项目二十典型零件材料及热处理工艺选择
机械零件选材及热处理设计手册
机械零件选材及热处理设计手册
1. 选材原理和方法，介绍不同材料的特性、优缺点，如金属材
料（钢、铝、铜等）、塑料、复合材料等的选择原则和方法。
包括
材料的力学性能、耐磨性、耐蚀性、加工性等方面的考量。
2. 热处理基础知识，介绍热处理的基本原理，包括淬火、回火、正火、退火等常见热处理工艺，以及热处理对材料性能的影响。
3. 典型零件材料选材与热处理设计，针对不同类型的零件，如
轴承、齿轮、销轴等，介绍其常用的材料选材和热处理设计方案。
比如对于需要高强度和耐磨性的零件，可能会选择高强度合金钢并
进行表面渗碳处理。
4. 实例分析与应用，通过实际案例，分析不同选材和热处理方
案的优劣，以及在特定工况下的应用。
5. 相关标准和规范，介绍国内外相关的选材和热处理的标准和
规范，帮助读者在设计过程中遵循相关的规定。
总的来说，这本手册会从理论和实践两个方面全面介绍机械零
件选材和热处理设计的相关知识，旨在帮助工程师和设计人员在实际工程中做出合理的材料选择和热处理设计，以确保零件具有良好的性能和可靠性。
机械零件的选材及热处理工艺
第十章机械零件的选材及热处理工艺【重点内容】1.选材的原则及方法；2.典型零件的选材及工艺路线制定；【本章难点】选材的原则及工艺过程的分析。
【基本要求】1.熟悉选材过程；2.正确分析各热处理工序的作用；在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。
因为设计时不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且还要求材料具有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗等。
【选材的一般原则】1．材料的机械性能：在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标，查手册找出适合其性能要求的材料，这是保证零件经久耐用的先决条件。
如：一些轴类零件，工作条件（受力情况）是交变弯曲应力，扭转应力，冲击负荷、磨损。
主要损坏形式是疲劳破析、过度磨损，要求的主要机械性能指标是屈服强度σ0.2，疲劳强度σ-1，硬度（HRC）。
因此，这些机械性能指标经常成为材料选用的主要依据。
而且同时还应考虑到短时过载、润滑浪、材料内部缺陷等因素的影响。
在工程设计上，材料的机械性能数据一般是以该材料制成的试样进行机械性能试验测得的，它虽能表明材料性能的高低，但由于试验条件与机械零件实际工作条件有差异，即使这样，目前用此法来进行生产检验还是存在着一定的困难。
生产中最常用的比较方便的检验性能的方法是检验硬度，因为硬度的检验可以不破坏零件，而且硬度与其它机械性能之间存在一定关系。
因此零件图纸上一般以硬度作为主要的热处理技术条件。
如：σb与HB关系低碳钢σb =3.6HB 高碳钢σb=3.4HB合金调压钢σb =0.33HB 铸铁σb=640HBσ0.2与σb关系普通碳素钢σ0.2≈(0.5~0.55) δb优质碳素钢σ0.2≈0.6δb普通低合金钢σ0.2≈(0.65~0.75) δb合金结构钢σ0.2≈0.7δbσ-1与σb关系钢(HRC＜40) σ-1≈(0.49±0.13) δb铸铁σ-1≈(0.3~0.5) δb有色金属σ-1≈(0.3~0.4) δb2. 材料的工艺性能：现代工业所有的机器设备，大部分是由金属零件装配而成的，所以金属零件的加工是制造机器的重要步骤。
典型零件的选材及热处理
铣床（中载）主轴 —— 40Cr等调质，轴颈高频表面淬 火。
组合机床（重载）主轴 —— 20CrMnTi ，经渗C、淬火 、回火处理。
精密镗床（高精度）主轴 —— 38CrMoAl ，调质 + 氮 化 + 时效。
实例１ —— C620 车床主轴
℃ 830~ 840水 850油
850油
850油 940 水，油 850油
回火
℃
580~ 640空 500 水，油
500 水，油
550 水，油
640 水，油
600 水，油
机械性能
b
s AKU2
MPa MPa J
600 355 39
980 785 47
980 785 47
980 835 63
980 835 71
连杆工作时除了承受交变拉应力外，还受纵向 弯曲应力，截面上的应力分布基本上是相同的。 连杆的主要失效形式是疲劳断裂。 性能要求： 较高的屈服强度和疲劳强度，足够的刚度和韧 性，即要求良好的综合机械性能。还要根据连
杆尺寸考虑连钢杆材的淬透性
中、小型内燃机连杆：40、40Cr、40MnB 大功率内燃机连杆：42CrMo、40CrNi
连杆螺栓
2、技术要求： 调质处理后为回火索氏体，硬度为30～38HRC
3、选材40Cr
淬透性的考虑
水淬
至水冷端的距离
油淬
工艺路线
下料→锻造→退火或正火→粗加工→调质
→精加工 淬火
840℃
温
度
回火
油冷
525℃
水 冷
时间
考虑缺口敏感性选用调质处理较好。
常用材料热处理工艺完整版
常用材料热处理工艺完整版热处理工艺是指通过加热、保温和冷却等一系列措施，改变材料的组织结构和性能的一种工艺。
常用材料热处理工艺主要包括退火、正火、淬火和回火等。
1.退火退火是指将材料加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温的过程。
退火能够消除材料内部的应力，改善材料的可加工性和机械性能。
常见的退火工艺有全退火、球化退火和时效退火等。
-全退火全退火是将材料加热到高于临界温度的区域，使组织发生再结晶，然后缓慢冷却到室温。
全退火能够使材料获得良好的塑性和韧性。
-球化退火球化退火是将材料加热到高于临界温度的区域，使组织中的晶粒成球状，然后缓慢冷却。
球化退火能够使材料获得细小均匀的晶粒，提高材料的韧性和延展性。
-时效退火时效退火是将材料加热到一定温度，在保温一定时间后快速冷却。
时效退火能够使材料的晶粒尺寸增大，提高材料的硬度和抗腐蚀性能。
2.正火正火是将材料加热到临界温度并保持一段时间，然后缓慢冷却。
正火能够消除材料内部的应力，使组织细化，提高材料的硬度和韧性。
正火适用于一些低碳钢和合金钢的热处理。
3.淬火淬火是指将材料加热到临界温度以上，保温一段时间，然后迅速冷却到室温。
淬火能够使材料快速形成马氏体组织，并获得高硬度。
淬火适用于一些高碳钢和合金钢的热处理。
4.回火回火是指将淬火处理后的材料加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。
回火能够使材料的硬度降低，提高材料的韧性和抗脆性。
回火适用于一些淬火处理后需要获得一定韧性的材料。
总结起来，常用材料的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火。
不同的材料和要求会选择不同的热处理工艺，以达到最佳的组织结构和性能。
常用材料及零件热处理
常用材料及零件热处理
3.表面热处理方法特点和应用
表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和朔性（即表面火），或同时表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表层硬度更高的处理方法。
6.钢的淬透性
不同的钢种，接受淬火的能力不同，淬透层深度愈大，表明该钢种的淬透性愈好。
淬透性大的钢，其力学性能沿截面分布均匀；而淬透性小的钢心部力学性能低。
但全部淬透的工件，通常表面残留拉应力，对工件承受疲劳不利，工件热处理中也易变形开裂。
未淬透工件表面可残留压应力，反而有一定好处。
淬透层深度是指由淬火表面马氏体---50％马氏体+50％珠光体层的深度。
碳钢的淬透性低。
在设计大尺寸零件时，用碳钢正火比用碳钢调质更经济，而效果相似。
直径较大并具有几个台阶的台阶轴，需经调质处理时，考虑到淬透性影响，应先粗车成形，然后调质。
如果以棒料先调质，再车外圆，由于直径大，表面淬透层浅，阶梯轴尺寸较小的部分调质后的组织在粗车时可能被车去，起不到调质作用。
7.几种典型零件热处理示例
机床齿轮等零件常用材料及热处理。
机械零件常用钢材及热处理方法
机械零件常用钢材及热处理方法机械零件是由不同材料制成的部件，而钢材是机械零件中最常用的材料之一，因其具有良好的机械性能和热处理性能。
常用钢材：1.低碳钢：低碳钢具有良好的可塑性和焊接性能，通常用于制造低强度和易变形的机械零件。
2.中碳钢：中碳钢具有较高的强度和硬度，适用于制造强度要求较高的机械零件，如轴、齿轮等。
3.高碳钢：高碳钢具有超高的强度和硬度，适用于制造需要较高耐磨性的机械零件，如刀具等。
4.合金钢：合金钢是通过添加其他合金元素来增加钢材的特性，如耐腐蚀性、耐高温性等。
通常用于制造有特殊需求的机械零件，如航空发动机的叶片等。
热处理方法：热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程来改变材料的物理和机械性能的方法。
常用的热处理方法如下所示：1.淬火：淬火是将材料加热至临界温度以上，然后通过迅速冷却使其快速冷却，以提高材料的硬度和强度。
2.回火：回火是将淬火后的材料再次加热至较低的温度，然后通过控制冷却速度使其重新获得合适的硬度和强度，以减少材料的脆性。
3.松火：松火是将淬火后的材料加热至低温，然后通过缓慢冷却使其松弛应力，以提高材料的韧性和耐疲劳性。
4.固溶处理：固溶处理是将合金材料加热至一定温度，使合金元素溶解在基体中，然后通过控制冷却速度形成均匀的固溶体结构，以改变材料的硬度、强度和耐腐蚀性。
5.冷处理：冷处理是将材料经过一定的加工变形后，通过低温冷却使其恢复到初始状态，以提高材料的强度和机械性能。
总结：钢材是机械零件中最常用的材料之一，常用的钢材有低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢。
而热处理方法主要包括淬火、回火、松火、固溶处理和冷处理，通过控制材料的加热和冷却过程来改变材料的物理和机械性能。
这些常用钢材和热处理方法在制造机械零件中具有重要的应用价值。
项目二十典型零件材料及热处理工艺选择完整版
项目二十典型零件材料及热处理工艺选择 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】项目二十典型零件材料及热处理工艺选择【内容简介】本项目主要介绍轴类、齿轮类、弹簧类、箱体类选材及热处理工艺。
【学习目标】(1) 熟悉轴类零件、齿轮类零件、弹簧类零件、箱体类零件的技术要求、失效形式；(2)掌握轴类零件、齿轮类零件、弹簧类零件、箱体类零件的选材及热处理工艺。
§轴类零件的选材及热处理工艺安排轴主要用于支撑传动零件并传递运动和动力。
工作条件和失效形式为：受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭转，易导致疲劳断裂。
承受过载和冲击载荷，导致扭断、弯曲变形和折断。
轴颈和花键部位承受较大的摩擦，导致过量磨损。
性能要求：良好的综合力学性能，防止过载和冲击载荷；高的疲劳强度，防止疲劳断裂；高的表面硬度和耐磨性，防止轴颈磨损。
1.机床主轴机床主轴主要承受交变弯曲应力和扭转应力，有时也受到冲击载荷作用、轴颈和锥孔表面受摩擦。
要求主轴具有良好的综合性能，花键、轴颈和锥孔表面应具有较高的硬度和耐磨性。
当载荷和转速不很高时可选用45钢，承受较大载荷时可选用40Cr钢，受冲击和交变载荷较大时，可选用20CrMnTi渗碳钢。
工艺路线为：备料—锻造—正火—机械粗加工—调质—机械半精加工—局部淬火+回火—粗磨——花键高频淬火+回火—精磨2.航空发动机涡轮轴这类轴在高温、高速和重载下工作，常用40CrNiMoA、18CrNiW钢等。
工艺路线为：备料—模锻—正火+高温回火—机械粗加工—调质—机械精加工—磁力探伤—检验—发蓝§齿轮类零件的选材及热处理工艺安排受力情况：由于传递扭矩，齿根部受交变弯曲应力；齿面相互接触滚动、滑动，承受大的接触应力并产生强烈的摩擦。
在换挡、启动和啮合不良时，轮齿承受一定的冲击载荷。
齿轮应满足的要求：高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；齿面具有较高的硬度和耐磨性；齿轮心部具有足够的强度和韧性。
典型零件的选材及加工工艺路线分析讲解材料
轻量化
减轻材料重量，提高产品机动性，降低能源 消耗和排放。
环保化
发展可再生、可回收、可降解的材料，减少 对环境的污染。
智能化
研究具有自适应、自修复、自感应等功能的 智能材料。
新材料的研究与开发
碳纤维复合材料
具有高强度、轻质、耐高温等优点，广 泛应用于航空航天、汽车等领域。
高分子合成材料
具有优良的化学稳定性、绝缘性、耐 磨性等，在建筑、电子、化工等领域
03
材料的应用与发展趋势
材料的应用领域
01
航空航天
用于制造飞机、火箭等高强度、轻 质材料。
建筑领域
用于制造桥梁、高层建筑等高强度、 高耐久性材料。
03
02
汽车工业
用于制造发动机、变速器等耐磨、 耐高温材料。
电子产品
用于制造集成电路、晶体管等精密、 小型化材料。
04
材料的发展趋势
高性能化
提高材料的强度、硬度、耐高温等性能，以 满足更高要求的工业应用。
可加工性原则
材料应具有良好的可加工性， 以便于零件的制造和加工。
可维修性原则
材料应易于维修和更换，以提 高零件的使用寿命和降低维修 成本。
常用材料介绍
钢铁
钢铁是机械制造业中应用最广泛的材料之一，具 有高强度、良好的韧性和耐磨性。
铜及铜合金
铜及铜合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀 性和加工性能，广泛应用于电气、电子、化工等 领域。
实例二：齿轮类零件的选材与加工工艺
灰铸铁
用于制造一般用途的齿轮，如减速器齿轮等。
球墨铸铁
用于制造高强度、高耐磨性的齿轮，如汽车变速毛坯准备
根据零件材料和尺寸要求，准备毛坯。
粗加工
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精心整理项目二十典型零件材料及热处理工艺选择
【内容简介】
本项目主要介绍轴类、齿轮类、弹簧类、箱体类选材及热处理工艺。
【学习目标】
(1)熟悉轴类零件、齿轮类零件、弹簧类零件、箱体类零件的技术要求、失效形式；
(2)掌握轴类零件、齿轮类零件、弹簧类零件、箱体类零件的选材及热处理工艺。
§20.1
轴主要用于支撑传动零件并传递运动和动力。
工作条件和失效形式为：
●
●
●
性能要求：
➢
➢
➢
1.机床主轴
当载荷和转速
钢，受冲击和交变载荷较大时，可选用20CrMnTi 渗碳钢。
备料—锻造—正火—机械粗加工—调质—机械半精加工—局部淬火+回火—粗磨——花键高频淬火+回火—精磨
2.航空发动机涡轮轴
这类轴在高温、高速和重载下工作，常用40CrNiMoA、18CrNiW钢等。
工艺路线为：
备料—模锻—正火+高温回火—机械粗加工—调质—机械精加工—磁力探伤—检验—发蓝§20.2齿轮类零件的选材及热处理工艺安排
精心整理
受力情况：
➢由于传递扭矩，齿根部受交变弯曲应力；
➢齿面相互接触滚动、滑动，承受大的接触应力并产生强烈的摩擦。
➢在换挡、启动和啮合不良时，轮齿承受一定的冲击载荷。
齿轮应满足的要求：
●高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；
●齿面具有较高的硬度和耐磨性；
●齿轮心部具有足够的强度和韧性。
1.机床齿轮
工作平稳无强烈冲击，转速也不高。
、42SiMn 等。
工艺路线一般为：
2.汽车、拖拉机、摩托车齿轮
频繁
+低温回火—机械精加工3.
除要求高的耐疲劳性外，还要求齿轮心部具有
或18Cr2Ni4WQA钢制造。
备料—模锻—正火+高温回火—机械粗加工—渗碳—高温回火—机械半精加工—淬火+低温回火—机械精加工。