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1、课堂讨论四 工程材料与成形技术的选择一、讨论目的1. 了解常用工程材料的分类及编号方法。2. 了解常用工程材料的成形技术。3. 熟悉选材、选择成形技术的基本原则和一般步骤。4. 掌握常用典型零件的合理选材、选择成形方法、安排加工工艺路线的方法。5. 学会分析典型钢种的成分特点、热处理工艺、使用状态组织、性能特点及应用范围。二、讨论准备1. 了解钢铁材料、有色金属及合金、非金属材料的分类和编号方法。2. 了解钢铁材料、有色金属及合金、非金属材料的成形技术。3. 分析各类材料特别是碳钢及合金钢的种类、含碳量和合金元素的主要作用、热处理的工艺特点、使用状态的组织、性能特点及典型应用。4. 典型零件(
2、轴类、齿轮类、工具)材料的选择及热处理工艺,并安排加工工艺路线,分析使用状态下的组织及性能特点。三、讨论内容1. 为下列零件从括号内选择合适的制造材料和成形技术,说明理由,并指出应采用的主要热处理工艺:(1)汽车板簧(45 钢,60Si2Mn,Cr12,LY1,砂型铸造,热轧,氩弧焊,注射成形)60Si2Mn热轧 淬火+ 中温回火(2)机床床身(Q235,T10A,HT150,ZCuSn10Zn2(ZQSn10-2) ,砂型铸造,锻造)HT150砂型铸造 去应力退火(3)受较大冲击载荷的齿轮(40MnB,20CrMnTi ,KT350-4,PVC,模锻,砂型铸造,挤出成形)20CrMnTi模锻
3、 渗碳+二次淬火+低温回火(4)桥梁构件(Q345,40 钢, 3Cr13,ZAlCu5Mn(ZL201) ,PE,热轧,金属型铸造,吹塑,锻造)Q345热轧 不做热处理(5)滑动轴承(GCr15,ZSnSB11Cu6(ZChSnSb11-6) ,耐磨铸铁,铸造,锻造,挤压)ZSnSB11Cu6铸造 不做热处理(6)热作模具(Cr12MoV,5CrNiMo,50CrVA,ABS 塑料,金属型铸造, )5CrNiMo自由锻 淬火+中温(高温)回火(7)高速切削刀具(W6Mo5Cr4V2,T13A ,65Mn,ZGMn13,自由锻,离心铸造)W6Mo5Cr4V2自由锻 1280淬火+560三次回火
4、(8)曲轴(9SiCr,QT800-2,1Cr8Ni9Ti,RuT420 ,自由锻,冷轧,铸造,注浆成形)QT800-2铸造 淬火+高温回火(调质处理)(9)轻载小齿轮(20CrMnTi ,40CMnB ,尼龙 66、纤维增强酚醛树酯复合材料,压制成形,模锻,冲压,点焊)纤维增强酚醛树酯复合材料压制成形 不做热处理(10)压铸模(40Cr,4Cr5MoSiV,Si 3N4,Q195,锻造,压制烧结,轧制,铸造)4Cr5MoSiV锻造 淬火+中温回火2. 根据下列典型零件的工作条件,选择合适的材料、成形工艺和热处理工艺,制定相应的加工工艺路线,并分析使用状态下的组织及性能特点。 (1)汽车半轴(
5、图 2-3) 。40Cr(40MnB)锻造预备热处理(正火(完全退火) )最终热处理(整体调质处理,轴颈表面淬火+低温回火)下料锻造正火(完全退火)粗加工调质处理轴颈表面淬火+低温回火精加工检验入库轴颈表面:回火马氏体其他部位:回火索氏体性能:整体具有良好的综合机械性能(强度高,塑性好) ,轴颈表面硬度高耐磨。(2)汽车后桥被动圆柱斜齿轮(图 2-4) 。20CrMnTi预备热处理(正火(完全退火) )最终热处理(渗碳+二次淬火+低温回火)下料锻造正火(完全退火)粗加工渗碳+二次淬火+低温回火精加工检验入库齿轮表面:高碳回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体其他部位:低碳回火马氏体性能:齿轮表面硬
6、度高耐磨,心部强度高,塑性韧性好,即:表硬心韧。图 2-3 汽车半轴简图 图 2-4 汽车后桥被动圆柱斜齿轮3. 材料库中的原材料或毛坯的材料牌号为:Q195,40Cr, Q420,45 钢,40CrNiMo,65Mn, QT600-3,HT200 ,5CrNiMo,RuT260,Cr12MoV,W18Cr4V, 1Cr18Ni9Ti,20CrMnTi,ZGMn13,1Cr13,60Si2Mn,T12,GCr15,1Cr17,PP,LY1 ,顺丁橡胶。试填写表 2-3。表 2-3 典型零件的选材、成形工艺、热处理工艺和使用状态的组织序号 零件名称 性能要求 材 料 成形工艺最终热处理工艺使用状
7、态下的组织1 大型桥梁高强度,良好塑性和韧性,良好的冷成形性和焊接性能Q420 热轧焊接 - F+S2 机床传动齿轮齿部表面较高的硬度和耐磨性,心部较高的强韧性45 钢或40Cr 锻造整体调质处理,齿面表面淬火 +低温回火齿面:回火马氏体整体:回火索氏体3 载重汽车动力齿轮齿部表面高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度,心部较高的强韧性20CrMnTi 锻造 渗碳+二次淬火 +低温回火齿面:高碳回火马氏体+碳化物+ 残奥整体:低碳回火马氏体4 盘形铣刀 高强度,高耐磨性,良好的热硬性 W18Cr4V 锻造1280淬火+560三次回火回火马氏体+碳化物+ 残奥5 拖拉机履 带 抗强烈冲击磨损 ZGMn1
8、3 铸造 水韧处理 A6 耐酸容器 耐酸性腐蚀介质浸蚀 1Cr18Ni9Ti 轧制 +焊接 固溶处理 A7 汽车连杆螺栓 能承受变载荷作用,整个断面要求良好的强韧性 45 钢 锻造 调质处理 回火索氏体8 汽车板弹 簧 高的屈服强度和疲劳强度 60Si2Mn 锻造 淬火+中温回 火 回火屈氏体9 手锯条 较高的硬度和耐磨性 T12 锻造 淬火+低温回 火回火马氏体+二次渗碳体+残奥10 车床主轴轴颈部位要求,较高硬度和耐磨性,整体要求好的综合机械性能45 钢或 40Cr 锻造整体调质处理,轴颈表面淬轴颈表面:回火马氏体整体:回火火 +低温回火 索氏体11 中型锻模较高的高温耐磨性和热疲劳性能,高的热强性和韧性5CrNiMo 锻造淬火+中温(高温)回火回火屈氏体或回火索氏体12 拖拉机曲 轴 较高的强度、塑性和韧性,较高的扭转疲劳性能 QT600-3 铸造 调质处理 回火索氏体 +G13 大型冲压 模 高硬度,高耐磨性,足够的韧性和疲劳强度 Cr12MoV 锻造 淬火+低温回 火 回火马氏体+碳化物+ 残奥14 滚动轴承高的接触疲劳强度,高的硬度和耐磨性,足够的韧性GCr15 锻造 淬火+低温回 火 回火马氏体+碳化物+ 残奥15 620 车床床头箱 良好的铸造性,良好的切削加工性能 HT200 铸造 去应力退火 F+P+G