机械工程材料 第9章 工程材料选材与性能综合分析 - 河...

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1、机械工程材料河北工业大学　材料学院7/24/20211（一）齿轮的工作条件齿轮主要用于传递扭矩和调节速度，其受力状况如下：1.由于传递扭矩和调节速度，齿根承受很大的交变弯曲应力。2.换挡、启动，齿部承受一定冲击载荷。3.齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力和摩擦力。（二）齿轮的失效形式1.疲劳断裂2.齿面磨损3.齿面接触疲劳破坏4.过载断裂一、齿轮选材7/24/202121．机床齿轮机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务，工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。一般选

2、中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选中碳合金钢。例题1：低速低载荷下工作不重要变速箱齿轮，硬度156～217HB。应选：45钢正火（840～860℃）工艺。例题2：速度较大或中度载荷下工作的小齿轮，齿部硬度要求较高，（50～55HRC），应选：1）45钢，高频加热，水淬，160~180℃回火（正确）2）45钢调质处理，后高频加热，水淬，160~180℃回火。（不正确，因为该齿轮不要求整体综合性能好）3）40CrNiMn钢高频加热，油淬，160~180℃回火。（不正确，因为齿轮尺寸较小，没有必要选高淬透性钢

3、）（三）齿轮类零件选材7/24/20213例题3速度较大或中度载荷下工作的小齿轮，要求良好综合性能，齿部硬度较高（50～55HRC），选45钢，高频加热水淬，160~180℃回火的工艺路线为：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→齿轮高频淬火及低温回火→精磨1.正火目的：消除锻造应力，均匀组织，便于切削加工。2.调质目的：使齿轮具有较高的综合机械性能。3.高频淬火：决定齿轮表面性能(AC3加热水淬提高耐磨性。4.低温回火:消除淬火应力。7/24/202142．汽车齿轮汽车齿轮在变速箱中，改变车速，发动

4、机的全部动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。故汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性都比机床齿轮要求高。例题1.现制造一汽车传动齿轮，要求表面高硬度（58～62HRC）、高耐磨、高接触疲劳强度，心部具有良好的韧性（29－45HRC）。应选：1)T10钢水淬＋160℃回火，组织为M回火＋θ工艺分析：只满足表层，不能满足心部性能。2)45钢调质＋表面淬火＋160℃回火。工艺分析：调质得到S回，心部性能一般满足表面淬火+160℃回火得到M回，硬度只有HRC56,不合要求。

5、3)20CrMnTi钢渗碳＋淬油＋160℃回火（渗碳表层C％＝0.8～1.0％）工艺分析：表层（0.5～1.0mm）组织：M回+合金碳化物+A’少，62HRC；心部组织：M回＋F，硬度40～43HRC,强韧性好。无论表层、心部都能满足性能要求，故选工艺3)7/24/20215汽车传动齿轮要求表面高硬度（58～62HRC）、高耐磨、高接触疲劳强度，心部具有良好的韧性（29－45HRC）20CrMnTi钢渗碳＋淬油＋160℃回火的工艺路线：下料→锻造→正火→机加工→渗碳油淬→160℃回火→喷丸处理正火目的：

6、消除锻造应力，均匀组织，便于切削加工。渗碳油淬目的：满足表层性能要求，为提高组织的强韧性必须进行低温回火。7/24/20216二、轴类零件选材轴是机器上的重要零件之一，一切回转运动的零件如齿轮、凸轮都装在轴上，所以，轴主要是传递动力。（一）轴类零件工作条件及性能1.工作条件(1).轴主要是受交变弯曲、扭转的复合作用。(2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损。(3)轴在高速运动时承受冲击载荷及过载载荷。2.性能要求(1)良好的综合性能：足够的强度、塑性和一定的韧性，以防过载断裂。(2)高疲劳强度

7、，以防疲劳断裂。(3)足够的淬透性，以防磨损失效。(4)良好的切削加工性能。7/24/20217(二)轴类零件的失效形式1.大载荷或冲击载荷引起的过量变形，甚至断裂。2.零件相对运动时的过量磨损(三)轴类零件的选材1.机床主轴选材机床主轴要求具有一般综合机械性能，大端的轴颈与卡盘间有磨损，要求具有较高的强度和硬度。例题1：机床主轴，载荷和转速不高，要求具有较高综合力学性能（220～250HB）应选用（2）(1)40Cr钢调质处理（载荷和转速不高，一般不用合金钢）(2)45钢调质处理（调质得到S回，具有

8、良好的综合力学性能）(3)45钢正火处理（正火组织不具备良好的综合力学性能）7/24/20218C620车床主轴简图7/24/20219例题2：机床主轴，承受较大载荷，要求具有良好的综合力学性能（220～250HB）；轴颈耐磨，硬度为50～55HRC应选用（1）(1)40Cr钢调质＋表面淬火（轴颈）＋低温回火（调质满足了综合机械性能的要求，轴颈表面淬火满足了轴颈耐磨的要求）(2)20Cr钢渗碳＋淬油＋低温回火（该工艺使表面硬度