第六节 典型零件的选材及热处理

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。

典型零件的热处理工艺过程典型零件的热处理工艺是指将零件加热到一定温度，然后在一定时间内进行保温，最后再冷却的过程。

这个过程既可以用来改变零件的物理性能，也可以用来强化零件的机械性能。

典型零件的热处理工艺通常包括两个主要步骤：首先是加热的过程，即将零件加热到热处理温度；然后是保温的过程，即将零件在热处理温度下保持一定时间；最后是冷却的过程，即将零件迅速冷却到室温。

在加热的过程中，常用的加热方法有电阻加热、火焰加热和气体加热等。

其中，电阻加热是最常用的一种方法，它可以通过电阻丝将电能转化为热能，将零件加热到所需温度。

火焰加热则是通过火焰加热器将燃烧产生的高温火焰直接对准零件进行加热。

气体加热是将高温气体吹送到零件表面进行加热，一般使用氢气或氮气等气体。

在保温的过程中，零件需要保持在一定的温度下一段时间，这个时间的长短根据零件的性质和所需的热处理效果来确定。

保温的目的是让零件的内部结构发生相应的变化，使其达到所需的物理或机械性能。

常见的保温时间范围为几分钟到几小时不等。

在冷却的过程中，需要将加热后的零件迅速冷却到室温。

冷却的方式有很多种，常见的有水淬、油淬和气体冷却等。

水淬是将热处理后的零件直接放入冷却水中，以快速冷却的方式进行冷却。

油淬则是将零件放入热性能较好的油中进行冷却，这样可以使冷却速度较慢，从而减少零件的变形和开裂的风险。

气体冷却是将零件放入气氛中进行冷却，常见的气氛有氮气和氢气。

需要注意的是，不同类型的零件和材料对于热处理的要求是不一样的。

不同的热处理工艺能够改变材料的结构和性能，使其达到不同的要求。

例如，对于一些低碳钢来说，常见的处理工艺是淬火和回火。

淬火是将加热后的钢件迅速冷却到室温，使其达到较高的硬度和强度；回火则是将淬火后的钢件加热到一定温度，然后迅速冷却，以减轻内应力和提高韧性。

总的来说，典型零件的热处理工艺是一个复杂的过程，需要根据具体的零件材料和要求来选择合适的处理方法和参数。

典型零件选材及工艺分析一，齿轮类机床、汽车、拖拉机中，速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的零件。

齿轮工作时的一般受力情况如下：（1）齿部承受很大的交变弯曲应力；（2）换当、启动或啮合不均匀时承受击力；（3）齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。

所以，齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。

据此，要求齿材料具有以下主要性能：（1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；（2）齿面有高的硬度和耐磨性；（3）齿轮心部有足够高的强度和韧性。

此外，还要求有较好的热处理工艺性，如变形小，并要求变形有一定的规律等。

下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。

（一）机床齿轮机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。

一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、……12表示，数字愈大者，精度愈低）。

只是在他度传动机构中要求较高的精度。

机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。

实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市频淬火具有变形小、生产率高等优点。

下面以C616机床中齿轮为例加以分析。

1、高频淬火齿轮的工工艺线2、热处理工序的作用正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。

对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。

调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。

调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。

高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。

四章结构钢及其选用第六节典型零件的选材及热处理热处理工序位置 1.预先热处理的工序位置 1.预先热处理的工序位置退火、正火：毛坯生产之后，退火、正火：毛坯生产之后，切削加工之前调质：粗加工之后，精加工或半精加工调质：粗加工之后，之前目的：调整硬度，改善切削加工性能，目的：调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯内应力，细化晶力，均匀组织，除毛坯内应力，细化晶力，均匀组织，为最终热处理做好组织准备。

最终热处理做好组织准备。

2.最终热处理的工序位置调质：粗加工（半精加工）之后，磨削之前粗加工（半精加工）之后，调质件热处理工艺路线：调质件热处理工艺路线：下料——锻造锻造——正火（退火）——粗加工（半精正火（粗加工（下料锻造正火退火）粗加工加工）调质——精加工加工）——调质调质精加工表面淬火件热处理工艺路线：表面淬火件热处理工艺路线：下料——锻造锻造——正火正火——粗加工粗加工——（调质）下料锻造正火粗加工（调质）——精加工精加工——表面淬火及回火表面淬火及回火——精磨精加工表面淬火及回火精磨渗碳件热处理工艺路线：渗碳件热处理工艺路线：下料——锻造锻造——正火或退火或调质正火或退火或调质——下料锻造正火或退火或调质粗加工、半精加工——渗碳渗碳——淬火、低淬火、粗加工、半精加工渗碳淬火温回火——磨削温回火磨削渗氮件热处理工艺路线：渗氮件热处理工艺路线：下料——锻造锻造——正火（退火）——粗加正火（下料锻造正火退火）粗加调质——精加工精加工——去应力退火去应力退火——工——调质调质精加工去应力退火粗磨——渗氮渗氮——精磨或研磨粗磨渗氮精磨或研磨一、连杆类零件1、受力情况分析连杆连杆螺栓2、技术要求：技术要求：调质处理后为回火索氏体，硬度为30～调质处理后为回火索氏体，硬度为30～38 30 3、选材40Cr 选材40Cr 淬透性的考虑至水冷端的距离工艺路线下料→锻造→退火或正火→粗加工→ 下料→锻造→退火或正火→粗加工→调质→精加工淬火温度840℃回火525℃时间二、轴类零件强度、塑韧性，疲劳强度，性能要求——强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。

金属工艺学电子教案（23）【课题编号】23-12.1【课题名称】零件材料的选用及热处理【教材版本】郁兆昌主编．中等职业教育国家规划教材—金属工艺学（工程技术类）．第2版．北京：高等教育出版社，2006【教学目标与要求】一、知识目标了解零件失效形式、选材原则；热处理技术条件标注；典型零件选材和热处理工艺分析。

二、能力目标能进行典型零件的选材和热处理工艺分析。

三、素质目标了解零件失效形式、选材原则，热处理技术条件标注，能进行典型零件的选材和热处理工艺分析。

四、教学要求一般了解零件和工具的失效形式及选用材料的原则，热处理技术条件的标注及工序位置；较熟练地掌握典型零件的选材，并能进行热处理工艺分析。

【教学重点】典型零件的选材和热处理工艺分析。

【难点分析】零件材料的选用和热处理工艺分析。

【分析学生】1．具有学习的知识基础。

2．具有学习的能力基础。

3．正确、合理地选用零件材料及热处理工艺，是机械设计和生产中重要实践问题，也是开设和学习金属工艺课程的重要内容。

在复习前面已学知识基础上，联系实际，把零件材料的选用及热处理学习好。

【教学设计思路】教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。

【教学资源】1．郁兆昌，潘展，高楷模研编制作．金属工艺学网络课程．北京：高等教育出版社，20052．郁兆昌主编．金属工艺学教学参考书（附助学光盘）．北京：高等教育出版社，2005【教学安排】2学时（90分钟）教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插练习与设问，穿插讨论，最后进行归纳。

【教学过程】一、复习旧课（15分钟）1．简述金属防腐的途径与方法。

2．讲评作业批改情况；3．提问：题11-8；11-10。

二、导入新课零件在工作中丧失或达不到预期的精度称为失效，这是机械使用中常见而又力求避免的现象。

在机械零件设计和机械故障分析中，正确、合理地选用（或更换）零件材料及热处理工艺，对提高产品质量、降低成本有很重要的意义。

三、新课教学（70分钟）1．选材的原则、方法与步骤（15分钟）教师讲授选材的原则（考虑使用性能、工艺性、经济性）、方法与步骤。

典型零件材料选择、成形工艺、热处理工艺及组织性能作者：刘震东班级：机设13-3学号：120133404051摘要材料特别是典型零件材料的选用及热处理工艺的合理安排是从事机械设计、制造工艺的重要内容。

而典型机械零件所用材料及其成型工艺的选用是一个复杂的问题，单纯的靠差机械设计手册或仅靠经验法或类比法来确定材料与工艺的选用似乎很容易，但往往会带来不良后果。

因此在典型零件材料选择、成形工艺、热处理工艺的选择时需要严肃对待。

为此我们需要在对材料及其成型工艺原理的基本知识融会贯通的基础上，能够在中行和分析，统筹考虑材料和成型工艺的选择，理清思路，掌握好基本原则和方法，以系统的综合分析的方法，进行论证，最终确定典型零件材料选择、成形工艺、热处理工艺及组织性能，并且保证不因材料内在因素影响产品质量。

因此我们在进行典型零件材料及成形工艺的选择时一般可遵循下列四条基本原则（1）使用性能足够的原则（2）工艺性能良好的原则（3）经济性合理的原则（4）结构，材料，成形工艺相适应原则。

因此本文简单论述了典型零件材料选择、成形工艺、热处理工艺及组织性能。

关键词：典型零件，成形工艺，热处理工艺，组织性能（1）材料选择使用性能足够原则使用性能是保证零件完成规定功能的必要条件。

因此典型零件所用的材料首先必须满足使用性能的要求。

使用性能主要指零件在使用状态下材料应具有的力学性能，物理性能和化学性能。

对于典型的机械零件和工程构件，最重要的是力学性能。

对使用性能的要求，一般是在分析零件工作条件的基础上以及失效分析的基础上提出来的。

零件的工作条件包括三方面：（1）受力状况（2）环境状况（3）特殊要求。

分析零件受力状况时，收件要分析确定零件所承受载荷的类型，例如动载，静载，循环载荷或单调载荷等；并要确定载荷大小以及载荷形式，例如拉伸，压缩，弯曲或扭转等；还要分析载荷的特点，例如是均布载荷还是集中载荷等。

分析零件工作的环境状况时，主要是确定工作温度特性以及介质腐蚀情况或磨损条件等。