:毛坯→正火或退火→切削加工轴、齿轮等: 毛坯→预先热处理(正火、退火) →粗加工→最终热处理(淬火+回火,时效,渗 C等) →精加工精密丝杠: 毛坯→预先热处理→粗加工→最终热处理→半精加工→时效(或 N化) →精加工→时效三、经济性——根本原则 基本材料的成本( 价格、利用率) ——占总成本的 30~70% 制造(加工)成本——约占零件成本的 30% 加工成本 = 工具与设备费用 + 每件产品成本×生产批量材料美元/ t材料美元/ t 铂 26,000,000 工业金刚石 900,000,000 金 19,100,000 硼―环氧树脂复合材料 330,000 钨 26,000 碳纤维复材料 200,000 钛合金 10,190 ~12,720 玻璃纤维复合材料 2400 ~3300 黄铜(型材) 1650 ~2336 尼龙 663289 铝合金(型材) 2000 ~2440 环氧树脂 1650 低碳钢(型材) 440 ~480 天然橡胶 1430 铸铁 260 氧化铝 1100-1760 硬质合金 66,000 玻璃 1500 四、环境与资源原则——贯穿材料生产、使用、废弃的全过程 1. 减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。重要金属的世界储量 2. 环境污染小 废气排放少 材料回收及降解储量( 10 6t)可用年数再生率(%) Fe 1×10 6109 Al1170 Cu308 Zn123 Mo Cr775 112 Ti147 51 典型零件的选材与工艺一、齿轮选材性能要求——齿面硬度(决定弯曲、接触疲劳强度,耐磨性) 强度,韧性。选材 调质钢——调质 + 表面淬火 + 低温回火 渗 C钢——硬度、韧性高。性能指标——σ b >1000MPa ,a KU2 ≥50J ,齿面硬度≥ HRC55 。选材—— 20 CrMnTi ,σ b > 1080MPa ,a KU2 ≥55J ,齿面 HRC ≥ 58~63 。 最终热处理工艺—— 930 ℃渗 C + 预冷 830 ℃油淬 + 200 ℃回火 最终组织——心部:回火 M + F 齿面:回火 M + 碳化物 + A' 工艺路线——锻造→正火→机加工→渗C、淬火+低温回火→喷丸→磨削实例——载重汽车变速箱齿轮二、机床主轴选材性能要求——强度、塑韧性,疲劳强度,轴颈耐磨性。 普通车床(轻载)主轴—— 45钢调质或正火,轴颈高频表面淬火。 铣床(中载)主轴—— 40 Cr等调质,轴颈高频表面淬火。 组合机床(重载)主轴—— 20 CrMnTi ,经渗 C、淬火、回火处理。 精密镗床(高精度)主轴—— 38 CrMoAl ,调质 + N化 + 时效。实例1 —— C620 车床主轴, 综合机械性能一般;大端轴颈部位耐磨性高性能指标——硬度 220 ~ 250HB ,轴颈 52HRC 。选材—— 45钢 热处理工艺—— 830 ℃水淬 + 500 ℃回火 + 轴颈高频淬火 + 200 ℃回火最终组织——心部:回火 S轴颈表面:回火 M 工艺路线——锻