文档介绍：第13章 材料的选用
概述
机械零件的选材
材料的选用
2021/1/12
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众所周知，机器零件的正确选材与合理用材是广大工程技术人员的基本任务之一，也是本课程教学的主要目的．因此本章被列为本课程的重点，本章学****重点有：
掌握材料合理选用的基本原则和方法；
明确机械零件失效的基本形式，了解有关失效分析的一般步骤与方法；
熟悉齿轮和轴这两类典型零件的选材分析（包括工作条件，常见失效形式，其性能要求等），初步做到能正确、合理地选用材料，安排其大致加工工艺路线，制定其相应的热处理工艺，判断其所得组织等 。
概述
材料的选用
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一、选材的一般原则
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，
a、 材料价格
b、 材料加工费用
c、 使用寿命、维修等附加费用
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材料的选用
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二、材料的使用性能
1、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。
常用零件的服役条件、失效形式及主要性能指标（自学）。
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三、材料的工艺性能
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，低碳铜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。
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1、机床类齿轮由于工作条件较好（无强烈冲击，工作平稳），大多可选调质钢（４５、４０Ｃｒ等）制造，经调质（或正火）处理十高频淬火、低温回火，这是一般规律．特例：当高速且承受冲击载荷较大时（如立式车床上的重要齿轮）宜选20CrMnTi（20Ｃr）等渗碳钢制造，经渗碳十淬火十低温回火处理。
四、典型零件的选材及热处理
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2、对于汽车、拖拉机的变速齿轮，由于承载较重，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧度等，均要求比机床齿轮高，故一般均采用渗碳钢制造，经渗碳+淬火+低温回火处理，表层碳含量大大提高，保证淬火后高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力，由于合金元素提高淬透性，所以经淬、回火后可使工件心部获得较高的强度和足够的冲击韧度。但其中对于如汽车、拖拉机的油泵齿轮等承载轻、受冲击小的场合，亦可选调质钢经调质处理使用（这是特例）。
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3、根据轴类零件（机床主轴、曲轴等）的工作条件、用材及热处理情况，同时兼顾轴类零件的强度和韧性，考虑其疲劳抗力，一般选用调质钢制造，采用 调质+局部表面淬火、低温回火处理。 特例：①当承受重载，高速、且承受冲击载荷较大时可选用渗碳钢（如20CrMnTi等）经渗碳+淬火+低温回火处理；
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②近年来在国内、外使用球墨铸铁代钢作汽车、拖拉机与农用柴油机曲轴的愈来愈多，第二代解放牌汽车Ｊ130汽车、东风及东风４型内燃机车的曲轴均使用球墨铸铁（或合金球墨铸铁）制造，虽然球墨铸铁的塑、韧性远低于锻钢，但在一般发动机中当对塑韧性要求并不太高，而且球墨铸铁的缺口敏感性小，实际球墨铸铁的疲劳强度并不明显低于锻钢，而且可通过表面强化（如滚压、喷丸等）处理大大提高其疲劳强度，其效果优于锻钢，因而在性能上完全可代替调质碳钢。
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【例题11-1】
1、C618机床变速箱齿轮（该齿轮尺寸不大，其厚度为15mm）工作时转速较高，性能要求如下：齿的表面硬度50～56HRC，齿心部硬度22～ 25HRC，整体强度σb=