第九章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。

3.选材时还应充分考虑经济性 在满足使用性能要求和保证加工质量的前提下，还需考虑选材的经济性。零件的总成本包括 材料本身的价格、加工费、管理费及其他附加费用 (如零件的维修费等)。在保证使用性能的 前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料，以取得最大的经济效 益，提高产品在市场上的竞争力。
数控系统
机床结构
机械制造基础
主讲人：
编码器
项目导读
典型零件的选材与热处理工艺
本项目主要介绍零件或工具的失效形式、 失效原因，以及典型零件（轴类、轮盘类）
的选材及热处理分析等。
06
任务浏览
任务6.1 零件失效分析
知识目标
➢ 了解零件的失效形式及原因。 ➢ 掌握典型零件材料的选择。
能力目标
➢ 掌握热处理工艺设计方法。 ➢ 能进行典型零件的选材及热处理分析。
2.材料因素 材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者 有夹层、折叠等宏观缺陷。
3.加工工艺因素 加工不良造成的缺陷，尤其是热处理时产生的缺陷，与零件的设计有很大的关系。零件的外形和结构设计不 合理，会大大增加热处理缺陷发生的可能性。
4.安装使用不当因素 零件安装时配合过紧、过松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。在制造厂里管理比较严格的情况 下，使用不当常可成为零件损坏的主要原因。
（2）热处理工艺分析 下面结合其加工工艺对其热处理工艺进行分析。 ①退火。②调质处理。③去应力处理。④渗氮。
任务6.2 典型零件的选材及热处理工艺分析
6.2.1轴类零件
5.典型轴类零件的选材、热处理及工序安排
（一定冲击。一般选用45钢制造。载荷较大时，选用40Cr钢制造。 机床主轴的工艺路线为：下料→锻造→正火→粗切削→加工→调质→半精切削、加工→局部、表面淬火→低 温回火→粗磨→精磨。

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。

2．对材料工艺性能的考虑
材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、 材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、生产效率和成 本。 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 变形规律、氧化脱碳倾向等) 变形规律、氧化脱碳倾向等)。 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低， 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产 的关键。 的关键。
二、轴 轴的工作条件、 一）轴的工作条件、失效方式及性能要求 1、工作条件和失效方式
主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 工作条件：1)承受交变扭转载荷 交变弯曲载荷或拉-压载荷； 承受交变扭转载荷、 工作条件：1)承受交变扭转载荷、交变弯曲载荷或拉-压载荷；2) 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 介质作用。 介质作用。 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损， 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断 个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 1）高疲劳强度，防止轴疲劳断裂；2）优良综合力学性能，即较 高疲劳强度，防止轴疲劳断裂； 优良综合力学性能， 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性， 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，防止塑性变形及过载或 冲击载荷作用下的折断和扭转； 冲击载荷作用下的折断和扭转；3）局部承受摩擦的部位具有高 硬度和耐磨性，防止磨损失效； 硬度和耐磨性，防止磨损失效；4）在特殊条件下工作的轴的材 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。
3、汽轮机主轴