典型零件的选材及热处理资料讲解

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。

机械工程典型零件的选材原则一、典型零件的选材1．轴类轴类零件主要依据载荷的性质、大小及转速凹凸，精度和表面粗糙度要求，轴的尺寸大小以及有无冲击、轴承种类等来选材。

(1)主要承受弯矩、扭矩的轴，如机床主轴、曲轴、汽轮机主轴、变速箱传动轴、卷扬机轴等，常选45、40Cr、40MnB 和45Mn2等，先经调质处理，再在轴颈处进行高、中频淬火及低温回火。

(2)同时承受弯矩、扭矩及拉、压应力的轴，如锤杆、船用推进器等，常选用30CrMnSi、40MnB、40CrNiMo等。

一般也是先经调质处理，然后再进行高频淬火、低温回火。

(3)要求轴颈处耐磨的轴，常选中碳钢经高频淬火，将硬度提高到52HRC以上。

(4)承受较大冲击载荷，又要求较高耐磨性的外形复杂的轴，如汽车、拖拉机的变速轴等，可选低碳合金钢（18Cr2NiWA、20Cr、20CrMnTi等），经渗碳淬火、低温回火处理。

(5)要求有较好的力学性能和很高的耐磨性，而且在热处理时变形量要小，长期使用过程中要保证尺寸稳定，如高精度磨床主轴，选用渗氮钢38CrMoAIA，进行氮化处理，使表面硬度达到1100-1200HV(69-72HRC)，心部硬度230-280HBS。

2．齿轮齿轮选材的主要依据是齿轮的工作条件、性能要求、失效形式等。

(1)硬度和耐磨性要求不很高，对冲击韧度要求一般的中，低速和载荷不大的中、小型传动齿轮，如车床、钻床等变速齿轮，可选用中碳钢或中碳合金钢，并经调质处理。

(2)运动速度高、重载、冲击较大的重要齿轮，如汽车、拖拉机变速箱齿轮、驱动桥齿轮等，可选用20CrMnTi、20Cr、20CrMo等，调质后渗氮。

(3)外形复杂、难以锻造的大型齿轮，如起重机齿轮，可选用ZG270-150、ZC310-570、ZG340-640、ZG40Cr等。

(4)仪器、仪表及在腐蚀性介质中工作的轻载齿轮，可选用黄铜、铝青铜、锡青铜等。

二、箱体、底座箱体、底座类零件是机械中的重要零件之一，其外形不规则、内外结构都比较复杂，工作条件相差也很大。

轴类零件选材及热处理工艺分析1 轴类零件的作用轴类零件的主要作用是支承传动零件、传递运动和动力。

2 工作条件（1）承受较大的交变弯曲应力、扭转应力。

（2）轴颈和花键部位承受较大的摩擦。

（3）一定的冲击载荷。

3 失效形式常见的时效形式有疲劳断裂、过量的弯曲变形和扭转变形、过量磨损。

4 力学性能要求（1）良好的综合力学性能。

（2）轴颈等部位应具有高的硬度和良好的耐磨性。

（3）高的疲劳强度5 轴类零件常用材料及热处理（1）中碳钢和中碳合金钢。

考虑到轴类零件的综合力学性能要求，主要选用经过轧制或锻造的35、40、45、50、40Cr、40CrNi、40M nB钢等，一般应进行正火或调质；若轴颈处耐磨性要求高，可对轴颈处进行表面淬火。

具体的钢种应根据载荷的类型、零件的尺寸和淬透性的大小决定。

承受弯曲载荷和扭转载荷的轴类，应力的分布是由表面向中心递减的，对淬透性要求不高；承受拉、压载荷的轴类，应力沿轴的截面均匀分布，应选用淬透性较高的钢。

（2）对承受冲击载荷较大，对强韧性要求高时或要求进一步提高轴颈的耐磨性时，可选用20Cr、20CrMnTi等合金渗碳钢并进行渗碳、淬火、低温回火处理。

（3）对于受力小、不重要的轴可选用Q235～Q275等普通质量碳钢。

（4）球墨铸铁和高强度灰铸铁可用来制作形状复杂、难以锻造成形的轴类零件，如曲轴等。

6 轴类零件选材举例（1）机床主轴。

下图是C6132卧式车床主轴，工作时主要承受交变弯曲应力、扭转应力作用和一定的冲击载荷，运转较平稳。

要求具有良好的综合力学性能，锥孔、外圆锥面、花键表面要求耐磨。

现选用45钢制造，其工艺路线如下：下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工（花键除外）→局部淬火（内外圆锥面）+低温回火→粗磨→铣花键→花键感应淬火+低温回火→精磨。

整体调质硬度可达到220～250HBS；内外圆锥面采用盐浴局部淬火和低温回火，硬度为45～50HRC；花键部分采用高频感应淬火和低温回火，硬度为48～53HRC。

运用所学知识对某一典型汽车零件的选材及热处理进行
全方面的分析
汽车发动机缸体是典型的汽车零部件之一，它在汽车的发动机系统中起着关键作用。

为了保证汽车发动机的正常运行和长久的使用寿命，发动机缸体在选材和热处理方面需要进行全方面的分析。

首先，发动机缸体的选材需要考虑其耐热性、强度和造价等因素。

一般来说，发动机缸体的材料需要具备较高的耐热性能，因为发动机工作时会受到高温的影响。

因此，常用的发动机缸体材料有铸铁、铝合金和镁合金等。

铸铁具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，但其密度较大，热膨胀系数较高，热传导性能较差。

铝合金具有较好的强度和导热性能，但耐磨性和耐腐蚀性相对较差。

镁合金具有轻质和较好的耐腐蚀性能，但强度和热膨胀系数相对较差。

因此，根据具体的使用要求和经济性考虑，选择合适的材料是十分重要的。

其次，发动机缸体需要经过热处理来提高材料的强度和硬度。

常见的热处理工艺包括退火、淬火和时效等。

退火工艺通过将材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以改善材料的韧性和塑性。

淬火工艺通过迅速冷却来提高材料的硬度和强度，同时降低其塑性。

时效工艺则是通过在一定温度下保持一段时间，使材料在保持一定硬度和强度的同时，提高其韧性。

根据不同的材料和使用要求，选择合适的热处理工艺是至关重要的。

总结来说，汽车发动机缸体的选材和热处理需要综合考虑材料的耐热性、强度和造价等因素。

根据具体的使用要求和经济性考虑，选择合适的材料，如铸铁、铝合金或镁合金等。

同时，通过合适的热处理工艺，如退火、淬火和时效等，提高材料的强度和硬度，以保证发动机缸体具有良好的性能和寿命。

机械零件选材及热处理手册=============1. 第一章：概述--------本手册旨在为机械零件的选材和热处理提供全面的指导和建议。

选材和热处理是机械零件制造过程中的两个关键环节，直接影响到零件的性能和质量。

本手册将帮助读者了解各种机械零件的选材和热处理要求，并提供实用的操作方法和技巧。

2. 第二章：机械零件的选材-------------本章将介绍不同类型机械零件的选材要求。

首先，将讲解各种材料的性质和特点，如碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金等。

然后，将详细阐述不同类型零件的选材要求，如齿轮、轴、轴承、活塞等。

此外，还将讨论选材的经济性和环保性。

3. 第三章：热处理的基本原理-------------热处理是机械零件制造过程中的一个重要环节。

本章将介绍热处理的基本原理和工艺，包括加热、保温和冷却三个阶段。

此外，还将讲解各种热处理方法及其对零件性能的影响，如退火、正火、淬火、回火等。

4. 第四章：热处理的实践操作-------------本章将详细介绍各种热处理设备的操作方法和技巧。

首先，将讲解热处理设备的种类和特点，如炉、罐、箱子等。

然后，将详细阐述各种设备的操作流程和注意事项，如炉子的加热方法、冷却速度的控制、淬火液的选择等。

此外，还将讨论热处理过程中的质量控制和安全问题。

5. 第五章：热处理的质量控制-------------本章将介绍热处理过程中的质量控制方法和技巧。

首先，将讲解各种检测手段在热处理过程中的作用和应用，如显微镜、硬度计、X射线等。

然后，将详细阐述各种质量控制方法的操作流程和注意事项，如炉温的监控、淬火液的浓度控制、金相组织的检验等。

此外，还将讨论热处理缺陷的产生原因和预防措施。

6. 第六章：案例分析与实践经验--------------本章将通过实际案例分析，介绍各种机械零件的热处理实践经验。

首先，将选取具有代表性的零件进行案例分析，如齿轮、轴、轴承、活塞等。

然后，将详细阐述这些零件的热处理要求、工艺流程、注意事项等。

机械零件选材及热处理手册导言：机械零件选材及热处理是机械设计中非常重要的环节之一。

合理的选材可以确保机械零件具有足够的强度和耐用性，而热处理可以进一步提高零件的物理性能和力学性能。

本手册旨在介绍机械零件选材的基本原则和热处理的常见方法，供机械设计人员参考和应用。

第一章机械零件选材1.1选材原则机械零件的选材应考虑以下几个原则：1）强度要求：根据零件的使用条件和承受的载荷，选择具有足够强度的材料。

强度要求包括抗拉强度、屈服强度和冲击韧性等。

2）耐磨性要求：根据零件在使用过程中的摩擦磨损情况，选择具有良好耐磨性的材料，如铸铜合金、高锰钢等。

3）耐腐蚀性要求：根据零件在特殊环境中的耐蚀性要求，选择具有良好耐腐蚀性的材料，如不锈钢、耐酸碱钢等。

4）加工性要求：根据零件的形状和复杂程度，选择易于加工和加工性能稳定的材料，如碳钢、合金钢等。

5）经济性要求：根据零件的制造成本和使用成本，选择成本合理的材料，既满足零件性能要求，又不浪费资源。

1.2常用材料机械零件常用的材料包括：碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、不锈钢等。

下面对这些材料进行简要介绍：1）碳钢：碳钢具有良好的可焊性、可锻性和加工性，适用于大多数机械零件的制造，但其耐蚀性较差。

2）合金钢：合金钢是通过添加合金元素（如铬、钼、镍等）来提高钢的性能，常用于承受较大载荷和高温环境的机械零件。

3）铸铁：铸铁具有良好的耐磨性和耐热性，适用于高温和摩擦磨损较大的零件，如发动机缸体和曲轴等。

4）铝合金：铝合金具有良好的强度和耐蚀性，适用于重量要求较轻和耐腐蚀性要求较高的零件。

5）不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，适用于要求不生锈和耐腐蚀的零件，如食品加工设备和化工容器等。

第二章热处理方法2.1热处理的目的热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，在不改变材料形状的情况下改变材料的组织结构和性能。

热处理的目的包括提高材料的硬度、强度和韧性，改善材料的耐磨性和耐蚀性。

2.2常见的热处理方法常见的热处理方法包括淬火、回火、正火、等温退火、冷处理等。

A典型零件热处理详解典型零件热处理齿轮热处理实例:一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件: 低速、轻载又不受冲击要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求: 45 调质,HB200-2503.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-250 Y4.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr(42MnVB) 淬火中温回火HRC40-455.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-556.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)7.条件: 中速、重载要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV9009.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮.要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55.10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好) 要求: 20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体11.条件: 高速、重载、有冲击、模数要求: 20Cr、20Mn2B 渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62.12.条件: 高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮要求: 18CrMnTi、20SiMnVB 渗碳、淬火、低温回火,HRC56-6213.条件: 高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮.要求: 12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.14.条件: 载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮要求: 50Mn2、50、65Mn 淬火,空冷,. 精密传动齿轮,低速、载荷不大: 条件15.要求: 35CrMO 淬火,低温回火,HRC45-5016.条件: 精密传动、有一定耐磨性大齿轮.要求: 35CrMo 调质,HB255-302.17.条件: 要求抗磨蚀性的计量泵齿轮.要求: 9Cr16Mo3VRE 沉淀硬化18.条件: 要求高耐磨性的鼓风机齿轮.要求: 45 调质,尿素盐浴软氮化.19.条件: 要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。