第6章材料的选用
第6章 材料的选用
·高质量的零件在于合理的设计、正确的选材和恰当的零 件的加工工艺。 正确合理的选材应考虑以下三个基本原则： 一使用性能 一工艺性能 经济性 三者之间有联系，也有矛盾，选材的任务就是上述原则 的合理统一
• 高质量的零件在于合理的设计、正确的选材和恰当的零 件的加工工艺。 • 正确合理的选材应考虑以下三个基本原则： − 使用性能 − 工艺性能 − 经济性 − 三者之间有联系，也有矛盾，选材的任务就是上述原则 的合理统一
一机械零件选材的一般原则 1.机械零件正确选材的使用性能原则 ①零件使用时的工作条件与失效形式 a.受力状况，主要是载荷的性质（例如动载、静载、循环载 荷或单调载荷等)和大小；载荷的分布等。 b.环境状况，主要是温度特性、介质情况等。 c.特殊要求，如对导电性、磁性、热膨胀、比重、外观等的 要求。 d.失效形式分析 性能指标要求的具体数值；利用手册根据使用性能选材
—机械零件选材的一般原则 1.机械零件正确选材的使用性能原则 ①零件使用时的工作条件与失效形式 a.受力状况，主要是载荷的性质(例如动载、静载、循环载 荷或单调载荷等)和大小；载荷的分布等。 b.环境状况，主要是温度特性、介质情况等。 c.特殊要求，如对导电性、磁性、热膨胀、比重、外观等的 要求。 d.失效形式分析 1.性能指标要求的具体数值；利用手册根据使用性能选材
常用零件的工作和失效形式 工 作条 件 零件 应力种类 载荷性质 受载状态 常见的失效形式 要求的主要机械性能 紧固螺 拉，剪应 静载 过量变形，断裂 强度，塑性 栓 力 传动 弯，扭应 循环，冲击轴颈摩擦， 疲劳断裂，过量变 综合机械性能 轴 力 振动 形，轴颈摩损 传动齿 压， 弯应 循环，冲击摩擦，振动 齿折断，磨损，疲劳断表面高强度及疲劳极 轮 力 裂，接触融疲劳（麻点） 限，心部强度、韧性 弹 扭，弯应 交变，冲击振动 弹性失稳，疲劳破坏 弹性极限，屈强比， 簧 内 疲劳极限 冷作模 复杂应力 交变，冲击强烈摩擦 磨损，脆断 硬度，足够的强度， 具 韧性
② 确定使用性能指标和数值 ③ 确定力学性能指标时应注意的问题 由于零件所要求的力学性能数据，不能简单地同手册、书 本中所给出的完全等同相待，还必须注意：材料的性能不 单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关；材料 的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件尺寸 与手册中试样尺寸的差别，进行适当的修正；材料的化学 成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。 正确使用硬度指标 强度与韧性合理搭配 K1C在选材中的应用
② 确定使用性能指标和数值 ③ 确定力学性能指标时应注意的问题 • 由于零件所要求的力学性能数据，不能简单地同手册、书 本中所给出的完全等同相待，还必须注意：材料的性能不 单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关；材料 的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件尺寸 与手册中试样尺寸的差别，进行适当的修正；材料的化学 成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。 • 正确使用硬度指标 • 强度与韧性合理搭配 • KIC在选材中的应用
2.工艺性能原则 材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材必须考 虑的问题。 粉末冶金 铸 造 金属材料 锻 压 毛坯 热处理 切削加工 →零件 焊 接 轧 材
2. 工艺性能原则 1. 材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材必须考 虑的问题
3.经济性原则 ①尽量降低材料及其加工成本 材料的价格在产品的总成本中占有较大的比重，据有关 资料统计，在许多工业部门中可占产品价格的30%~70%。 ②用非金属材料代替金属材料 ③零件的总成本 零件的总成本与其使用寿命、重量、加工费用、研究费 用、维修费用和材料价格有关 ④国家的资源和能耗等因素
3.经济性原则 ①尽量降低材料及其加工成本 1.材料的价格在产品的总成本中占有较大的比重，据有关 资料统计，在许多工业部门中可占产品价格的30%～70%。 ②用非金属材料代替金属材料 ③零件的总成本 1.零件的总成本与其使用寿命、重量、加工费用、研究费 用、维修费用和材料价格有关, ④国家的资源和能耗等因素
■典型零件的选材与工艺 一、提高疲劳强度与耐磨性的选材与工艺 交变应力的三种情况 主要承受交变载荷零件的用材及强化方法 零件名称 受力情况 性能要求 主要用材及强化方法 强化特点 内燃机连杆、 交变拉压 连接螺栓、锻锤 应力、冲击载 高强度、耐 调质钢。热变形，调质或淬火及 整个截面均 杆、拉杆等 荷 疲劳 中温回火，表面滚压 强化 各种传动轴、 交变弯曲、 耐疲劳、局 (1)调质钢。热变形，调质、表 内燃机曲轴、汽 扭转应力、冲 部表面耐磨、 面淬火或氮化，表面滚压 车半轴、凸轮 击、局部受摩 综合力学性 (2)球墨铸铁。等温淬火或调 表层强化 轴、机床主轴等 擦 能良好 质，表面淬火、表面滚压 (3)渗碳钢。渗碳淬火低温回火 交变弯曲、 (1)弹簧钢。热变形、淬火及中 扭转应力、 高强度极 弹簧等 冲击、振动 限、高屈强 温回火或铅淬冷拉、形变热处理、 整个截面均 能量吸收及 比、疲劳强 表面喷丸 (2)铍青铜。淬火时效 匀强化 储备 度 (3)磷青铜。变形强化
◼ 典型零件的选材与工艺 一、提高疲劳强度与耐磨性的选材与工艺 交变应力的三种情况
摩擦磨损的三种情况： ①整体硬度要求高； ②自身耐磨，又要求减磨，保护配偶件； ③心部强韧，表面耐磨。 主要承受摩擦、磨损零件的材料及其强化方法选择 类型 零件名称 工作条件与性能要求 材料及其强化方法 量具、低速切削 承受摩擦，受力不大。要求高硬 碳素工具钢，低合金工具钢。淬 刃具、顶尖、钻套 度、高耐磨性 火及低温回火 高速切削刃具 强烈摩擦，高温。要求高硬度。 (1)高速钢。淬火及3次560℃回 要求 高耐磨性，热硬性好 火。(2)硬质合金。(3)陶瓷 整体高 承受摩擦，冲击载荷，交变载 夏度 碳素工具钢，低合金工具钢，高 冷冲模 荷，要求高硬度，高疲劳强度， 碳高铬冷作模具钢。淬火及低温回 高屈服强度 火 滚动轴承 承受滚动摩擦，交变接触应力。 要求高硬度，高接触疲劳强度 滚动轴承钢。淬火及低温回火
摩擦磨损的三种情况： ①整体硬度要求高； ②自身耐磨，又要求减磨，保护配偶件； ③心部强韧，表面耐磨
自身耐磨，又要求减磨，保护配偶件 齿轮、凸轮、活 表面摩擦，冲击载荷，交变应力。 (1)调质钢。调质或正火，姜重 兼有 塞销 要求表硬内韧，疲劳强度和接触疲 淬火或氮化 较高韧 劳强度高 (2)渗碳钢。渗碳淬火及低温国 性 碎石机颚板 强烈冲击，严重挤压，摩擦。 要求高的抗磨性与韧性 高锰钢的水韧处理 承受滑动摩擦，交变应力，硬 滑动轴承 度不高于配偶件。摩擦系数小， (1)滑动轴承。(2)塑料。 减摩 磨合性好 (3)复合材料 耐磨 缸套、活塞环 承受摩擦、振动，要求耐磨、 减摩 灰铸铁 自身耐磨，又要求减磨，保护配偶件
自身耐磨，又要求减磨，保护配偶件 自身耐磨，又要求减磨，保护配偶件