复件 第8章 机械零件毛坯的选择

2．塑性成形用金属材料 (1) 低、中碳钢和低合金结构钢 低碳钢塑性成形性较好，且有良好的焊接性。中 碳钢综合力学性能好，热成形时塑性成形性好，但焊 接性较差。 低碳钢适于制造型材、板材及一般机械零件 中碳钢适于制造重要一些的机械零件如曲轴、齿 轮和转轴等。 (2) 高碳钢和合金钢 强度高，塑性差，热成形时变形抗力也较大，锻 造温度范围窄，焊接性也差。 高碳钢和合金钢常用于制造模具、量具、刃具、 弹簧、重要的机器零件和耐磨、耐蚀件等。
3．阳极氧化： 膜层薄（几微米～几百微米）而多孔， 有良好的吸附能力，复杂形状件难以得到完整膜层。 适用于铝合金件的防护、装饰和抗磨损
9.6 表面工程技术的发展趋势 1．计算机技术的应用 运用计算机控制的表面处理自动化技术。 人工智能技术的应用发展迅速； 智能热喷涂和喷焊设备已用于形状复杂的工件， 可自动跟踪作业过程，精确控制工艺参数. 2．新工艺、新技术的开发和应用 高性能合金镀层、组合镀层、非晶态覆层正得 到进一步开发。超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等新工 艺已用于喷涂陶瓷、难熔金属及碳化物等 3．表面工程技术的复合 电镀-电泳涂装;渗金属夹嵌陶瓷、沉积钴铬铝 铱系合金等工艺;热喷涂与激光熔覆的复合、表面 强化与固体润滑层的复合、电镀与渗金属的复合等
9.1 电镀 可改善制品的外观，提高材料的力学性能、耐 蚀性、耐磨性及获得某些特殊功能 装饰性电镀：可分为铜镀层、镍镀层和组合镀层等。 组合镀层具有优良的装饰和防护性能 防护性电镀：常用的如锌镀层、镉镀层等。 锌镀层美观，装饰性好，且具有良好的机械 保护和电化学保护性能
功能性电镀：耐磨镀层: 镀层硬度较高 润滑镀层： 良好的保油性和磨合性 电气特性镀层和光学特性镀层： 提高导电性镀铜、银、金 提高磁性镀钴磷、镍钴， 提高光学性能镀金、银、镍铬等
第8章 机械零件毛坯的选择
毛坯成形方法选择的合理与否直接影响到零件 的质量、使用性能、成本和生产率；而零件的材料 选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。 8.1 机械零件毛坯选择的原则 前提：既满足零件的使用要求，又使零件在制造过 程中具有良好的工艺性和经济性，以利于降 低成本和提高生产率 。 所以，毛坯的选择是一个全面分析，认真比较， 各方面知识综合应用的过程。
接和零件的修补：
粉末冶金 ：适于制造形状较复杂的中、小型零件，如皮带
轮、齿轮、链轮等；也适于制造有特殊性能要求的材料和零 件，如含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环等。
8.3 常用零件的材料和成形方法 8.3.1 轴杆类零件 轻载时：用中碳钢（如35、40、45等） 重载时：用中碳合金钢（如40Cr等）并经调质处理。 材 受较大冲击且受摩擦时：用渗氮钢（38CrMoA1等） 料 制造并经渗氮处理。或用渗碳钢（如20CrMnTi 、
3．等离子喷涂: 弧温高达10000～20000℃，焰流速度高（可达 200m/s），涂层致密，结合强度高。 可喷涂金属、陶瓷、碳化物及其混合材料，特 别适用于制备热障涂层。
9.4 表面合金化 将一种或几种元素渗入基体金属，改变其表层成分和 组织，并提高耐磨、减摩、耐蚀或抗氧化性能的方法 1．气相沉积 (1) 化学气相沉积（CVD）： (2) 物理气相沉积（PVD）： 包括蒸镀、离子镀、溅射沉积等
单件小批生产：自由锻、胎模锻等成形， 大批生产：模锻成形
3、滚动轴承：
内、外套圈：轴承钢（如GCr15钢），经辗环轧制制成。 滚珠：轴承钢，经螺旋斜轧制成。 保持架：采用低碳钢（如08钢）薄板经冲压成形。
4、螺栓和螺母：
螺栓与螺母：碳素结构钢（如Q235）经镦锻或挤压成形， 螺纹：搓丝或攻丝
第9章 表面工程技术
8.2 常用毛坯的选择
结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足毛坯的质量要求
8.2.1 常用毛坯材料的比较
1．铸造合金 (1) 铸铁：应用最多。有良好的耐磨性、减振性和 低的缺口敏感性，且价格较低。 1）灰铸铁：铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差； 常用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、 箱体和机床床身等。 2）球墨铸铁：力学性能较好，铸造性能略低，焊接性 差；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的零件， 如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。
20Cr 等）制造并经渗碳、淬火处理。 曲轴铸造时：可采用铸钢（如ZG270—500等）或球 墨铸铁（如QT450—10等）
成 光轴和直径差较小的阶梯轴：直接以圆钢作为毛坯； 形 重要件须锻造制坯。 方 法 直径差较大的阶梯轴：一般采用锻造制坯 异形截面轴和曲轴：采用锻造或铸造制坯
8.3.2 盘套类零件 1、齿轮 低速、轻载齿轮：材料：45、50Mn2、40Cr钢， 成形方法：圆钢下料、自由锻、模锻。 要求不高时：灰铸铁、球墨铸铁；铸造成形。 高速、重载齿轮： 材料： 18CrMnTi、20CrMo钢且齿部经渗碳、淬 火处理； 38CrMoAl等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理； 成形方法：自由锻、模锻 直径500mm以上的大型齿轮： 材料：中碳钢、铸钢、球墨铸铁、灰铸铁 成形方法：自由锻、铸造和焊接等
2)兼顾零件的各项制造成本 考虑到材料价格、毛坯成本、切削加工费用和材料损耗等。 单件、小批生产的投资小、加工费用低：砂型铸造（手工造 型）、自由锻和电条电弧焊等； 成批大量生产生产效率和制品精度高：砂型铸造（机器造型）、 精密铸造、模锻、自动焊。 （4）兼顾现有生产条件原则 保证方便、快捷地制出高质量的产品。 尽量利用现有生产条件完成毛坯任务，若现有生产条件难 以满足要求时，则应考虑改变零件材料和（或）毛坯成形方法， 也可通过外部协作或外购解决。
通过物理、化学或机械的方法，使材料及其制 品的表面获得所要求的化学成分和组织结构，从而 改善和提高材料表面性能的应用科学。
可提高金属材料的耐蚀性、抗高温氧化性能、 耐磨、减摩、润滑及抗疲劳等性能，延长产品的 使用寿命或使制品表面获得特殊功能；可赋予制 品表面各种色彩、图案，以改善外观；可修复磨 损或腐蚀损坏的零件或加工超差的制品
钟表齿轮：低碳钢、不锈钢等；板料冲压
2、模具： 热锻模：5CrMnMo、5CrNiMo等合金钢制造并经淬 火和中温回火处理。 冷冲模：Cr12、Cr12MoV等合金工具钢制造经淬 火和低温回火处理。 模具的成形方法通常采用锻造 3、带轮、飞轮
材料：灰铸铁、球墨铸铁 成形方法：铸造成形
or
材料： Q215、Q235等低碳钢型材 成形方法：焊接成形
刷镀:特殊的无需浸泡局部逐渐电镀方法 (1) 刷镀的工艺过程：
(2) 刷镀的工艺特点及应用： 不需镀槽，电流密度高，生产效率高，局部磨损可 进行不拆卸修复；镀后一般无需切削加工；镀层厚度 范围宽可获得耐磨、耐蚀等特殊功能；对环境污染小。 刷镀在零件制造和维修中应用十分广泛，适用于碳 钢、铝合金、不锈钢、高熔点合金等零件的局部修复
9.2 化学镀 在经活化处理的基体表面上，镀液中的金属离 子被催化还原形成金属镀层的过程 1．化学镀镍：镀层为Ni-P或Ni-B等合金；耐蚀性、 耐药品性、抗高温氧化性和软钎焊性能好 应用于耐磨件、耐蚀件或电子元件、线路板等
2．化学镀铜：镀层一般很薄，导电性优良。 主要用于非导体材料的金属化处理，如塑料制 品表面的金属化和印刷电路板 无需外加电源，可形成均匀、致密的镀层，并获得 耐蚀、耐磨等特殊性能。但镀液使用寿命短，废水 排放量大，易污染环境，且镀覆速度较慢，成本较 高。
8.2.2 常用毛坯成形方法的比较
铸造： 制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的零
件：箱体、壳体、机床床身、支座
锻造： 制造受力较大或较复杂的零件。转轴、齿轮、曲轴和
叉杆
冲压： 制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳
体：箱体、壳体、仪表板和容器
焊接： 形状复杂件或大型构件的连接成形、异种材料的连
（2）工艺性原则
使零件的结构、材料与所选择的毛坯成形方法相适应，亦 即具有良好的工艺性。 形状复杂、尺寸较大的零件铸造成形：灰铸铁、球墨铸铁 焊接成形：如低碳钢、低合金结构钢 形状不太复杂、力学性能要求较高的零件塑性成形：低、中碳 钢及低合金结构钢
（3）经济性原则
1)在满足使用要求的前提下，使制造成本尽可能降低
2．高能射束法 （1）离子注入： 用于刀具、模具、轴承和齿轮等的表面处理。
（2）激光表面合金化： 用于汽轮机叶片、发动机缸套和高速刀具等 （3）激光熔覆： 用于钢、铸铁零件的耐磨、耐蚀覆层，如阀座、 排尘风机叶片及工具磨损表面的修复等。
9.5 化学转化膜 金属表层参与化学或电化学反应形成的附着良好 的反应产物膜层 1．发蓝处理:对零件精度和表面粗糙度无明显影响， 广泛用于机械零件、电子元件、仪器零件和兵器等 的表面处理。 2．磷化处理：可分为厚膜磷化和薄膜磷化。可得到 不同成分、厚度、结构和颜色的膜层，工艺简便。广 泛用于钢铁零件油漆底层、动配合件、变压器芯片绝 缘等
8.3.3 箱体、支架类零件
结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀
1、一般基础件
主要起支承作用，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，但 应有较好的刚度和减振性，有时还需要有较好的耐磨性。 通常采用灰铸铁（如HT150、HT200等）铸造成形
2、受力复杂件
要求有较高的综合力学性能：铸钢（ZG200—400）；铸造成形； 为简化工艺：铸-焊、铸-螺纹；连接结构。 单件、小批生产时：型钢；焊接结构 航空发动机的缸体、缸盖和曲轴箱： 铝合金（如ZL105、ZL105A等）；铸造成形
9.3 热喷涂 将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化 喷射在零件表面上，形成喷涂层的金属表面加工方法 1．电弧喷涂： 电弧喷涂温度高，喷速高，涂层与基 体结合强度较高，有较高的生产效率和较低的生产成 本。常用于钢铁构件的修复、表面强化、防蚀等，特 别适用于厚涂层及大面积喷涂
2．火焰喷涂： 喷涂材料可采用线材或金属粉末，喷涂温度较低， 喷速亦较低，故结合强度较低。先进的超音速火焰粉 末喷涂的焰流速度高达2000m/s，涂层致密，结合强 度高。 火焰喷涂可制备金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、 塑料等涂层，适用于钢铁构件防蚀和表面强化、修复 等。