机械工程材料第6章典型零件选材

材料选用的原则与方法机械零件的选材是一项十分重要的工作。

选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。

要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小，以及失效形式，然后综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理以满足性能要求。

选用工程材料的基本原则是：不仅要充分考虑材料的使用性能能够适应机械零件的工作条件要求、使机器零件经久耐用．同时还要兼顾材料的加工工艺性能、经济性与可持续发展性，以便提高零件的生产率、降低成本、减少能耗、减少乃至避免环境污染等。

选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。

目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。

它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验。

通过具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后确定合理的选材方案。

一般，根据零件的工作条件，找出其最主要的性能要求，以此作为选材的主要依据。

零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行：(1) 对零件的工作条件进行周密的分析，找出主要的失效方式，从而恰当地提出主要性能指标。

一般地，主要考虑力学性能，特殊情况还应考虑物理、化学性能。

(2) 调查研究同类零件的用材情况，并从其使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。

(3) 根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。

这时要综合考虑所选材料应满足失效抗力指标和工艺性的要求，同时还需考虑所选材料在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。

(4) 决定热处理方法或其他强化方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。

(5) 审核所选材料的经济性，包括材料费、加工费、使用寿命等。

(6) 关键零件投产前应对所选材料进行试验，可通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验等，最终确定合理的选材方案。

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。

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工作环境一一温度、介质的性质等③特殊要求的性能一一电、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f可测的实验室性能指标f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：a s 、。

b、6、中、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。

机械零部件的选材分析与案例分享1、选用材料应考虑的一般原则①使用性原则：保证零件完成规定功能的必要条件。

分析零件的工作条件，确定使用性能。

零件受力情况：拉、压、弯、扭环境状况：工作温度，介质特殊要求：热、电、磁进行失效分析，确定使用性能：磨损、断裂、变形从零件的使用性能要求，提出对零件的性能要求。

②材料的工艺性能应满足加工要求（也称工艺性能原则）③材料还应具有较好的经济性（也称经济性原则，不是越便宜越好）2、选材的一般步骤和应注意的问题①选材的一般步骤分析零件的工作条件及失效形式，提出关键的性能要求同时兼顾其他性能；与成熟产品相同类型的零件，采用经验类比法；确定零件应具有的主要性能指标值；初步选定材料牌号，并决定热处理和其它强化方法；关键部件批量生产要通过实验验证。

②选材应注意的问题实际性能和实验数据，考虑尺寸效应；加工工艺和热处理工艺，最大限度的发挥材料潜能；注意材料成分偏差引起相变点变化。

3、齿轮类零件的选材①齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调节速度。

工作时的受力情况1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。

2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。

3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。

主要失效形式1）疲劳断裂。

主要发生在齿根。

它是齿轮最严重的失效形式。

2）齿面磨损。

3）齿面接触疲劳破坏。

4）过载断裂。

齿轮用材性能要求1）高的弯曲疲劳强度2）高的接触疲劳强度、硬度和耐磨性3）齿轮心部要有足够的强度和韧性4）较好的工艺性能②机床齿轮性能要求：机床齿轮转速中等，载荷不大工作平稳，无强烈冲击，对齿轮心部强度和韧性要求不高。

选材：中等碳量的碳素钢或合金钢：４５钢、４０Cr热处理：正火－调质－高频淬火及回火加工工艺路线：下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－高频淬火及回火－精磨③汽车拖拉机齿轮性能要求：工作条件比机床恶劣，受力较大，超载和受冲击频繁，对耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面比机床高。

机械工程材料知识点思维导图复习资料-常用零件选材.WPS【珍惜当下，不负遇见】（本文档共【4 】页/【1559 】字）单位姓名20XX年X月常用零件选材⒈掌握轴类零件选材⑴轴常用材料调质钢（45、…）、合金调质钢（40Cr、40MnB、…）、合金渗碳（20CrMnTi、…）、专用氮化钢（38CrMoAlA）、…等⑵机床轴按工作条件分为三类。

1）轻载主轴：低工作载荷＋小冲击载荷＋轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。

45钢、调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。

2）中载主轴：中等载荷＋磨损较严重＋有一定冲击载荷，例如铣床主轴。

合金调质钢，如40Cr钢，经调质处理，耐磨部位进行表面淬火强化。

3）重载主轴工作载荷大＋磨损严重＋冲击载荷都严重，组合机床主轴。

20CrMnTi钢制造，经渗碳、淬火处理。

4）高精度主轴精密镗床的主轴。

一般用38CrMoAlA专用氮化钢制造，经调质处理后，进行氮化及尺寸稳定化处理。

⑶重点掌握轴类零件加工工艺路线CM6140车床主轴：轻载主轴工作载荷小，冲击载荷不大，轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。

45钢、调质或正火处理，耐磨的部位高频表面淬火强化。

选材：45钢热处理技术条件：整体调质、硬度220～250HBS；轴颈和锥孔进行表面淬火，硬度52～58HRC加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→表面淬火及低温回火→磨削加工主轴(45钢)采取各种热处理工艺锻造---热加工，可以改善铸态组织，提高材料致密度和力学性能正火目的---在于得到合适的硬度，便于切削加工；改善锻造组织，为调质做准备调质---淬火+高温回火，得到的组织为回火索氏体，使主轴得到较高的综合机械性能和疲劳强度，还为最终的高频表面淬火做准备。

安排在粗加工之后，半精加工之前。

轴颈和锥孔：进行表面淬火+低温回火，目的在于提高硬度，增加耐磨性。

⒉重点掌握齿轮类零件材料选择材料的要求：高的接触疲劳强度、高的抗弯强度、良好的切削性能、淬火性能齿轮常用材料：锻钢、优质碳素钢： 45、合金调制合金钢： 40Cr、合金渗碳钢20CrMnTi、…1）轻载齿轮：低工作载荷＋小冲击载荷＋轴颈部位磨损不严重，普通车床的主轴。