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1、第五章 机械零件的选材,一、选材的一般原则 二、典型零件的选材举例,一、选材的一般原则,1.使用性能,零件的使用性能是指其在一定的工作条件下工作所必须具有的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。 机械零件在使用过程中丧失其规定功能的现象称为失效。其主要失效形式有变形、断裂和表面损伤三种类型，见表1-5-1。 变形、表面损伤、断裂等失效形式在零件失效前都会出现一定的宏观变化，较易发现并容易防止发生重大事故。低应力脆断失效在零件失效前没有宏观先兆，往往是突然发生，危险性和破坏性极大，在选材、加工制造过程中尤应严格要求。 进行机械零件选材时，主要以零件的使用性能要求作为选材的首要依据。一般零件
2、都在受力条件下工作，因此通常以材料的力学性能要求作为选材的主要指标。只有零件在特殊条件下工作时，才将材料的物理性能和化学性能上升为选材的主要指标。,表1-5-1 机械零件的主要失效形式,表1-5-1 机械零件的主要失效形式,表1-5-1 机械零件的主要失效形式,2 工艺性能原则,材料的工艺性能能表示材料加工的难易程度。在选材中，同使 用性能比较，工艺性能常处于次要地位。在某些特殊情况下， 工艺性能也可成为选材考虑的主要依据。,1. 高分子材料的工艺性能 2. 陶瓷材料的工艺性能 3. 金属材料的工艺性能,金属材料的加工工艺路线分成三类:,毛坯正火或退火切削加工零件,性能要求不高的一般零件,性能
3、要求较高的零件,毛坯预先热处理（正火、退火）粗加工最终热处理（淬火、回火， 固溶时效或渗碳处理等）精加工零件,要求较高的精密零件,毛坯预先热处理（正火、退火）粗加工半精加工最终热处理（淬火、 低温回火，固溶、时效或渗碳）稳定化处理或氮化精加工稳定化处理零件,金属材料的加工工艺路线复杂，要求的工艺性能较多，如铸造性能、 锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理工艺性能等,材料的价格 2.零件的总成本,3.经济性原则,材料的经济性是选材的根本原则。,齿轮主要用于传递扭矩和调节速度，,一. 齿轮的工作条件,3.齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。,1.由于传递扭矩，齿根承受很
4、大的变弯曲应力；,2.换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；,二、齿轮的失效形式,疲劳断裂,2.齿面磨损,3. 齿面接触疲劳破坏,在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落,由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小，,常常一齿断裂引起数齿甚至所有齿的断裂。,4. 过载断裂,是冲击载荷过大造成的断齿,二、典型零件的选材举例,齿轮材料的性能要求,还要求有较好的热处理工艺性能，例如热处理变形小，或变形有一定规律等。,1.高的弯曲疲劳强度；,2. 高的接触疲劳强度和耐磨性；,3. 较高强度和冲击韧性。,典型齿轮选材举例,1.机床齿轮,机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的
5、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。 一般可选中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢。,工艺路线为：,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,冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT6002等铸铁制造。,机床齿轮除选用金属齿轮外，有的还可改用塑料齿轮。,聚甲醛（或单体浇铸尼龙），工作时传动平稳，噪声减少， 长期使用无损坏，且磨损很小,2. 汽车齿轮,汽车齿轮功能在变速箱中，通过它改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比； 在差速器中，齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部 发动机动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。,工作条件汽车齿轮受力较大，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。,选材用低碳钢进行渗碳处理来作重要齿轮。我国应用最多的 是合金渗碳钢20CrMnTi，,工艺路线：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,正火可消除锻造应力，均匀组织，改善切削加工性， 改善齿轮表面加工质量。,渗碳、淬火及低温回火得到表面高硬度、高耐磨性和接触疲劳抗力。 由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可 使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性。,喷丸增大表层压应力，提高疲劳强度，并清除氧化皮。,表1-5-2 常用机械零件的选用示例,表1-5-2 常用机械零件的选用示例,
