1、第十章典型机械零件的选材,10.1齿轮类零件的选材,10.1.1齿轮的工作条件与性能要求1.工作条件：1）齿根承受很大的交变弯曲应力；2）齿部承受一定的冲击载荷；3）齿面相互滚动，承受很大的接触应力，并发生强烈摩擦。2.失效形式：1）断齿；2）齿面接触疲劳损坏；3）齿面磨损；4）齿面塑性变形；3.性能要求：1）高的接触疲劳强度、高的表面硬度、足够的抗弯强度等。,10.1.2 齿轮材料选择 主要依据：齿轮的传动方式、载荷性质的大小、传动速度、精度要求、淬透性及齿面硬化要求等。,1.轻载，低、中速，冲击力小，精度要求低。选用中碳钢制造，调质硬度一般为200280HBW。2.中载，中速、受一定冲击载
2、荷、运动较平稳。选用中碳钢或合金调质钢，最终热处理+高频或中频淬火+低温回火，硬度可达5055HRC。3.重载，中、高速，且受较大冲击载荷。选用合金渗碳钢，渗碳淬火+低温回火后，硬度5863HRC。,10.1.3典型齿轮选材及加工工序安排举例1.机床齿轮：CM6032机床 材料：45钢。 热处理：正火，840860调质，硬度160217HBW；高频淬火+120200低温回火，硬度5055HRC。,加工工艺路线：锻造正火粗加工调质半精加工高频淬火及低温回火精磨。 正火：消除锻造应力，调整硬度以利加工； 调质：具有较高的综合力学性能； 高频淬火：提高表面硬度和耐磨性，增强抗疲劳破坏能力； 低温回火
3、：消除淬火应力。,2.汽车、拖拉机齿轮,材料：20CrMnTi热处理：表层wC=0.81.05%，渗碳层深度为0.81.3mm，齿面硬度5862HRC，心部硬度3742HRC。,加工工艺路线：锻造正火粗加工、半精加工渗碳淬火+低温回火。热处理方法：正火，950970空冷，硬度179217HRW；渗碳，920940，保温46h，预冷至830850油淬，低温回火18010，保温2h。,10.2轴类零件的选材,10.2.1轴的工作条件与性能要求 1.工作条件：交变应力，轴颈承受较大的摩擦，一定的过载或冲击。 2.性能要求：综合力学性能；高的疲劳强度；相对运动部位应具有高的硬度等。,10.2.2轴类零
4、件材料选择 1.轻载、低速，不重要的轴：可选碳素结构钢，不进行热处理； 2.中等载荷或要求精度不高：中碳优质碳钢。调质+表面淬火+低温回火； 3.较大载荷或要求精度高：合金钢。,加工工艺路线：锻造正火粗加工调质半精加工表面淬火+低温回火磨削加工。,正火：改善组织，调整硬度以利加工；调质：得到综合力学性能；表面淬火+低温回火：提高硬度，增加耐磨性。,2.汽车半轴,材料：40Cr,热处理技术条件：,正火，187241HBW，调质，杆部3742HBW，盘部外圆2434HRW。,加工工艺路线： 锻造正火机加工调质盘部钻孔精加工。,正火的目的是调整硬度，以利加工；改善锻造组织，为调质作准备。 调质的目的
5、是使半轴具有高的综合力学性能。,10.3箱体类零件的选材及工艺 机床床身、床头箱、变速箱、进给箱、溜板箱、内燃机缸体等。,10.3.1箱体类零件的工作条件、失效形式和性能要求 （1）具有足够的强度和刚度。 （2）对精度要求高的机器的箱体，要求有较好的减震性。 （3）对于有相对运动的表面要求有足够的硬度和耐磨性。 （4）具有良好的工艺性，如铸造性能或焊接性能。,10.3.2箱体类零件的选材,1.灰铸铁（HT150、HT200、HT250）：受力不大，且主要承受静力而不受冲击的箱体（床身、变速箱等）。2.铸钢（ZG250-450、ZG270-500）：受力较大、形状较复杂的箱体（汽轮机的机壳）。3
6、.铝合金（铸造铝合金）：受力不大、要求重量轻的箱体（飞机发动机箱体）。,课堂讨论题：,1.有一10mm的杆类零件，受中等交变拉压载荷作用，要求零件沿截面性能均匀一致，供选材料有Q345（16Mn）、45、40Cr、T12。要求： （1）选择合适的材料； （2）编制简明工艺路线； （3）说明各热处理工序的作用； （4）指出最终金相组织。,课堂讨论题：,2.请为下列机械零件、构件选择合适的材料，并安排主要的热处理工艺（如果需要进行热处理），并简述理由。,（1）汽车板簧（45、60Si2Mn、2A01）（2）机床床身（Q235、T10A、HT200）（3）受冲击载荷的齿轮（40MnB、20CrMnT
7、i、KTZ450-06)（4）桥梁结构（Q345、40、3Cr13）（5）滑动轴承（GCr15、ZSnSb11Cu6、耐磨铸铁）（6）曲轴（9SiCr、Cr12MoV、50CrMoA）（7）螺栓（40Cr、H70、T12A）（8）高速切削工具（W6Mo5Cr4V2、T8MnA、ZGMn13),课堂讨论题：,3.有一从动齿轮用20CrMnTi钢制造，使用一段时间后发生严重磨损，齿已磨秃（如图示）。从轮齿切面正中A、B、C三点进行硬度、化学成分和金相分析，结果如下表：,齿轮制造工艺路线：锻造正火切削加工渗碳预冷淬火低温回火精磨。 又知与此齿轮同时加工的其他齿轮未发生类似失效情况，试分析该齿轮失效原因。,
