典型机械零件的选材
机械零件的选材
机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。
机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。
1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。
2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。
一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。
（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。
②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。
如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。
（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。
﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。
﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs 、σb 、δ、ψ、ak目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。
2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。
机械零件的常用材料及选择
基本尺寸：由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。
实际尺寸：制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量 有误差，所以实际尺寸并非真值。相对于 基本尺寸而言，总是有误差。或大或小
Φ24.9 φ25 Φ25.1
Φ24.9 φ25 Φ25.1
孔
孔
孔
轴
轴
轴
实际尺寸 实际尺寸 基本尺寸 实际尺寸
2.钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、
耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。
应用：应用范围极其广泛。
选用原则：
基孔制配合：孔是基准孔，下偏差EI=0， 代号为:H ，
通过改变轴的公差带来或得各种不同的配合特性。
间隙配合
过渡配合
过盈配合
s pr
孔公差
m
零线 D
H
g h js k f
e
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基轴制配合：轴是基准轴，上偏差es=0， 代号为:h ， 通过改变孔的公差带来或得各种不同的配合特性。
零线
轴
轴
+
0
轴
-
EI 零线 es ei
轴公差带
Lmin L Lmax
L
基本偏差：标准表列的，用于确定公差带相对于零线 位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。
国标规定：孔与轴各有28个，分别用如下符号表示：
孔：A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC 轴：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc
电子教案与课件：《汽车机械基础》 项目二——“汽车典型零件的选材”部分
“汽车典型零件的选材”部分
一、填空题
1. 2.11%、2.11%
2.低碳钢、中碳钢、高碳钢
3. 普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢
4. 碳素结构钢、碳素工具钢
5. 普通碳素结构钢、质量等级为A级、沸腾钢
6. 1.2%、优质钢、工具钢
7. 中碳钢，优质钢、结构钢
8. S、P、Si、Mn；、Si、Mn；S、P
二、选择题
1. B；
2. B；C；A；D
3. D；
4. A；
5. B；
6. C；
7. D；
8. C
三、说明下列金属材料的牌号的含义
Q195：屈服强度为195Mpa的普通碳素结构钢；
Q420：屈服强度为420Mpa的低合金高强度结构钢；
45：平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢；
20Cr：平均含碳量为0.2%，含Cr量为1%左右的合金渗碳钢；
38CrMoAl：平均含碳量为0.38%，含Cr、Mn、Al量为1%左右的合金调质钢；
T12A：平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢；
9SiCr：平均含碳量为0.9%，含Si、Cr量为1%左右的合金工具钢；
W18Cr4V：平均含碳量为1%以上，含Cr量为4%左右，含V量为1%左右的合金工具钢（高速钢）；
HT200：最低抗拉强度为200Mpa的灰口铸铁；
QT450-10：最低抗拉强度为450Mpa，伸长率为10%的球墨铸铁
四、结合汽车常用金属材料，完成下表。
简述机械零件选材的基本步骤
简述机械零件选材的基本步骤
一、引言
机械零件是机械装置的组成部分，其选材质量直接影响着机械装置的
性能和寿命。
因此，正确的选材方法是保证机械零件质量的重要步骤。
二、确定零件功能和工作条件
首先需要明确机械零件的功能和工作条件。
例如，传动轴需要承受扭
矩和转速等要求，托架需要具有足够的刚度和强度等要求。
只有明确
了这些要求，才能选择合适的材料。
三、选择合适的材料
1. 金属材料
金属材料是最常用的机械零件材料之一。
根据不同的应用场景，可以
选择不同种类的金属材料。
例如，碳钢具有较高强度和硬度，适用于
制造高强度要求的零件；不锈钢具有耐腐蚀性能好、美观等优点，适
用于制造外表美观且不易生锈的零件。
2. 非金属材料
非金属材料也是常见的机械零件材料之一。
例如塑料、陶瓷等。
选择
非金属材料时需要考虑其耐磨性、耐腐蚀性、温度稳定性等因素。
四、考虑加工工艺
不同的材料需要不同的加工工艺，因此在选材时需要考虑加工难度和
成本。
例如，铸造零件可以采用铸造方法制造，而对于精密零件则需
要采用数控加工等高精度加工方法。
五、考虑经济性
在选材时还需要考虑经济性。
即在满足机械零件功能和寿命要求的前
提下，选择价格合适的材料。
这样可以降低生产成本，提高生产效率。
六、结论
综上所述，机械零件选材是一个综合性的过程，需要从多个方面进行
综合考虑。
只有选择合适的材料才能保证机械装置的正常运行和长期
使用。
中职工程材料与热加工基础(主编王会强郝建军 北理工版)课件：第8章 机械零件的失效选材及工程材料的应用(1)
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8.3典型零件的选材
• 另一种是由于外来硬质点进入相互啮合的齿面间，使 齿面产生机械 磨损，称为磨粒磨损。 • (3)对材料性能的要求。根据齿轮工作条件、失效形式，要求齿轮材 料必须具备以下主要性能：高的接触疲劳强度；高的弯曲疲劳强度， 特别是齿根处要有足够的强 度；有足够的塑韧性。 • 2.齿轮的选材 • (1)机床齿轮。机床齿轮的工作条件较好，载荷不大，转速中等，工 作平稳，稍 有强烈的冲击。除了要有高的接触疲劳强度、弯曲强度 、表面硬度与耐磨性等要求外，还应能保证高的传动精度和小的工作 噪声。一般情况下，可以选用45钢或40Cr、 40MnB中碳合金钢 制造，后者的淬透性更好。 • 机床齿轮的工艺路线一般为： • 下料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频淬火+
8.3典型零件的选材
• 8.3.1齿轮类零件的选材
• 1.齿轮的工作条件、主要失效形式及对材料性能的要求 • (1)齿轮的工作条件。机器中齿轮尽管很多，但其工作过程基本相同 ，只是受力 程度有所不同。齿轮工作时，通过齿面的接触传递动力 ，在啮合齿表面既有滚动又有 滑动，有高的接触载荷与强烈的摩擦 ；传递动力时，其轮齿似一受力的悬臂梁，接触 作用力在齿根处产 生很大的力矩，使齿根部承受较高的弯曲应力；换挡、启动和啮合 不均勻时，将承受较大冲击载荷。 • (2)齿轮的主要失效形式。在通常情况下齿轮的主要失效形式为断齿 、齿面损伤 (麻点剥落和磨损等)。 • ①断齿。除因超载而产生脆性折断外’大多数情况下，断齿是由弯曲 疲劳造成的。 当零件(或材料)所承受的重复应力较高(接近，甚至可 能超过材料的屈服强度)、 而频率较低(低于10/min次)时，其断 裂前
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27 汽车材料 教案：汽车典型零件的选材——箱体类零件的选材
《汽车材料》教案任课教师：课程名称：课程代码：上课班级：专业：总学时：周学时：学期：202 ～202 学年第学期汽车材料教案主要教育教学目标一、知识目标1. 能说出汽车零件失效的原因及选材的原则和方法；2. 能概述汽车齿轮工作条件、性能要求及热处理工艺；3. 能概述汽车轴类零件工作条件、性能要求及热处理工艺；4. 能概述汽车弹簧工作条件、性能要求及热处理工艺；5. 能概述汽车箱体类零件工作条件、性能要求及热处理工艺；6. 能概述汽车车身冲压零件工作条件、性能要求及热处理工艺；7. 能概述汽车其他零件工作条件、性能要求及热处理工艺；二、能力目标1. 具有根据使用要求初步选材的能力；2. 具有分析汽车零件在不同工作条件下对性能要求的能力；3. 具有根据汽车零件的工作条件和性能要求，进行选材和分析其加工工艺的能力。
三、素质目标1. 培养严谨的工作态度、责任心；2. 培养吃苦耐劳的精神；3. 培养能运用所学知识解决实际问题的能力。
教学活动过程一、组织教学二、复习前课知识1、气门弹簧的工作条件对性能的要求；2、气门弹簧的选材。
三、导入新课下面这个零件大家认识吗？它是汽车的气缸体，是汽车发动机的机体零件。
那它的选材又是怎样的呢？导出：我们今天要学习的是汽车气缸体的选材。
根据气缸体所工作的条件，点名，记考勤（1min）教师提问引导学生回答（2 min ）明确其对性能的要求，再根据性能确定加工工艺，最后找对应的材料类型。
四、新授课第八节汽车典型零件的选材——箱体类零件的选材一、箱体类零件概述箱体类零件结构复杂，具有不规则的外形和内腔，且壁厚不均匀。
汽车上的箱体类零件有内燃机气缸体、气缸盖、变速箱壳体、驱动桥壳等。
二、汽车气缸体1、工作条件工作条件——发动机工作时，气缸套承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷2、工作条件对材料的要求汽车发动机缸体的工作条件是活塞在汽车发动机缸体内高速往复运动，这就要求材料应具备高强度和刚度、良好的导热性、低的密度、良好的耐摩性和耐腐蚀性以及低的热膨胀系数来制造汽车发动机缸。
机械工程材料第6章典型零件选材
表6.1
工作条件 ①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速低 ③精度要求不高 ④稍有冲击
表6.1 机床主轴工作条件、用材及热处理
材料 45 主要热处理 正火或调质 硬度 220~250 HBS 使用实例 一般简式机床
①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速略高 ③精度要求不太高 ①与滑动轴承配合 ②有冲击载荷 ①与滚动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求较高 ④冲击与疲劳较小 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求很高 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，心部强度不高，转 速高 ③精度要求不高 ④有一定冲击和疲劳 ①与滑动轴承配合 ②重载荷，转速高 ③有较大冲击和疲劳载荷
2、轴类零件选材及加工工艺路线确定步骤
1）看懂零件图 了解和分析零件的形状、大小与特征； 2）分析其工作条件、性能要求和热处理要求； 3）确定材料及热处理工艺 根据用途，选择合适的材料和强 化工艺； 4）确定零件的加工工艺路线 制造轴类零件常采用锻造、切 削加工、热处理（预先热处理及最终热处理）等工艺，其中 切削加工和热处理工艺是制造轴类零件必不可少的。台阶尺 寸变化不大的非重要轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直 接切削加工而成，然后进行热处理，不必经过锻造加工。
右图为“解放”牌载重汽车变速箱变速 齿轮。该齿轮将发动机动力传递到后轮， 并起倒车的作用，工作时承载、磨损及 冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高 的耐磨性和疲劳强度，心部有较高的强 度(σb > 1 000 MPa)及韧性(αk＞60 J／ cm2)。 选材及加工工艺路线有以下两种方式。
“解放”牌载重汽车变速箱变速齿轮选材及加工工艺路线
2）汽车半轴： 汽车半轴是一个传递扭矩的重要 部，工作时承受冲击、弯曲疲 劳和扭转应力的作用，要求材 料有足够的抗弯强度、疲劳强 度和较好的韧性。
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用机械设计是机械工程学科的核心领域之一，它涉及到机械元件的设计、制造与应用。
而在机械设计的过程中，材料的选择与应用是至关重要的因素之一。
本文将探讨机械设计中常用的工程材料以及它们的特点与应用。
一、金属材料金属材料是机械设计中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铁、铝、铜等。
钢具有高强度、刚性和耐磨性的特点，广泛应用于制造机械零件和结构件。
铝材轻巧、导热性好，常用于制造轻型机械零件和外壳。
铜材具有良好的导电性和导热性，适用于电子元器件的制造。
在选择金属材料时，需要考虑其强度、耐腐蚀性、导电性等特性，以及成本和可加工性等因素。
二、合成材料合成材料是指由两种或两种以上的材料组合而成的材料。
常见的合成材料有复合材料、聚合材料、陶瓷复合材料等。
复合材料由纤维和基质组成，具有高强度、高刚度和低密度的特点，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
聚合材料如塑料、橡胶等具有良好的抗腐蚀性和绝缘性能，常用于制造密封件和电气元件。
陶瓷复合材料具有高温耐磨性和绝缘性能，适用于高温和腐蚀环境下的应用。
三、非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃等。
塑料具有良好的韧性和绝缘性能，广泛应用于电器、家具等领域。
橡胶具有良好的弹性和耐磨性，适用于制造密封件和减震器等。
玻璃具有透明的特性，适用于制造光学元件和仪器。
四、选材原则在机械设计中，选材的原则是根据机械零件所处的工作环境和工作要求来选择合适的材料。
首先，要考虑材料的强度和刚度，以保证机械零件在工作负荷下不发生变形和破坏。
其次，要考虑材料的耐磨性和耐腐蚀性，以延长机械零件的使用寿命。
同时，还需考虑材料的导热性、导电性和绝缘性能，以满足特定工作要求。
最后，成本和可加工性也是选材的考虑因素之一。
五、材料应用案例1. 在汽车制造领域，使用高强度的钢材制造车身和车架，以提高碰撞安全性能。
2. 在飞机制造领域，使用复合材料制造机翼和机身，以提高飞机的轻量化和燃油效率。
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铸铁
铸铁
一、
铸铁概述
二、
常用铸铁
铸铁
铸铁的概念
铸铁：铸铁是指一系列主要由铁、 碳和硅组成的合金的总称。
铸铁
铸铁的性能特点
铸铁具有优良的铸造性能、切削加 工性、减磨性及减振性。
铸铁
铸铁的应用
它是制造各种铸件最常用的材 料 ，在各类机械中，铸铁件约 占40%~70%，在机床和重型 机械中，则可达60%~90%。
• （1）去应力退火。 • 去应力退火通常是将铸件缓慢加热到500～560℃，
保温一段时间（每10mm厚度保温lh），然后随炉 冷至150～200℃后出炉。此时铸件内应力基本上已 消除。这种退火由于经常是在共析温度以下进行长 时间的加热，故又叫“时效处理”。
铸铁
• （2）消除铸件白口，改善切削加工性的退火。 • （石墨化退火）
铸铁
• 2．球墨铸铁的牌号和用途 • （1）牌号：如“QT400-18”，“QT”是“球铁”二
铸铁
•2.灰铸铁的牌号和应用
• 1.牌号：如“HT100”，“HT”是“灰铁”汉 语拼音的第一个字母，后面的三位数为单铸 φ30mm试棒的抗拉强度值。
• 2.应用 • 手轮、底座、变速箱、床身、轴承座、齿轮 • 凸轮、车床卡盘
铸铁
• 3.热处理 • 热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变
石墨片的形状。
• 第一种方式下，铸铁的石墨化过程由下面的三个阶段 完成：
• 第一阶段：它包括过共晶液体沿着液相线C′D′冷却时 拆出的一次石墨GⅠ，以及共晶转变时形成的共晶石 墨G共晶。
• 第二阶段：过饱和奥氏体沿着E′S′线冷却时析出的次 石墨GⅡ。
• 第三阶段：在共折转变阶段，由奥氏体转变为铁素体 和共折石墨G
铸铁
• 影响石墨化的因素 • 影响石墨化的因素很多，其中主要是
化学成分和冷却速度。 • 化学成分的影响 • 碳、硅含量越高石墨化程度越充分 • 冷却速度的影响 • 降低冷速有利于石墨化
铸铁常Biblioteka 铸铁一、灰铸铁 二、球墨铸铁 三、蠕墨铸铁 四、可锻铸铁 五、合金铸铁简介
铸铁
一、灰铸铁
• 1.灰铸铁的化学成分、组织和性能 • 2.灰铸铁的牌号和应用 • 3.灰铸铁的热处理
• （3）表面淬火。 • 为了提高灰铸铁件表面的硬度和耐磨性。方
法有感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火 及接触电阻加热表面淬火。 • 下图为机床导轨面进行接触电阻加热表面淬 火的示意图
铸铁 接触电阻加热表面淬火示意图
铸铁
• 二、球墨铸铁
• 1．球墨铸铁的化学成分、组织和性能 • （1）球墨铸铁的化学成分。 • 球墨铸铁的化学成分范围一般为：
铸铁
• 在第二种方式中，铸铁的石墨化过程也可分为三个阶段。 • 第一阶段的石墨化为一次渗碳体和共晶渗碳体在高温下分
解而析出石墨。 • 第二阶段为二次渗碳体分解而析出石墨。 • 第三阶段为共折渗碳体分解而析出石墨。 • 石墨化的过程是一个原子扩散的过程，不仅需要碳原子的
扩散集聚，而且还需要铁原子在碳的集聚处扩散转移。石 墨化的温度愈低，原子扩散愈困难，因而愈不易石墨化。 铸铁石墨化程度的不同。将获得不同基体的组织。
体（Fe3C）和游离状态的石墨（常用G表示）。 • 碳在铸铁中以Fe3C形式存在的规律可用前述的Fe一
Fe3C相图表示，而碳以G形式存在的规律应该用Fe 一C石墨相图表示。为了便于比较和应用，习惯上把 这两个相图合画在一起，成为铁碳合金双重相图。
铸铁
• 铸铁的石墨化可有两种方式：一种是按照Fe－C相图 进行，由液态和固态中直接析出石墨；另一种是按照 Fe一Fe3C相图先结晶出渗碳体，随后渗碳体在一定 的条件下再分解出石墨。
铸铁
灰铸铁的显微组织
a）铁素体灰铸铁 b）铁素体+珠光体灰铸铁 c）珠光体灰铸铁
铸铁
• （3）灰铸铁的性能。 • 基体的利用率低（30％～50％），抗拉强度低，塑
性、韧性几乎为零，抗压强度、硬度和耐磨性取决 于基体。 • ①铸造性能优良。 • ②减摩性好。 • ③减振性强。 • ④切削加工件良好。 • ⑤缺口敏感性较低。
铸铁
1.灰铸铁的化学成分、组织和性能
• （1）灰铸铁的化学成分。灰铸铁的化学成 分范围一般为： Wc= 2.6％～ 3.6％，。Wsi= 1.2％～3.0％，WMn＝0.4％～1.2％，Wp＜ 0.2％，Ws＜0.15％。
铸铁
• （2）灰铸铁的组织。灰铸铁是第一阶段和 第二阶段石墨化都能充分进行时形成的铸铁。 它的显微组织特征是片状石墨分布在几种不 同的基体组织上。
• 退火方法是把铸件加热到850～950℃，保温1～3h，使 共晶渗碳体发生分解，即进行第一阶段的石墨化，然后 又在随炉冷却中进行第二和第三阶段石墨化，析出二次 石墨和共析石墨，到5O0～400℃再出炉空冷。最终形 成铁素体或铁素体十珠光体基体的灰铸铁，从而降低了 铸件的硬度，改善了切削加工性。
铸铁
Wc=3.6~4.0%,Wsi=2.0~3.2%,WMn=0.3~0.8,Wp＜ 0.1%,Ws＜0.07%并含有一定量的稀土与镁。与灰铸 铁相比，其特点为碳、硅含量高，锰含量较低、硫、 磷含量低，并有一定量的稀土与镁。
铸铁
• （2）球墨铸铁的组织。球墨铸铁的组织特 征是球状石墨分布在几种不同的基体上，通 过铸造和热处理的控制，生产中常见的有铁 素体球墨铸铁、铁索体十珠光体球墨铸铁、 珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁。
铸铁
球墨铸铁的显微组织
a）铁素体球墨铸铁 b）铁素体+珠光体球墨铸铁 c）珠光体球墨铸铁
铸铁
• 球墨铸铁由于石墨的存在，也使它具有近似于灰铸铁的某些 优良性能，如铸造性能、减摩性、切削加工性等。但球墨铸 铁的白口倾向大，铸件容易产生缩松，其熔炼工艺和铸造工 艺都比灰铸铁要求高。
• 基体的利用率70％～90％，强度较高，有一定的塑性。
铸铁
铸铁的分类
根据碳在铸铁中存在的形式和形态不同，铸 铁可以分为： 白口铸铁 碳主要以渗碳体形式存在。 灰铸铁碳 主要以片状石墨形式存在。 球墨铸铁碳 主要以球状石墨形式存在。 蠕墨铸铁碳 主要以蠕虫状石墨形式存在。 可锻铸铁碳 主要以团絮状石墨形式存在。
铸铁
铸铁的石墨化
• 铸铁组织中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化过程。 • 在铸铁中，碳的存在形式有两种，即化合状态的渗碳