常用金属材料和非金属材料选用

第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 一、设计目的 掌握各种常用金属、非金属材料的性能、牌号和用途；了解常存元素对金属材料性能的影响；熟悉加工工艺对所选材料力学性能的要求；掌握机械零部件选材的过程与方法。 二、设计条件 减速器工作环境条件、使用场合、负载以及性能要求，加工手段和工艺要求 三、设计内容及要求 （1）确定减速器轴类零件的材料选择过程； （2）齿轮零件的材料选择过程； （3）箱体零件的材料选择过程 5.1 减速器主要零部件材料的选定说明 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.2 常用金属材料与非金属材料 5.2.1 常用金属材料 碳素钢 （1）碳素钢分类 按钢的含碳量分类：低碳钢 中碳钢 高碳钢 按质量分类：普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳 素钢 按用途分类：碳素结构钢 碳素工具钢 特殊性能钢 按金相组织分类：有亚共析钢、共析钢、过共析钢 按钢的脱氧程度分类：有沸腾钢、镇静钢、半镇静 钢 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 （2）碳钢的牌号 1）碳素结构钢 字母Q+屈服点数值（单位为MPa）+质量等级符 号（A、B、C、D）+脱氧方法符号（F、b、Z、TZ） 组成。 2）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，即是 钢中平均含碳量的万分数。 5.2 常用金属材料与非金属材料 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 3）铸钢 铸钢的牌号是用字母“ZG”加上两组数字组成。 4）碳素工具钢 碳素工具钢的牌号由“T”加数字表示。“T”是 “碳”字汉语拼音字首，数字表示平均含碳量的千 分数；若为高级优质工具钢，在牌号后加“A” 2. 合金钢 合金钢是指在碳钢基础上，加入一些元素所形成 的钢种，加入的元素称为合金元素。 5.2 常用金属材料与非金属材料 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.2 常用金属材料与非金属材料 合金钢的牌号是采用钢中含碳量加合金元素符号 及其含量的方法来表示。牌号的首位数字表示钢 的平均含碳量， （3）合金结构钢 合金结构钢主要用于重要的工程机构和机器零 件的钢。常用合金结构钢有：低合金结构钢 、合 金渗碳钢、合金调质钢 、合金弹簧钢 、滚动轴 承钢等。 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.2 常用金属材料与非金属材料 （4）合金工具钢 合金工具钢分为刃具钢、模具钢和量具钢三类 。 （5）特殊性能钢 指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，能 在特殊环境、工作条件下使用的钢。常用的有不锈 钢、耐热钢和耐磨钢等。包括不锈钢、耐热钢 、 耐磨钢等。 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.2 常用金属材料与非金属材料 3、铸铁 铸铁是含碳量在2.11％以上的铁碳合金 。 主要包括灰口铸铁 、可锻铸铁、球墨铸铁 、 蠕墨铸铁 、合金铸铁等。 4. 有色金属及其合金 非铁金属及其合金称为有色金属。包括铝及 铝合金 、铜及铜合金和轴承合金 。 5.2 常用金属材料与非金属材料 5.2.2 常用非金属材料 除金属以外的所有工程材料通称为非金属材料。 主要有高分子材料、陶瓷材料和复合材料等三大类。 这些非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰 富，成型工艺简单，具有某些特殊的性能，如塑 料的重量轻，橡胶的高弹性，陶瓷耐高温、耐腐 蚀等，使得非金属材料目前已成为机械工程材料 中不可缺少的、独立的材料体系 5.2 常用金属材料与非金属材料 5.2.2 常用非金属材料 1、高分子材料 高分子材料是以高分子化合物为主要成分组成 的非金属材料。是由低分子化合物聚合而成，也 称高聚物。高分子化合物可分为有机高分子化合 物和无机高分子化合物两大类。例如：塑料、合 成橡胶及合成纤维等。 2. 陶瓷 陶瓷材料是一种用天然或人工合成的化合物 5.2 常用金属材料与非金属材料 5.2.2 常用非金属材料 为原料烧结而成的无机非金属材料。按其成分性 能和用途分为普通陶瓷和特种陶瓷两种。 3. 复合材料 复合材料是指由两种或几种不同化学组成和 结构组织的材料，以一定形式组合而成的人工 合成材料。 性能特点 ：1）较大的比强度和比模量。2）抗疲 劳性和减振性好。3）化学稳定性和耐热性好。 5.2 常用金属材料与非金属材料 5.2.2 常用非金属材料 常用复合材料及其应用 ： 1）玻璃纤维增强复合材料：主要用于轴承、齿轮、 汽车仪表盘、管道、泵阀等零件及耐蚀耐压容器。 2）碳纤维复合材料：主要用于制造齿轮、轴承、 活塞、密封圈、化工器材零件、航空航天飞行器、 导弹上的零件和发动机等。 3）层叠复合材料：广泛应用与航空、交通运输、 建筑、机械等工业部门 。 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 4）颗粒增强复合材料 ：用于制作具有优良减摩 性、消振性的新型轴承材料。 5.3 机械零部件材料的选定 机械零部件材料的选择除了与零件的结构、强 度、刚度有关外，还与零件的失效形式有关系。 一般来讲，零件材料的选择，首先要从零件的失 效形式，选择材料的类型；再根据材料的使用性 能、工艺性和经济性三个方面进行考虑，进行零 件材料型号的选择。 5.3 机械零部件材料的选定 5.3.1 机械零件的失效形式及原因 1、失效的形式 机械零件由于各种原因，丧失规定的功能，无 法继续工作的现象称为失效。零件失效形式归纳 为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型。 2. 失效的原因 （1）设计原因：零件的结构或形状不合理，在 零件的各种夹角、缺口、过小的过渡圆角处存 在明显的应力集中； 5.3 机械零部件材料的选定 5.3.1 机械零件的失效形式及原因 （2）材质原因 材料性能指标不能反映材料对实际失效形式的 抗力，不能满足工作条件的要求，造成错误选材。 （3）加工工艺不当 零部件在加工或成形过程中，由于采用的工艺 不当而产生的各种质量缺陷 。 （4）装配使用不当 选材的基本原则是所选材料的性能应能满足零 部件使用要求，经久耐用，易于加工制造，成本 低，几个原则： 1. 满足使用要求 2. 满足工艺要求 3. 满足经济性要求 5.3 机械零部件材料的选定 5.3.2 机械零件材料选择的原则 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.4 减速器零部件材料牌号的选定过程 1、轴类零件 1）轻载、低速轴可选用Q235、Q255、Q275等碳素结构钢， 2）当受中等载荷且转速、冲击与循环载荷较小的 减速器轴类零件，常选用中碳优质碳素结构钢， 如35、40、45、50钢（其中45钢应用最多） 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.4 减速器零部件材料牌号的选定过程 3）对于承受较大载荷或要求精度高以及处于高、 低温等恶劣条件下工作的减速器轴，选用合金钢。 2. 齿轮类 确定齿轮用材的主要依据是：齿轮的传动方 式（开式或闭式）、载荷性质与大小（齿面接触 应力和冲击负荷等）、传动速度（节圆线速度）、 精度要求、淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材 料及硬度值的匹配情况等。根据材料可分为： 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.4 减速器零部件材料牌号的选定过程 1）钢制齿轮 2）铸钢齿轮 3）铸铁齿轮 4）有色金属齿轮 5）工程塑料齿轮 3. 箱体类 减速器箱体的形状复杂，尺寸较大，壁薄而不 均匀，一般选用铸造毛坯。工作平稳，承载不大 的箱体用灰口铸铁，承载较大并受冲击的箱体， 可用球墨铸铁及铸钢制造。 第5章 常用金属材料与非金属材料及选用 5.5 拓展训练 训练1：车轴、齿轮的选材 训练2：车床主轴箱箱体的选材 5.6 实践中常见问题解析（略）