工程材料学—工程材料的选择

机械设计不仅包括零件结构的设计，同时也包括所用材料和工艺的设计。★正确选材是机械设计的一项重要任务a.满足零件的使用性能要求，在一定的寿命期内正常工作；5.1选材的原则c.有较好的经济性；b.具有较好的工艺性能，以便于加工，并易于保证加工质量；5.2.1.使用性能要求分析对所选材料使用性能的要求，是在对零件的的分析的基础上提出的。5.2零件的使用性能与选材材料在使用过程中的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现，即使用性能，它是保证零件完成 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 功能的必要条件。也是选材时考虑的最主要的依据。工作条件及零件的失效形式1.根据零件工作条件分析使用性能受力状况(载荷的类型、大小、形式、特点等)环境状况(温度特性、介质情况)特殊要求(如导电性……)失效是指某零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材料的组织和性能的变化而不能圆满地完成指定的功能。包括以下几种情况：a.零件完全破坏，不能继续工作；b.严重损伤，继续工作很不安全；c.虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。2.根据零件的失效形式分析使用性能只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。造成失效的原因是多方面的，其中材料是重要因素。失效的基本因素：设计因素（精心设计、精心施工）制造（工艺）因素（制造过程）装配调试因素（间隙、“防松”、润滑与密封）材质因素运转维修因素（工况参数、检修、润滑条件）失效分析的基本MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714339766789_0：（科学试验）成分分析、断口分析、显微分析、应力分析、机械性能测试和断裂力学分析等。塑性变形失效：零件中的工作应力超过材料的屈服强度的结果。失效三大基本类型⑴变形失效弹性变形失效：由过大的弹性变形所引起，刚度或弹性模量不足。低应力脆断：由于材料断裂韧性不足引起；(2)断裂失效韧性断裂：由于材料抗拉强度不足造成；脆性断裂：由于材料塑性韧性过低；疲劳断裂失效：由于材料的疲劳强度不足。疲劳断裂是机器零件中最常见的失效方式。各种机器中，因疲劳失效的零件达到总数的60-70%以上。承受摩擦受损的零件情况比较复杂，大致可分为以下三类：一是对整体硬度要求较高的零件，如刀具、冷冲模、量具、滚动轴承等；二是自身要耐磨，又要求减摩以保护配偶件的零件，如滑动轴承，丝杆螺母等；三是对心部强韧性还有较高要求的零件，如齿轮、凸轮、活塞销等。它们都要求有较高耐磨，减摩性。(3)表面磨损表7-1几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的机械性能零件（工具）工作条件常见的失效形式要求的主要机械性能应力种类载荷性质其他普通紧固螺栓拉，剪应力静——过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯，扭应力循环，冲击轴颈处摩擦、振动疲劳破坏，过量变形，轴颈处磨损综合机械性能传动齿轮压，弯应力循环，冲击强烈摩擦、振动磨损，疲劳麻点，齿折断表面高硬度及疲劳极限，心部强度，韧性弹簧扭应力（螺旋簧），弯应力（板簧）循环，冲击振动弹性丧失，疲劳破坏弹性极限，屈强比，疲劳极限冷作模具复杂应力循环，冲击强烈摩擦磨损，脆断硬度，足够的强度，韧性对一般机器零件，通常选用调质或正火状态的中碳钢，调质、正火或等温淬火状态的球墨铸铁等制造或淬火、低温回火的低碳钢。但对航空零件如起落架、涡轮轴、机翼大梁等，由于受力复杂，工作条件比较苛刻，可选用强度较高的合金调质钢和超高强度钢，以保证在整个大截面上具有均匀的综合性能。当零件受力较小，并要求有较高的比强度与比刚度时应考虑选择铝合金、镁合金、钛合金或工程塑料，复合材料等。5.2.2以综合机械性能为主的选材要求：高硬度和耐磨性，应用：各种量具、钻套、顶尖、刀具、冷冲模等。材料：一般为经过淬火及低温回火后的过共析钢，高碳合金钢，以及制造一般零件常用的铸铁、青铜、塑料等。5.2.3以耐磨损为主要性能的选材(1)受力较小而磨擦情况严重的制品(2)同时受摩损与循环载荷及冲击载荷的零件。应用：如传动齿轮，凸轮等工作条件钢种热处理变形要求零件形状传递功率大，摩擦压力大，摩擦速度高，冲击大(汽车)低碳合金钢渗碳较小简单，复杂均可低碳钢较大传递功率较大，摩擦压力较大，摩擦速度不太高，冲击力不太大(机床)中碳钢或中碳低合金钢高频淬火小简单传递功率大，摩擦压力小，摩擦速度高，冲击小(精密、高速)中碳合金钢氮化很小简单，复杂均可序号齿轮类型常用钢种热处理主要工序技术条件1汽车变速箱和分动箱齿轮20CrMnTi20CrMn等渗碳齿面：（58-64）HRC，心部：（29-45）HRC40Cr（浅层）碳氮共渗表面硬度：（51-61）HRC2汽车驱动桥主动及从动圆柱齿轮20CrMnTi20CrMn渗碳渗碳汽车驱动桥主动及从动圆锥齿轮20CrMnTi20CrMnMo汽车齿轮常用钢种及热处理方法5.2.4要求抗蚀性或热强度为主的选材◆以电绝缘性，抗腐性为主的非承力零件，选用工程塑料，橡胶及其复合材料。◆当受力不大，要求抗蚀性较高时，一般可以考虑选用奥氏体不锈钢，例如发动机尾锥体，飞机蒙皮。选用奥氏体不锈钢，不仅耐蚀，而且具有一定的耐热性，同时成型工艺性好。◆当零件受力较大(例如压气机盘、叶片)而又要求抗蚀性时，则以选用马氏体型不锈钢为宜。为减轻结构重量，也可考虑选用钛合金。从热强度角度选材时,工作温度：300-400℃以下，工作应力较小采用耐热铝合金和镁合金工作温度：500-600℃以下采用不锈钢和钛合金工作温度：700-1000℃之间的零件，采用高温合金(例：GH33)工作温度：更高采用陶瓷，陶瓷基复合材料等。5.3零件的工艺性能和选材1.铸造性能一些承载不大、受力简单而结构复杂，尤其是一些有复杂内腔结构的零部件，如机床床身、减速器机壳、发动机气缸等，应选用含有共晶体的铸铁、铸造铝合金等材料。铸造性能最好。2.锻压性能在选材时，承载较大，受力复杂的构件，如重要的轴、内燃机连杆、变速箱齿轮等、应选用中、低碳钢或合金结构钢、锻铝等具有良好可锻性的材料进行锻造成形，并进行必要的热处理，以强化组织，提高机械性能。3.焊接性能钢的含碳量越高，合金元素含量越高，则焊接性能越差。应选择低碳钢，低合金钢等可焊性好的材料焊接成形。铝合金、钛合金极易氧化，需要在保护气氛(如氩气)中焊接，焊接性能不好。4.机械加工性能硬度适中(170-230HBS)，可切削性好的材料。铝及其合金的切削加工性就好，奥氏体不锈钢及高速钢的加工性能却很差；5.热处理工艺性能特别是淬透性。5.4选材的经济性表7-3我国常用金属材料的相对价格材料相对价格材料相对价格普通碳素结构钢普通低合金结构钢优质碳素结构钢易切钢合金结构钢（Cr—Ni钢除外）铬镍合金结构钢（中合金钢）滚珠轴承钢碳素工具钢低合金工具钢高速钢硬质合金(YT类刀片)11.251.3~1.51.71.7~2.5531.63~416~20150~200铬不锈钢铬镍不锈钢普通黄铜锡青铜，铝青铜灰铸铁件球墨铸铁件可锻铸铁件碳素铸钢件铸造铝合金，铜合金钛合金（工程塑料）51513~1719~1.4~1.82~2.22.5~38~1050~805~15(1)选择价格低廉，易于加工的材料。如在金属材料中，碳钢和铸铁的价格比较低，加工工艺性能较好，所制零件成本较低。(2)优先采用国产材料，积极推广新材料，合理选择代用材料。(3)尽量降低加工费用。 代表零件材料种类及牌号使用性能要求主要失效方式热处理及其它缸体、缸盖、飞轮灰口铸铁HT200刚度、强度、尺寸稳定性产生裂纹、孔臂磨损、翘曲变形不处理或去应力退火缸套、排气门座等合金铸铁耐磨性、耐热性过量磨损铸造状态曲轴等球墨铸铁QT600-2刚度,强度,耐磨性,疲劳抗力过量磨损,断裂表面淬火,圆角滚压,氮化,也可以用锻压件活塞销等渗碳钢20,20Cr,18CrMnTi,12Cr2Ni4强度，冲击韧性，耐磨性磨损，变形，断裂渗碳，淬火，回火连杆，连杆螺栓，曲轴等调质钢45，40Cr，40MnB强度，疲劳抗力，冲击韧性过量变形，断裂调质，探伤各种轴承，轴瓦轴承钢和轴承合金耐磨性,疲劳抗力磨损，剥落烧蚀破裂不热处理气门弹簧弹簧钢65Mn，50CrV疲劳抗力变形，断裂淬火，中温回火活塞有色金属高硅铝合金ZL108，ZL110耐热强度烧蚀，变形，断裂固溶处理及时效支架，盖，罩，挡板油底，壳等钢板Q235，08，20，16Mn刚度，强度变形不热处理表1汽车发动机零件用材概况表2汽车底盘零件用材概况代表零件材料牌号使用性能要求主要失效方式热处理及其它纵梁，横梁，传动轴等25，16Mn钢板等刚度，强度，韧性弯曲，扭斜铆钉松动，断裂用冲压工艺性能好的优质钢板前桥转向节臂，半轴等调质钢45，40Cr，45MnB强度，韧性，疲劳抗力弯曲变形，扭转变形，断裂模锻成形，调质处理，圆角滚压，无损探伤变速箱齿轮，后桥齿轮等渗碳钢20CrMnTi，30CrMnTi，20MnTiB，12CrNi4强度，耐磨性，接触疲劳抗力及断裂抗力麻点，剥落，齿面过量磨损，变形，断齿渗碳（0.8毫米以上）淬火，回火，表面硬度58HRC~62HRC变速器壳批，离合器壳灰口铸铁HT200刚度。尺寸稳定性，一定强度产生裂纹，轴承孔磨损去应力退火后桥壳可锻铸铁KT350-10，球墨铸铁QT400-10刚度。尺寸稳定性，一定强度弯曲，断裂还可用优质钢板冲压后焊成或用铸钢钢板弹簧等弹簧钢65Mn，60Si2Mn，50CrMn，55SiMnVB耐疲劳，冲击，和腐蚀折断，弹性减退，弯度减小淬火，中温回火，喷丸强化驾驶室，车厢，罩等钢板20，08刚度，尺寸稳定性变形，开裂冲压成形分泵活塞，油管有色金属，铝合金。紫铜耐磨性，强度磨损，开裂汽车用材汽车用材以（金属材料）为主，（塑料）、（橡胶）和（陶瓷）等非金属材料也占一定比例。缸体用材一般为（灰口铸铁），也可以用（铝合金）。缸套用材主要是（耐磨合金铸铁），常需对缸套表面进行处理，常用的表面处理方法是（镀铬、表面淬火、喷镀金属钼）。常用活塞材料是（铝硅合金），并需对该材料进行（固溶处理及人工时效处理）处理。5.活塞销材料一般为（低碳或低碳合金钢），其表面需进行（渗碳或氰化）处理。6.连杆材料一般采用（调质钢）。7.汽车半轴材料一般为（调质钢）。8.化工压力容器常用钢种为（低合金结构钢），有（16MnR）、（15MnVR）和（18MnMoNbR）等。