典型零件的选材及工艺路线

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1、典型零件的选材 and 加工工艺路线 全章重点 一 .齿轮 齿轮材料的性能要求 : 高的弯曲疲劳强度； 高的接触疲劳强度和耐磨性； 较高的强度和冲击韧性。 疲劳断裂 齿面磨损 齿轮类零件的选材 调质钢或渗碳钢 ： 经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性。 工艺性能好，经济上较合理。 渗氮钢： 高速、重载、形状复杂、要求热处理变形小的齿轮。 铸钢： 重型机械齿轮。 铸铁： 冲击载荷小的低速齿轮。 工程塑料 （聚甲醛、尼龙）：轻载齿轮。 机床变速箱齿轮 机床变速箱 齿轮： 调质钢 担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。 一般选

2、 45钢 (中碳钢 )制造，为了提高淬透性，也可选用 40Cr钢 。 工艺路线为： 下料 -锻造 -正火 -粗加工 - 调质 -精加工 -表面淬火 及 低温回火 -磨削加工 汽车 齿轮： 合金渗碳钢 变速箱和差速器。受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。 一般用合金渗碳钢 20Cr或 20CrMnTi制造。 工艺路线为： 下料 -锻造 -正火 -切削加工 - 渗碳 -淬火 及低温回火 - 喷丸 -磨削加工。 疲劳断口 硬粒子磨损 二 .轴 轴类零件的性能要求 良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定韧性 , 以防过载断裂、冲击断裂； 高疲劳强度

3、, 对应力集中敏感性低 , 以防疲劳断裂 足够淬透性 , 热处理后表面要有高硬度、高耐磨性 , 以防磨损失效； 良好切削加工性能 , 价格便宜。 轴类零件材料及选材方法 低、中碳钢或 合金调质钢 ： 经锻造或轧制，兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力； 碳钢 ： 35、 40、 45、 50钢，一般轴类零件； 合金调质钢 ：如 40Cr、 40MnB、 40CrNiMo、20Cr、 20CrMnTi等；载荷较大，外形、尺寸和重量受限制，轴颈的耐磨性等要求高 球墨铸铁和高强度灰铸铁 ：曲轴。 主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性。 机床主轴的工作

4、条件、选材及热处理 C620车床主轴 受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。 45钢 。 工艺路线： 锻造 -正火 -粗加工 -调质 -精加工 -表面淬火及低温 回火-磨削 加工 内燃机曲轴 内燃机曲轴 性能要求 失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。 高强度、一定的冲击韧性； 足够弯曲、扭转疲劳强度和刚度； 轴颈表面有高硬度和耐磨性。 选材 锻钢曲轴 ：优质中碳钢 和或合金调质钢 ，如 35、40、 45、 35Mn2、 40Cr, 35CrMo钢等；

5、 铸造曲轴 ：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等 , 如 ZG25、 QT600-3、 QT700-2 、 KTZ450-5、 KTZ500-4等。 175A型农用 柴油发动机曲轴 承受载荷不大；但滑动轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。 b 750 MPa, 整体硬度 240 HBS 260 HBS, 轴颈表面硬度 625 HV, 2%, ak 150 kJ/m2。 材料 ： QT700-2 工艺路线 铸造 -高温正火 - 高温回火 -切削加工 - 轴颈气体渗氮 汽车发动机曲轴 承受载荷不大；但滑动轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨 。 材料 ： 40Cr或 45 工艺 路线： 锻造

6、 -正火 -粗加工 -调质 -精加工 -表面 淬火 -低温回火 -磨削 加工 三 .弹簧 性能要求 高的弹性极限 e和高的屈强比 s/ b 当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗拉强度相差很小，但屈强比差别较大。 65钢为 0.7，60Si2Mn钢为 0.75、 50CrVA钢为 0.9。 高的疲劳强度： 杂质少表面质量高： 夹杂物含量少，晶粒细小，表面质量好，缺陷少，对于提高弹簧的疲劳寿命和抗脆性断裂十分重要。 某些弹簧需要有良好的耐蚀性和耐热性 保证在腐蚀性介质和高温条件下的使用性能。 弹簧的选材 热轧弹簧 ：制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或板簧 .弹簧热成型后进行淬火及回火处

7、理。 冷轧 (拔 )弹簧 ：制作小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。 不锈钢 ： 0Cr18Ni9、 1Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti 通过冷轧 (拔 )加工成带或丝材 , 制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。 黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜： 具有良好的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于制造电器、仪表弹簧及在腐蚀性介质中工作的弹性元件。 缓冲和吸振 ,承受很大的交变应力和冲击载荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。 轻型汽车：选用 65Mn、 60Si2Mn钢； 中型或重型汽车：板簧用 50CrMn, 55SiMnVB钢； 重型载重汽车：大截面板簧用55SiMnMoV,55SiM

8、nMoVNb。 工艺路线 热轧钢带 (板 )冲裁下料 -压力 成型 -淬火 -中温回火 -喷丸强化 汽车板簧 火车螺旋弹簧 机车和车箱的缓冲和吸振 , 其使用条件和性能要求与汽车板簧相近。 材料： 50CrMn、 55SiMnMoV 工艺路线 下料 -热 卷成形 -淬火 -中温回火 - 喷丸强化 -端面磨平 气门弹簧 内燃机气门弹簧： 压缩螺旋弹簧； 在凸轮、摇臂或挺杆的联合作用下 , 使气门打开和关闭； 承受应力不是很大； 有一定耐热性。 50CrVA：淬透性比较好、晶粒细小、有耐热性。 工艺路线 冷卷成型 淬火 中温回火 喷丸强化 两端磨平。 继电器簧片 用途及性能要求：使两电触点接触时

9、, 产生一定大小的压力 , 以保证触头紧密接触良好导电。簧片材料要有好的弹性、导电性和耐蚀性。簧片所受弯曲应力很小。 材料： H70(黄铜 )、 QSn6.5-0.1(锡青铜 )、 B19(白铜 ) 黄铜：导电性好 , 抗疲劳性能较高 , 弹性一般 , 价格较低。 锡青铜：导电性稍低 ,但抗疲劳性能高 ,弹性好 ,价格稍高。 白铜：导电性好 , 抗蚀性高 , 抗疲劳性能较高 , 弹性好 , 价格较贵。 工艺： 冷轧薄片 -冲裁下料 -成形。 刃具 性能要求 高硬度 ,高耐磨性 .硬度一般要大于 62 HRC； 高的淬透性。可采用较低的冷速淬火，以防止刃具变形和开裂； 高的红硬性； 强韧性好。

10、一 、简单的手用刃具 T8、 T10、 T12钢 手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速的手用 刃具，红 硬性和强韧性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性 . 价格 较低 , 但淬透性差。 二、低速切削、形状较复杂的刃具 9SiCr、 CrWMn ： 丝锥、板牙、拉刀等。 三、高速切削用的刃具 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2 硬度为 62HRC 68HRC，切削温度可达 500 550 ； 高速钢具有高硬度、高耐磨性、高的红硬性、好的强韧性和高的淬透性的特点； 车刀、铣刀、钻头和其它复杂、精密刀具。 价格较贵。 硬质合金： YG6、 YG8、 YT6、 YT15等 碳化物

11、(TiC、 WC)和金属用粉末冶金方法制成。 硬度为 89HRA 94HRA； 耐磨性、耐热性好 , 使用温度可达 1000 。切削速度比高速钢高几倍； 硬质合金的抗弯强度较低 , 冲击韧性较差 , 价格贵，用于高速强力切削和难加工材料的切削。 陶瓷刀具 热压氮化硅 (Si3N4) ： 硬度极高、耐磨性好、红硬性极高； 显微硬度为 5000 HV，耐热温度可达1400 。 立方氮化硼 ： 显微硬度可达 8000 HV 9000 HV，允许的工作温度达 1400 1500 。 用于各种淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料的精加工和半精加工。 陶瓷刀具抗冲击能力较低，易崩刃。 板锉 T12钢 要求板

12、锉表面刃部硬度 64 67 HRC, 柄部 35 HRC。 工艺 : 热轧钢板 (带 )下料 -锻 (轧 )柄部 - 球化退火 -机加工 -淬火 -低温回火 。 齿轮滚刀 生产齿轮的常用刃具，用于加工外啮合的直齿和斜齿渐开线园柱齿轮。要求硬、耐磨性高。其形状复杂，精度要求高。 W18Cr4V(高速钢 ) 工艺路线 : 热轧棒材下料 -锻造 - 退火 -机加工 -淬火 -高温 回火三次 (550 570 )- 精加工 -表面处理 表面处理 : 提高其使用寿命，如：硫化处理、硫氮共渗、离子氮碳共渗 /离子渗硫复合处理，表面涂覆TiN、 TiC涂层等。 园锯 片（镶齿式） 切割钢材、有色金属、石料、

13、塑料等 材料。整体 强韧性好，锯齿硬度高，耐磨性好。 材料：， 本体 ： 60、 65Mn钢 锯齿： 高速钢 或 硬质合金 刀片 工艺 : 钢板 下料 -冲孔 -淬火 -高温回火 -机加工 -钎焊锯齿 -磨齿。 1.齿轮 主要要求疲劳强度，特别是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据受力分析，齿轮类零件选用低、中碳钢或其合金钢。 机床齿轮用 中碳钢 45或 中碳 合金钢 40Cr； 汽车齿轮用 合金 渗碳钢 20Cr或 20CrMnTi ； 重型机械齿轮用 铸钢 2.轴类 零件要求强度并兼顾冲击韧性和表面耐磨性。轴一般用锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。 机床主轴可选用 45钢 ； 内燃机曲轴主要

14、用 优质 中碳钢 45或合金调质钢 40Cr制造 。 农用 车曲轴用 QT700-2 3.弹簧 主要要求高的弹性极限、高的屈强比和高的疲劳强度。弹簧一般选用碳素钢、合金弹簧钢和铜合金等金属材料制造。 汽车弹簧用 65Mn、 60Si2Mn钢 制造； 气门弹簧用 50CrMn、 55SiMnMoV等钢制造。 4.刃具 主要要求硬度、耐磨性和红硬性。可根据不同的使用条件选用碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等。 手动刃具可用 T8、 T10等碳素工具钢； 低速切削刃具可用低合金刃具钢 9SiCr、 CrWMn制造； 高速切削刃具需选用高速钢 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2制造。 小结 1、课堂讨论 4：讨论题（ 1） 2、 P33综合分析题（ 3