典型零件的选材及加工工艺路线分析.ppt

第九章典型零件选材及加工工艺路线第一节选材的一般原则与方法2．对材料工艺性能的考虑4．对产品“轻型化、高寿命”的考虑二、选材的一般方法与过程几种机械零件主要损坏形式和主要抗力指标第二节典型零件选材及工艺路线分析二）选材及热处理
1、机床齿轮
工作平稳无强烈冲击，负荷不大，转速中等，对齿轮心部强度和韧性要求不高，一般选用40或45钢，经正火或调质处理后再进行高频感应加热表面淬火，齿面硬度达52HRC左右，齿心硬度为220~250HBS。对于一部分性能要求较高的齿轮，可用中碳低合金钢(如40Cr、40MnB、45Mn2等)。
2、汽车、拖拉机齿轮
工作条件比机床齿轮恶劣，受力较大，超载与启动、制动和变速时受冲击频繁，对耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心部强度和韧性等性能要求较高，选用合金渗碳钢(20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB)较为适宜。经正火处理后再进行渗碳、淬火+低温回火，表面硬度达58~62HRC，心部硬度为35~45HRC。二、轴
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。
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介质作用。
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裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。
2、性能要求
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；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；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。二）轴的选材
1、机床主轴
承受中等扭转-弯曲复合载荷，转速中等并承受一定冲击载荷。大多选用45钢制造，经调质后轴颈及锥孔处再进行表面淬火。载荷较大时选用40Cr钢制造。
归于有些机床主轴如万能铣床主轴，也可用球墨铸铁代替45钢来制造。对于要求高精度、高尺寸稳定性及耐磨性的主轴如镗床主轴，往往用38CrMoAlA钢制造，经调质后再进行渗碳处理。
2、内燃机主轴
受汽缸中周期性变化的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力及扭转振动和冲击力作用。通常低速内燃机曲柄选用正火态45钢或球墨铸铁；中速内燃机曲柄选用调质态45钢或球墨铸铁、调质态中碳低合金钢40Cr、45Mn2、50Mn2等；高速内燃机曲轴选用高强度合金钢35CrMo、42CrMo、18CrNi4WA等。3、汽轮机主轴
尺寸大，工作负荷大，受弯矩、扭矩及离心力和温度的联合作用，工作条件恶劣。失效方式主要是蠕变变形和由内部缺陷引起的低应力脆断和应力腐蚀断裂。除要求材料有较高强度及足够塑性和韧性外，还要求锻件中不出现较大夹杂物、白点及焊接裂纹；对于在500℃以上工作的主轴还要求一定高温强度。对于450℃以下工作的主轴，若汽轮机功率小(<12000kW)，主轴尺寸较小，可选用45钢；若汽轮机功率较大(>12000kW)，主轴尺寸较大，可选用35CrMo钢，以提高淬透性。对于500℃以上工作的主轴，选用合金结构钢，一般高中压主轴选用25CrMoVA或27Cr2MoVA钢，低压主轴选用15CrMoV或17CrMoV钢。对于燃气轮机主轴，要求材料有更高的高温强度，一般选用合金结构钢20Cr3MoWV(<540)、铁基高温合金Cr14Ni26MoTi(GH2132)(<650℃)和Cr14Ni35MoWTiAl(GH2135)(<680℃)。三、汽轮机叶片
一）工作条件、失效方式及性能要求
1、工作条件和失效方式
叶片是汽轮机的“心脏”，直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。工作条件：1）受蒸汽和燃气弯矩的作用；2）受中、高压过热蒸汽的冲刷或湿蒸汽的电化学腐蚀或高温燃气的氧化和腐蚀；3）受湿蒸汽中的水滴或燃气中杂质的磨损；4）由于外界干扰力的频率和叶片的自振频率相等而产生的共振力作用。
失效方式：蠕变变形、断裂(包括振动疲劳、应力腐蚀、蠕变疲劳及热疲劳)和表面损伤(包括氧化、电化学腐蚀和磨损)。
2、性能要求
1）高室温强度、塑性和韧性及高温强度；2）化学稳定性好；3）导热性好，热膨胀系数小，抗热疲劳断裂；4）耐磨性好，抗冲击磨损和机械磨损；5）减振性好，抗共振疲劳断裂；6）由于叶片数量多、成形工艺复杂，要求材料具有良好冷、热加工性能。二）选材及热处理
对于中、低压汽轮机，叶片工作温度不高(<500℃)，失效方式主要是共振疲劳断裂和应力腐蚀断裂，应选用减振性好的1Cr13和2Cr13马氏体不锈钢。对于高压汽轮机，叶片工作温度在500℃以上，蠕变抗力成为决定因素，应选用奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti。对于燃气轮机叶片，