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1、第7章 零件选材及热处理,本章知识点先导案例第一节 零件的失效分析第二节 零件材料的选用第三节 热处理的技术条件及工序位置第四节 典型零件的选材及热处理,下一页,第7章 零件选材及热处理,知识扩展先导案例解决本章小结思考题,上一页,返回,本章知识点,1掌握典型常用零件的选材及热处理。2掌握零件选材的原则、方法及基本步骤。3了解零件的失效分析。,返回,先导案例,为什么汽车变速齿轮一般选用合金渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮多选用调质钢制造？机械零件和工具使用的材料，其种类繁多，因此如何合理地选择材料，就成为一项重要的工作。每个机械零件或工具不仅要符合一定的外形和尺寸，更重要的是要根据零件或工具的服役
2、条件包括工作环境、应力状态和载荷性质等，选用合适的材料和热处理工艺，以保证零件或工具的正常工作。若材料选用不当或热处理不合理，有时会造成零件的成本较高或加工困难；有时可能使机械不能正常运转或使设备的寿命缩短，甚至引起机械设备损坏和人身事故。因而，选用什么材料，采用什么热处理方法，对于产品开发、加工制造、服役功能等关系极大，是直接影响企业经济效益的重要环节。,返回,第一节 零件的失效分析,在机械设计和制造中，合理选择每一个零件的材料，正确拟定热处理工艺及加工工艺路线对产品质量特别是使用寿命、零件成本影响重大。可以说，机械零件的设计不应是一个单纯的结构设计，应包括选择材料及相关工艺的设计。失效是指
3、零件在使用过程中丧失或达不到原来设计的效能。一般来说，零件完全不能工作，零件虽能工作但不能达到预期功效，零件继续工作不安全这3种情况可以认为是失效。通过失效分析还为正确选材、改进结构设计、修订加工工艺提供依据。,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,一、零件的失效1变形失效在使用状态下，零件或工具总要受到各种载荷作用，在载荷的作用下零件或工具都要发生不同程度的变形，不论弹性变形或塑性变形，都会造成零件或工具尺寸和形状的改变，这就会影响到零件或工具的正确使用位置，破坏零件或部件之间相互配合的位置和配合关系，可能使零件或机械设备不能正常工作。例如：车床主轴在工作过程中发生过量的弹性弯曲变形，不仅产
4、生振动，而且造成了被加工零件质量的严重下降，还会使轴与轴承的配合不良；电动机的转子轴的弹性变形量过大，将会改变转子和定子之间的间隙。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,零件或工具的过量塑性变形，轻者造成设备工作情况的恶化，严重的造成设备的破坏。例如，高压容器的紧固螺栓若发生过量塑性变形而伸长，就会使容器渗漏；变速箱中齿轮的齿形由于承受载荷后发生了塑性变形，齿形就不正确，轻者造成啮合不良，发生振动和噪声，重者造成卡齿或断齿，容易引起设备事故。过量变形的原因主要是零件或工具材料的强度较低。造成金属材料强度较低的原因很多，可能是设计的零件或工具的尺寸较小；选用材料不当；热处理工艺不当；也
5、可能是零件或工具在使用过程中内部组织发生变化等，要根据具体情况进行分析。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,2断裂失效断裂是机械零件或工具失效的主要形式。根据零件或工具断裂前变形量的大小和断口形状，断裂可分为脆性断裂和塑性（或韧性）断裂两种。断裂前零件或工具几何尺寸几乎不发生变化，即没有明显的塑性变形，断口较齐平，其断面常呈细颗粒状，这种断裂称为脆性断裂。塑性断裂是零件或工具在断裂前产生明显的变形，即零件或工具的尺寸发生明显的变化，一般断面减小，且断口常呈纤维特征。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,引起材料发生断裂的原因极其复杂，有时是由于设计计算的承载能力小于实际工
6、作时所施加的载荷，或者是材料的机械性能未达到预定的要求（可能是由于热处理工艺不当引起），或是短时间过载，由于上述原因，零件或工具在工作时就容易发生断裂。但是往往是零件或工具在工作时的承载能力比设计时允许的承载能力小得多时，也会发生断裂现象。世界上发生过的多次重大断裂事故都是如此。例如1943年1月，美国的一艘油轮停泊在装货码头时，突然断裂成两半，当时甲板的应力仅为700N/mm2，远远低于船板钢的承载能力。产生这种断裂的原因很多，如金属材料内部组织的变化和微裂纹的扩展、疲劳应力、蠕变等。实际上金属零件的断裂并不是某种单一因素所造成的，往往是几种因素共同作用的结果，它涉及零件金属材料的成份、组织
7、、加工制造和运行条件等一系列问题。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,3表面损伤失效零件或工具在工作过程中，可能会由于机械和（或）化学的作用，使工件表面及表面附近的材料受到严重损伤，以致不能工作，这种基本上局限于表面层的失效形式，称为表面损伤失效。表面损伤失效是一种很复杂的现象，有很多类型，大致可以分为3大类，即磨损失效、腐蚀失效及表面疲劳失效。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,1）磨损失效磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式逐渐磨损，而使零件或工具的尺寸不断变小的一种失效方式。例如刀具的变钝，轴在滑动轴承支承处的轴颈尺寸减小等都是磨损现象。
8、单位时间内（或单位行程、每转）材料的磨损量（或尺寸）称为磨损率。磨损率越小，则材料的耐磨性就越好。反之，则材料的耐磨性就越差。在相对运动物体的摩擦表面，磨损现象总是要发生的，只有当磨损量超过一定值以后，零件或工具才会失效或报废。因此金属材料的耐磨性高（即磨损率小），则零件的使用寿命就长。所以零件和设备的精度和寿命在很大程度上决定于材料的耐磨性。根据有关资料的统计，有70的机器是由于过量的磨损而失效的。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,2）腐蚀失效腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀作用造成的零件或工具的失效。大多数腐蚀都发生在表面，或从表面开始，因此被归类于表面损伤失效。通常所说的金属
9、表面生锈，就是腐蚀的一种类型。金属的腐蚀是非常普遍的现象，机器、厂房、船舶、钢轨、桥梁和管道等，在大气、海水、土壤和化工原料等作用下，再加机械应力、磨损、辐射和微生物等各种因素联合作用，会使金属每时每刻都发生损失而造成它们的破坏。金属的腐蚀可以是整个表面的全面性腐蚀，也可以是局部腐蚀和晶间腐蚀等。腐蚀造成金属材料的损耗，引起零件尺寸和性能变化，最后导致失效。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,金属腐蚀给国民经济带来的损失是非常巨大的，据有关资料介绍，全世界因腐蚀而报废的钢铁相当于年产量的30。由于腐蚀要给各种设备增加大量的维修费，腐蚀也常引起严重的事故，迫使工厂停工，或者引起爆炸和
10、环境污染等，美国1978年调查结果表明，由于腐蚀事故所造成的直接经济损失约700亿美元，占国民经济总产值的4。1975美国由于水灾、火灾、风灾及地震等自然灾害，造成经济损失为125.3亿美元，远远少于腐蚀所造成的损失。因此，如何防止金属腐蚀是十分重要的工作。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,3）表面疲劳失效表面疲劳失效是相互接触的两个运动表面（特别是滚动接触），在工作过程中承受交变接触应力的作用，使表面层材料发生疲劳破坏而脱落，造成零件或工具的失效。按表面疲劳损伤的程度，又分麻点（浅层剥落）与剥落（深层剥落）两种形式。实际上零件或工具的失效往往不是单一的某种形式，随着外界条件的变
11、化，失效的形式可从一种类型转变成另一种类型，例如，齿轮的失效形式可能有断齿、齿形的变形、齿面的磨损和点蚀等。究竟发生哪一种类型的失效，决定于多方面的因素，必须根据实际情况进行具体的分析。,上一页,下一页,返回,第一节 零件的失效分析,二、零件的失效原因1设计原因对零件的工作条件（受力性质、大小、温度、湿度、环境等）估计错误，安全系数过小、计算错误等，容易使零件的性能满足不了要求而失效；零件的结构形状、尺寸等设计不合理，容易造成应力集中，局部超载而造成失效。2选材问题选择材料错误，容易造成所选材料的性能不能满足使用要求；所选材料质量不合格等原因引起零件的失效。,上一页,下一页,返回,第一节 零件
12、的失效分析,3加工工艺不当零件在加工过程中，由于采用的工艺方法、工艺参数、技术措施不正确，可能产生铸造缺陷、锻造缺陷、焊接缺陷、切削加工缺陷和热处理缺陷，造成零件的失效。4安装使用不正确机械在装配、安装过程中不按技术要求，使用过程中不按规程操作、保养、维修，超载使用等均可能造成零件失效。总之，分析失效原因是一项复杂、细致的工作，必须从多方面综合分析来确定失效原因，为正确设计、合理选材、改进工艺提供可靠的依据。,上一页,返回,第二节 零件材料的选用,一、选材原则选材时，必须考虑其使用性、工艺性及经济性，因此，一般应遵循以下3条原则。1材料性能应满足使用要求选材时，首先要考虑零件在使用中的安全可靠
13、、经久耐用。这就需要知道这个零件的功用、受力状况及具体工作条件，只有这样才能合理地选用材料。,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,2材料应有良好的工艺性能工艺性是指材料是否容易加工成形的性能，包括铸造性、锻压性、可焊性、切削性等。良好的工艺性能不仅可以保证零件的质量，而且有利于提高生产率，降低生产成本。一般说来，在铸造时要求流动性好、收缩性要小，锻造时要求塑性好、变形抗力要小，在切削加工时，切削阻力要小，硬度不能太高，热处理时要求淬透性好、变形开裂、氧化脱碳倾向要小等。,上一页,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,3材料的经济性要好在满足前两条原则的前提下，要力求节约，防止浪费，做好废旧利
14、用，能用铸铁的不用钢材，能用碳钢的不用合金钢，能用低合金钢的不用高合金钢，能用国产钢的不用进口钢，有库存钢能用就不要外购，并充分考虑“以铸代锻”“以铁代钢”的可能性。材料的经济性一方面反映在原材料的价格上，另一方面还反映在工艺成本上，选材时还应考虑工厂的生产特点，设备条件，技术水平等现实情况，在确保满足零件主要要求的前提下，兼顾其余要求，综合考虑进行选材。,上一页,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,二、选材方法选材要用抓主要矛盾的方法。大多数零件都是在多种应力条件下进行工作的，而每个零件的受力状况又因零件的工作条件不同而不一样。在选材时要善于抓主要矛盾，即找出其中最主要的，起决定性作用的性
15、能要求，作为选材的主要依据，兼顾其他的性能要求，这就是选材的基本方法。下面是生产中最常见的选材方法简介。,上一页,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,1以综合机械性能为主的选材一般轴、杆、套类零件在工作时，往往同时承受静、动载荷的作用，这类零件同时要求有较高的强度和较好的韧性。可根据零件受力的大小选择中碳钢或合金调质钢（如45、40Cr、40MnB等）进行正火或调质处理。2以疲劳强度为主的选材在各种交变应力和冲击载荷作用下，由于疲劳破坏造成断裂，是最常见的破坏形式，疲劳破坏的最大应力比抗拉强度小得多，有时甚至低于屈服强度，如各种弹簧的破坏，几乎都是疲劳破坏。实践证明，材料抗拉强度越大，疲劳强
16、度就越大。在强度相同的条件下，回火组织比正火、退火组织具有较高的疲劳强度，一般采用中高碳钢及其合金钢（如60、65、60Si2Mn）采用淬火及中温回火处理，以提高疲劳强度。,上一页,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,3以磨损为主的选材各种刀具、量具、钻套、顶尖等在工作中是受力较小而磨损大，要求硬而耐磨，常用高碳钢和合金工具钢（如T10、9CrSi）制造，经淬火及低温回火处理，获得高硬度的回火马氏体组织，以满足耐磨要求。对一些磨损大而又承受较大冲击载荷的零件（如采煤机组和运输机减速箱齿轮）常用低碳钢或合金渗碳钢（如15、20Cr、20MnVB、20CrMnTi）进行渗碳淬火再经低温回火处理，
17、以获得中心韧性好而表面硬且耐磨的零件。,上一页,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,三、选材的基本步骤（1）分析零件的工作条件、失效形式，确定零件的使用性能和工艺性能等相关性能。（2）从使用性能、加工工艺、原材料工艺等方面，对同类产品进行调研，分析选材的合理性。（3）找出关键的性能要求，通过力学计算或试验，确定零件应具有的力学性能判据或理化性能指标。,上一页,下一页,返回,第二节 零件材料的选用,（4）结合材料的工艺性和经济性，根据力学性能判据，选择合适的材料，确定热处理方法或其他强化方法。（5）对重要零件或大批生产的零件，应进行试验，以检验所选材料及热处理方法能否达到各项性能要求。试验结果
18、符合要求后，方可批量生产。上述步骤仅供练习选材时参考，并非一成不变，实际选材时应结合零件的具体情况而定。,上一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,一、热处理的技术条件设计者应根据零件的性能要求，在图纸上标明材料牌号，并相应注明热处理的技术条件，其内容包括最后热处理方法及热处理应达到的机械性能指标等。供热处理生产和检验时用。一般在图纸上都以硬度作为热处理技术条件，对于渗碳零件则还应标注渗碳层的深度，较重要的零件应根据设计要求，注明热处理名称、热处理后的强度、硬度、塑性和韧性。有时还要标注热处理规范，甚至金相组织要求。,下一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,在图纸上标注热处理
19、技术条件时，可用文字简要说明，也可用表7-1所列的热处理工艺及标准方法来标注。在标注硬度范围时，其波动范围一般为：洛氏硬度在5个单位左右，布氏硬度在3040个单位。,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,二、热处理工序的合理安排根据热处理目的和工序作用的不同，热处理可分预备热处理和最终热处理。1预备热处理的工序位置1）退火和正火退火和正火通常作为预备热处理工序，一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前，对于精密零件，为了消除切削加工的残余应力，在切削加工工序之间还应安排去应力退火。工艺路线应为：毛坯生产（铸、锻、焊、冲压等）退火机械加工。,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的
20、技术条件及工序位置,2）调质处理调质处理为以后表面淬火和为易变形的精密零件的淬火作准备，亦可作为最终热处理。调质工序一般安排在粗加工之后，精加工或半精加工之前，一般的工艺路线应为：下料锻造正火（退火）机械粗加工（留余量）调质机械精加工。在实际生产中，灰铸铁件、铸钢件和某些钢轧件、钢锻件经退火、正火或调质后往往不再进行最终热处理，这时上述热处理也就是最终热处理。,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,2最终热处理的工序位置这类热处理包括各种淬火、回火和化学热处理等，零件经这类热处理后硬度较高除磨削外，不适宜其他切削加工，一般均安排在半精加工之后，磨削之前。1）零件整体淬火与表
21、面淬火的工序安排基本相同。淬火件的变形、氧化、脱碳层应在磨削中除去，故需留磨削余量（直径200mm以下，长度1 000mm以下的淬火件，磨削余量一般为0.350.75mm）。至于表面淬火件，为了提高芯部机械性能及获得细马氏体的表层组织，常需进行正火或调质处理。由于表面淬火零件变形小，所留磨削余量要比整体淬火零件少。,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,整体淬火零件工艺路线为：下料锻造退火（正火）机械粗（半精）加工淬火、回火磨削。感应加热表面淬火零件工艺路线为：下料锻造退火（正火）机械粗加工调质机械半精加工感应表面淬火、回火磨削。,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的技术
22、条件及工序位置,2）渗碳的工序位置渗碳分整体渗碳与局部渗碳两种。当零件局部不进行渗碳时，应在图纸上予以注明。该部位可镀铜以防止渗碳，或采取多留余量的方法，待零件渗碳后淬火之前再去掉该处渗碳层。渗碳零件的工艺路线为：,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,3）氮化处理的工序位置氮化处理温度低、变形小，氮化层硬而薄，因而其工序应尽量靠后，一般氮化后只需研磨或精磨。因切削加工时产生残余应力引起氮化零件变形，故在氮化前常进行去应力退火。又因氮化层薄而脆，芯部必须有较高的强度才能承受载荷，故一般应先进行调质，使其形成细密、均匀的回火索氏体，以提高芯部机械性能与氮化层质量。氮化零件的工
23、艺路线为：下料锻造退火机械（粗）加工调质机械（精）加工去应力退火粗磨氮化精磨或研磨。,上一页,下一页,返回,第三节 热处理的技术条件及工序位置,对需精磨的氮化零件，精磨时直径应留余量为0.100.15mm；对需研磨的氮化零件，则只留0.05mm余量。对不需要氮化的部位应镀锡（或镀铜）保护，也可留除1mm剩余量，氮化后再磨去。对于精密零件，可进行时效消除应力，以稳定尺寸和减少变形。时效一般安排在粗磨和精磨之间。对精度要求很高的零件，可进行多次时效处理。,上一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,一、齿轮类零件1齿轮的作用齿轮的主要作用是传递扭矩、调节速度、改变运动方向。2工作条件（1）一对相
24、互啮合的齿轮，是通过齿面的接触、滑动传递动力，所以齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。（2）在换挡、启动、啮合不良时，承受一定的冲击载荷。,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,3失效形式常见的失效形式有轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂等。4力学性能要求（1）高的弯曲疲劳强度。（2）齿面应具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性。（3）齿轮芯部应具有良好的综合力学性能或较好的强韧性。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,5齿轮零件常用材料及热处理（1）中碳钢和中碳合金钢。一般承载不大的低、中速传动齿轮，常选用40、45、4
25、0Cr、40MnB钢等，经调质处理或正火（要求不高时）达到性能要求（较好的综合力学性能）。经表面淬火、低温回火，表面硬度可达HRC5258，具有较高的耐磨性。这类齿轮不能承受较大的冲击载荷。（2）低碳钢和低碳合金钢。承受较大冲击载荷的重载高速齿轮一般选用20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2Ni4WA钢等，个别要求不高的也可选用20钢。经渗碳、淬火、低温回火，可使齿面获得很高的硬度（HRC5862）和耐磨性，芯部具有较高的强度和韧性。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,（3）对直径较大（400600mm）、形状复杂的齿轮毛坯，难以锻造成形时，可采用铸钢，如ZG
26、270-500、ZG310-570等。（4）对一些轻载、低速、不受冲击、精度要求不高的不太重要的齿轮，采用灰铸铁，如HT200、HT250、HT300等。灰铸铁多用于开式传动；在闭式传动中，可用球墨铸铁代替铸钢制造齿轮，如QT600-3、QT500-7等。（5）对仪表中某些在腐蚀介质中工作的轻载齿轮，可采用黄铜、铝青铜、锡青铜、硅青铜等有色金属；对受力不大的仪器、仪表齿轮，在无润滑条件下工作的小齿轮，可采用尼龙、ABS、聚甲醛等工程塑料制造。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,6齿轮零件选材举例（1）机床齿轮。图7-1是卧式车床主轴箱三联滑移齿轮，用于传递扭矩和调节速度。工
27、作时，拨动主轴箱的外手柄使该齿轮在轴上滑移，利用与不同齿数的齿轮啮合，获得不同的转速。该齿轮承载不大，工作比较平稳，冲击不大，可选用中碳钢制造。由于该齿轮较厚，考虑到淬透性问题，选用40Cr钢较为合适。其工艺路线为：下料锻造正火粗加工调质精加工轮齿感应淬火+低温回火精磨。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,正火是预先热处理，可消除锻造产生的残余应力，调整硬度便于机械加工，细化晶粒、改善组织；调质可使齿轮获得较高的综合力学性能，改善芯部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的交变弯曲应力和一定的冲击力；感应淬火可提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度；低温回火可消除淬火应力、防止产生磨
28、削裂纹、提高抗冲能力。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,（2）汽车齿轮。图7-2是解放牌汽车的变速箱中的齿轮，其任务是将发动机的动力传递到后轮，承受重载和大的冲击力，工作条件比机床齿轮复杂，要求齿面具有高的硬度（HRC6062）和耐磨性、齿芯部具有高的强度和优良的韧性，考虑到渗碳工艺性的要求和淬透性的问题，可选用20CrMnTi钢。其工艺路线为：下料锻造正火粗加工、半精加工渗碳淬火+低温回火喷丸校正花键孔精磨齿。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,渗碳是为了提高表层的碳含量。淬火是为了使表层获得高碳马氏体和碳化物，具有高的硬度（HRC5862）、耐磨性
29、和疲劳强度。芯部获得低碳马氏体，硬度可达到HRC3348，具有高的强韧性。低温回火消除淬火应力、提高抗冲能力、防止产生磨削裂纹。喷丸可增大渗碳层的压应力，有利于提高疲劳强度。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,二、轴类零件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。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,3失效形式常见的失效形式有疲劳断裂、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
30、应具有高的硬度和良好的耐磨性。（3）高的疲劳强度,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,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、40MnB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。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及
31、热处理,（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Q235Q275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。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,6轴类零件选材举例（1）机床主轴。图7-3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，其工艺路线为：下料锻
32、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HBS220250；内外圆锥面采用盐浴局部淬火和低温回火，硬度为HRC4550；花键部分采用高频感应淬火和低温回火，硬度为HRC4853。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,（2）内燃机曲轴。图7-4是一农用柴油机曲轴简图，由于该柴油机的功率不大，故曲轴承受的弯曲应力、扭转应力和冲击载荷不大。但曲轴在滑动轴承中工作，轴颈部位要求具有较高的硬度和耐磨性。具体要求是：b750MPa，整体硬度为HBS240260，轴颈处表面硬度625HV，2，Ak12J。现
33、选用Q700-2，铸造成形，其工艺路线为：铸造高温正火高温回火机械加工轴颈处气体渗氮。高温正火是为了获得均匀细小的珠光体基体，提高强度、硬度和耐磨性。高温回火是消除正火造成的应力。轴颈处渗氮是为了提高轴颈处的表面硬度和耐磨性。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,三、丝锥和板牙1丝锥和板牙的作用丝锥的作用是加工内螺纹，板牙的作用是加工外螺纹。2工作条件柄部和芯部承受较大的扭转应力，齿刃部承受较大的摩擦和磨损，高速切削时齿刃还要承受较高的工作温度。3失效形式主要失效形式是磨损和扭断。,上一页,下一页,返回,第四节 典型零件的选材及热处理,4力学性能要求齿刃部应具有高硬度（HRC
34、5964）和高耐磨性，一定的热硬性（视切削速度而定）；柄部和心部应具有足够的强度和韧性，硬度为HRC3545。5手用丝锥实例分析根据上述分析，M12手用丝锥（图7-5）选用T12A钢制造，其加工路线为：下料球化退火机械加工淬火、低温回火柄部回火防锈处理。丝锥的机械加工在大量生产时常采用滚压方法加工螺纹；淬火时为减少刃部的变形，可采用硝盐等温淬火或分级淬火；柄部回火可采用600硝盐炉，快速局部回火。,上一页,返回,知识拓展,丝锥和板牙的常用材料及热处理：（1）手用丝锥和板牙，切削速度低，热硬性不作要求，可选用T10A和T12A钢制造，并经淬火和低温回火。（2）机用丝锥和板牙，因切削速度较高，对热
35、硬性有要求。较高的切削速度（810m/min），要求有较高的热硬性，可选用9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢制造。切削速度达到2555m/min时，要求有高的热硬性，可选用W18Cr4V钢制造，并经适当的热处理。,返回,先导案例解决,汽车变速齿轮相比机床变速箱齿轮工作时所承受的载荷更大，要求齿轮表面硬度更大，耐磨性更高，芯部韧性更好，因此，合金渗碳钢较调质钢更佳，更适合于汽车变速齿轮。,返回,本章小结,了解零件的失效形式及原因，掌握零件选材的原则、方法及基本步骤，理解典型常用零件的选材及热处理方法，这也是本章的重点和难点所在，这部分知识是今后学习机械加工的必要基础知识。,返回,思考题,1什么
36、是零件的失效？常见的失效形式有哪些？其失效原因是什么？2机械工程材料选用的一般原则是什么？3在选用材料的力学性能判据时，应注意哪些问题。4有一30mm300mm的轴，要求摩擦部位的硬度为HRC5355，现用30钢制造，经调质后表面感应淬火（水冷）、低温回火，使用中发现摩擦部位严重磨损，试分析失效原因，并提出下次生产时的解决办法。5现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一个，要求齿面具有高的硬度和耐磨性，问各应怎样进行热处理？并比较他们在热处理后的组织和性能上的差别。,下一页,返回,思考题,6试为下列齿轮选材，并确定热处理方式。（1）不需要润滑的低速无冲击齿轮，如打稻机的传动齿轮；（2）尺寸较大、形状复杂的低速中载齿轮；（3）受力较小，有一定抗蚀性要求的轻载齿轮，如钟表齿轮；（4）重载和较大冲击载荷下工作的齿轮，齿面要求硬、耐磨，芯部强而韧。,上一页,下一页,返回,思考题,7试为下列工具选材，并确定热处理方式。（1）手用锯条；（2）10麻花钻；（3）切削速度为35m/min的圆柱铣刀；（4）切削速度为150m/min，用于切削灰铸铁的外圆车刀。,上一页,返回,图7-1 卧式车床主轴箱三联滑移齿轮,返回,图7-2 汽车的变速箱中的齿轮,返回,图7-3 C6132卧式车床主轴,返回,图7-4 农用柴油机曲轴简图,返回,图7-5 M12手用丝锥简图,返回,表7-1 热处理代号及标注方法,返回,
