本次课内容 第9章典型工件的选材及工艺路线设计 9.1、齿轮选材 1、齿轮的工作条件、失效形式及性能要求 2、齿轮类零件的选材 3、典型齿轮选材举例 9.2、轴类零件选材 1、轴类零件的工作条件 2、轴类零件的失效形式 3、轴类零件的性能要求 4、轴类零件材料及选材方法 5、典型轴的选材 9.3、弹簧选材 1、弹簧的工作条件 2、弹簧的失效形式 3、弹簧的性能要求 4、弹簧的选材 5、典型弹簧选材 1、刃具的工作条件 9.4、刃具选材 2、刃具的失效形式 3、刃具的性能要求 4、刃具的选材 5、刃具选材举例
本次课内容 第9章 典型工件的选材及工艺路线设计 9.1、齿轮选材 9.2、轴类零件选材 9.3、弹簧选材 9.4、刃具选材 1、齿轮的工作条件、失效形式及性能要求 2、齿轮类零件的选材 3、典型齿轮选材举例 1、轴类零件的工作条件 2、轴类零件的失效形式 3、轴类零件的性能要求 4、轴类零件材料及选材方法 5、典型轴的选材 1、弹簧的工作条件 2、弹簧的失效形式 3、弹簧的性能要求 4、弹簧的选材 5、典型弹簧选材 1、刃具的工作条件 2、刃具的失效形式 3、刃具的性能要求 4、刃具的选材 5、刃具选材举例
Fig.14 Spur tooth pinion at 0.5×(top)and1.5× (bottom). Tooth-bending fatigue originating at the root radius (arrows),loaded side,one-third the distance from the open end.Progression was to the bore. 图世产直期提吉厚英小
第9章 典型工件的选材及工艺路线 9.1 齿轮选材 工作条件 失效形式 ✓齿根承受很大的交变弯曲应力 ✓齿部承受一定的冲击载荷 ✓齿面承受很大的接触压应力和摩擦力 性能要求 ✓疲劳断裂 ✓齿面磨损 ✓齿面接触疲劳破坏 ✓过载断裂 ✓高弯曲疲劳强度 ✓高耐磨性 ✓高接触疲劳强度 ✓较高强度与韧性 齿轮的工作条件失效形式性能要求 Fig. 14 Spur tooth pinion at 0.5× (top) and 1.5× (bottom). Tooth-bending fatigue originating at the root radius (arrows), loaded side, one-third the distance from the open end. Progression was to the bore
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.1齿轮选材 √齿面硬度高，防疲劳与磨损 齿轮类零件的选材 齿心冲击韧性足够，防断裂 √低、中碳钢，整体调质，心部有韧性；表面强化处理，有硬度 √低、中碳合金钢，整体调质，表面强化处理 典型齿轮选材举例 材料：中碳钢或中碳合金钢 机床齿轮 工艺路线：下料锻造→正火→粗加工→调质→ 精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨 序号 工作条件 选材 热处理工艺 硬度要求 低载荷工作 15 (900~950)°℃渗碳，(780-800)℃水冷 耐磨性好 或直接淬火，(180-200)C回火 (58~63)HRC 高速中等载荷 45 高频加热，水冷，(180~200)C▣火 齿面硬度高 (54~60)HRC 高速重载，形状复 38CrMoAl 正火调质(510~550)℃后氮化 850HV以上 杂，热处理变形小
工作条件：转速中等；载荷不大；工作平稳无冲击 第9章 典型工件的选材及工艺路线 9.1 齿轮选材 齿轮类零件的选材 ✓齿面硬度高，防疲劳与磨损 ✓齿心冲击韧性足够，防断裂 ✓低、中碳钢，整体调质，心部有韧性；表面强化处理，有硬度 ✓低、中碳合金钢，整体调质，表面强化处理 典型齿轮选材举例 材料：中碳钢或中碳合金钢 工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→ 精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨 序号 工作条件 选材 热处理工艺 硬度要求 1 低载荷工作 耐磨性好 15 (900~950)ºC渗碳， (780~800) ºC 水冷 或直接淬火， (180~200 ) ºC回火 (58~63)HRC 2 高速中等载荷 齿面硬度高 45 高频加热，水冷，(180~200 ) ºC回火 (54~60)HRC 3 高速重载，形状复 杂，热处理变形小 38CrMoAl 正火调质(510~550 ) ºC后氮化 850HV以上 机床齿轮
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.1齿轮选材 典型齿轮选材举例 材料：低碳钢或低碳合金钢 汽车齿轮 工作条件：转速范围大；载荷较大；冲击频繁 工艺：下料→锻造→正火→机加工→渗碳、淬火及回火→喷丸一→精磨 序号 齿轮类型 选材 热处理工艺 硬度要求 汽车变速箱 齿面：(58~64)HRC 20CrMnTi 和 20CrMo 渗碳 齿心：法向模数5时，(29~45)HRC 齿面： (58-64)HRC 汽车驱动桥主、 20CrMnTi 2 渗碳 齿心：法向模数8时，(29~45)HRC 15Cr 渗碳层深度：(0.7~1.1)mm 20Cr 汽车起动机齿轮 15CrMnMo 渗碳 齿面：(58~63)HRC 齿心：(33~43)HRC 20CrMnTi
工作条件：转速范围大；载荷较大；冲击频繁 第9章 典型工件的选材及工艺路线 9.1 齿轮选材 典型齿轮选材举例 材料：低碳钢或低碳合金钢 序号 齿轮类型 选材 热处理工艺 硬度要求 1 汽车变速箱 和 分动箱齿轮 20CrMnTi 20CrMo 渗碳 齿面： (58~64)HRC 齿心：法向模数 5时，(29~45)HRC 2 汽车驱动桥主、 从动圆锥齿轮 20CrMnTi 20CrMnMo 渗碳 齿面： (58~64)HRC 齿心：法向模数 8时，(29~45)HRC 3 汽车起动机齿轮 15Cr 20Cr 15CrMnMo 20CrMnTi 渗碳 渗碳层深度： ( 0.7~1.1)mm 齿面： (58~63)HRC 齿心： (33~43)HRC 汽车齿轮 工艺：下料→锻造→正火→机加工→渗碳、淬火及回火→喷丸→精磨
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.2轴类零件选材 √交变弯曲和扭转复合应力 √与滑动件的摩擦磨损 轴类零件的工作条件 振动引起冲击载荷 √一般有过载载荷 轴类零件的失效形式 √弯曲和扭转疲劳断裂 轴类零件的性能要求 √摩擦引起表面过度磨损 √冲击和过载引起过量变形和断裂 √良好的综合机械性能 √高的疲劳强度，对应力集中不敏感 √足够的淬透性 √表面高硬度、高耐磨性 √良好的切削加工性能，价廉 图96直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断
第9章 典型工件的选材及工艺路线 9.2 轴类零件选材 ✓交变弯曲和扭转复合应力 ✓与滑动件的摩擦磨损 ✓振动引起冲击载荷 ✓一般有过载载荷 ✓弯曲和扭转疲劳断裂 ✓摩擦引起表面过度磨损 ✓冲击和过载引起过量变形和断裂 ✓良好的综合机械性能 ✓高的疲劳强度，对应力集中不敏感 ✓足够的淬透性 ✓表面高硬度、高耐磨性 ✓良好的切削加工性能，价廉 轴类零件的工作条件 轴类零件的失效形式 轴类零件的性能要求
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.2轴类零件选材 √强度最重要 轴类零件的选材 √冲击韧性和耐磨性 √低、中碳钢：有一定的综合机械性能，对应力集中不太敏感，价廉 √低、中碳合金钢：更好的机械性能与热处理性能，对~敏感，价贵 √灰铸铁与球墨铸铁：有一定的综合机械性能，特别适用于曲轴 不需要高的脆透性 不需要高的脆透性 需要高的脆透性
第9章 典型工件的选材及工艺路线 ✓强度最重要 ✓冲击韧性和耐磨性 ✓低、中碳钢：有一定的综合机械性能，对应力集中不太敏感，价廉 ✓低、中碳合金钢：更好的机械性能与热处理性能，对~敏感，价贵 ✓灰铸铁与球墨铸铁：有一定的综合机械性能，特别适用于曲轴 轴类零件的选材 9.2 轴类零件选材 不需要高的脆透性 不需要高的脆透性 需要高的脆透性
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.2轴类零件选材 15 典型轴的选材 机床主轴 序号 工作条件 选材 热处理 硬度要求 图99C620车床主轴简图 在滚动轴承中运转 正火 工作条件： 低速、中载 (220-250) 45 或 精度要求不高 HBS 交变弯曲与扭转复合应力； 调质 稍有冲击载荷 ÷转速与载荷不高； 冬冲击载荷不大 在滑动轴承中运转 调质 850HV 大交变冲击载荷 材料：中碳钢45 工艺：锻造→正火→粗加工→调质→精加工一→表面淬火及回火→精磨
工作条件： ❖交变弯曲与扭转复合应力； ❖转速与载荷不高； ❖冲击载荷不大 ❖大端轴颈与锥孔需要耐磨 第9章 典型工件的选材及工艺路线 材料：中碳钢45 工艺：锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火及回火→精磨 机床主轴 9.2 轴类零件选材 典型轴的选材 850HV 调质 后 渗氮 在滑动轴承中运转 高速、重载 精度要求极高 大交变冲击载荷 2 (220~250) HBS 硬度要求 正火 或 调质 45 在滚动轴承中运转 低速、中载 精度要求不高 稍有冲击载荷 1 序号 工作条件 选材 热处理 38CrMoAl
第9章典型工件的选材及 9.2轴类零件选材 典型轴的选材 内燃机曲轴 图9-10175A型柴油机曲轴简图 材料： 工作条件： 冬中碳钢、中碳合金钢锻造 复杂交变应力： 铸钢、球墨铸铁等铸造 √弯曲 性能要求： √扭转 ÷高的强度 √拉压 ÷一定的冲击韧性 √剪切 冬足够的弯曲扭转疲劳强度 √冲击 冬足够的刚度 冬应力分布极不均匀 轴颈高硬度和耐磨性 轴颈与轴承滑动摩擦 工艺：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗氮
工作条件： ❖复杂交变应力： ✓弯曲 ✓扭转 ✓拉压 ✓剪切 ✓冲击 ❖应力分布极不均匀 ❖轴颈与轴承滑动摩擦 第9章 典型工件的选材及工艺路线 工艺：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗氮 内燃机曲轴 9.2 轴类零件选材 典型轴的选材 失效形式： ❖疲劳断裂 ❖轴颈严重磨损 性能要求： ❖高的强度 ❖一定的冲击韧性 ❖足够的弯曲扭转疲劳强度 ❖足够的刚度 ❖轴颈高硬度和耐磨性 材料： ❖中碳钢、中碳合金钢锻造 ❖铸钢、球墨铸铁等铸造
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.3弹簧选材 弹簧的种类与用途：缓冲、减振、 定位、复原、储能、测力 弹簧的工作条件 √弯曲和扭转应力 弹簧的失效形式 √交变应力与冲击载荷 √某些弹簧受腐蚀和高温的作用 弹簧的性能要求 √塑性变形 芯轴 √疲劳断裂 卷简 √快速脆性断裂 √腐蚀断裂 √高的弹性极限和高的曲强比 √高的疲劳强度 √好的材质和表面质量 √良好的耐蚀性和耐热性 (e)损卷簧
第9章 典型工件的选材及工艺路线 9.3 弹簧选材 ✓弯曲和扭转应力 ✓交变应力与冲击载荷 ✓某些弹簧受腐蚀和高温的作用 ✓塑性变形 ✓疲劳断裂 ✓快速脆性断裂 ✓腐蚀断裂 ✓高的弹性极限和高的曲强比 ✓高的疲劳强度 ✓好的材质和表面质量 ✓良好的耐蚀性和耐热性 弹簧的工作条件 弹簧的失效形式 弹簧的性能要求 弹簧的种类与用途：缓冲、减振、 定位、复原、储能、测力
第9章典型工件的选材及工艺路线 9.3弹簧选材 弹簧的选材 钢类 钢号 主要特点 应用举例 65 经过热处理及冷拔硬化后，可得到较高的强 调压调速弹簧，测力弹簧 70 碳钢 度和适当的塑性、韧性，在相同表面状态和 75 完全淬透情况下，疲劳极限不比合金弹簧钢 差。淬透性差，只适合较小尺寸弹簧 汽车、拖拉机、火车等机 80 械上承受震动的螺旋弹簧 Mn提高淬透性，12mm直径的钢材油中能淬 锰钢 65Mn 透，表面脱碳倾向比硅钢小，热处理后综合 小尺寸扁、圆弹簧，弹簧 机械性能优于碳钢，有过热敏感与回火脆性 发条，离合器、刹车簧片 55Si2Mn Si和Mn提高弹性极限和曲强比，提高淬透性、 汽车、拖拉机、火车等机 硅锰钢 55Si2MnB 回火稳定性，过热敏感性较小。脱碳倾向比 械上承受震动的板簧和螺 硅钢较大，尤其硅、碳含量高时易石墨化 旋弹簧，转向架弹簧等 60Si2Mn 铬矾钢 50CrVA 良好的工艺性能和机械性能，淬透性比较高， 气门弹簧，喷油嘴弹簧， V使晶粒细化，降低过热敏感性 汽缸涨圈 铬锰钢 50CrMn 较高强度、塑性和韧性，回火脆性较大 车辆、拖拉机板簧和螺旋 弹簧 硅锰钨 65Si2MnWA 与60S2Mn相比，提高淬透性和硬度，降低 强度要求更大的弹簧和大 钢 过热敏感性，较高温度下回火仍保持高强度 截面弹簧
第9章 典型工件的选材及工艺路线 9.3 弹簧选材 弹簧的选材 钢类 钢号 主要特点 应用举例 碳钢 65 经过热处理及冷拔硬化后，可得到较高的强 度和适当的塑性、韧性，在相同表面状态和 完全淬透情况下，疲劳极限不比合金弹簧钢 差。淬透性差，只适合较小尺寸弹簧 调压调速弹簧，测力弹簧 70 75 汽车、拖拉机、火车等机 80 械上承受震动的螺旋弹簧 锰钢 65Mn Mn提高淬透性，12mm直径的钢材油中能淬 透，表面脱碳倾向比硅钢小，热处理后综合 机械性能优于碳钢，有过热敏感与回火脆性 小尺寸扁、圆弹簧，弹簧 发条，离合器、刹车簧片 硅锰钢 55Si2Mn Si和Mn提高弹性极限和曲强比，提高淬透性、 回火稳定性，过热敏感性较小。脱碳倾向比 硅钢较大，尤其硅、碳含量高时易石墨化 汽车、拖拉机、火车等机 械上承受震动的板簧和螺 旋弹簧，转向架弹簧等 55Si2MnB 60Si2Mn 铬矾钢 50CrVA 良好的工艺性能和机械性能，淬透性比较高， V使晶粒细化，降低过热敏感性 气门弹簧，喷油嘴弹簧， 汽缸涨圈 铬锰钢 50CrMn 较高强度、塑性和韧性，回火脆性较大 车辆、拖拉机板簧和螺旋 弹簧 硅锰钨 钢 65Si2MnWA 与60Si2Mn相比，提高淬透性和硬度，降低 过热敏感性，较高温度下回火仍保持高强度 强度要求更大的弹簧和大 截面弹簧