【正文】 其是鋼鐵材料 ， 與其它工程材料相比 ， 在力學(xué)性能 、 工藝性能和生產(chǎn)成本這三者之間保持著最佳的平衡 ， 具有最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力 ， 故金屬材料仍然是機(jī)械工程材料的主力軍 。3 典型零件選材與工藝分析 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。 2023/1/14 33 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類零件選材（金屬材料） 167。3 典型零件選材與工藝分析 對(duì) 開式傳動(dòng) 齒輪 ， 或低速 、 輕載 、 不受沖擊或沖擊較小的齒輪 ， 宜選相對(duì)價(jià)廉的材料 ， 如鑄鐵 、 碳鋼等；對(duì) 閉式傳動(dòng) 齒輪 ， 或中高速 、 中重載 、 承受一定甚至較大沖擊的齒輪 ， 則宜選用相對(duì)較好的材料 ， 如優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼 、 并須進(jìn)行表面強(qiáng)化處理；在 齒輪副 選材時(shí) ， 為使兩者壽命相近并防止咬合現(xiàn)象 ， 大 、 小齒輪宜選不同的材料 ， 且兩者硬度要求也應(yīng)有所差異 ， 通常小齒輪應(yīng)選相好的材料 、 硬度要求較高一些 。3 典型零件選材與工藝分析 1． 工作條件 ① 交變彎曲載荷 ， 扭轉(zhuǎn)載荷或拉 壓載荷；② 相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面 (如軸頸 、 花鍵部位 )發(fā)生摩擦； ③ 因機(jī)器開 停 、 過載等 ， 承受一定的沖擊載荷； 2． 主要失效 ① 疲勞斷裂為多數(shù) 、 沖擊過載斷裂為少數(shù)；② 磨損 相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面過度磨損； ③ 過量變形 極少數(shù)情況下會(huì)發(fā)生因強(qiáng)度不足的過量塑性變形失效和剛度不足的過量彈性變形失效 。② 以耐磨性為主的軸，可選碳含量較高的鋼 (如 65Mn、 9Mn2V)或低碳鋼 (20Cr、 20CrMnTi)滲碳制造，對(duì)其中精度有極高要求的軸，則應(yīng)選 38CrMoAlA滲氮制造。3 典型零件選材與工藝分析 一般對(duì) 重載 模具，應(yīng)選用高強(qiáng)度材料，如高鉻或中鉻鋼、高速鋼、基體鋼；對(duì)承受 強(qiáng)烈摩擦與磨損 的模具，應(yīng)選高硬度、高耐磨性材料，如高碳鋼、高鉻鋼、高速鋼乃至硬質(zhì)合金；對(duì)承受 較大沖擊 的模具，應(yīng)選用高韌性材料，如選用中碳合金鋼（ 5CrW2Si）、 基體鋼等；對(duì) 形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高 的模具，宜用低 (微 )變形材料，如微變形鋼 CrWMn、 高碳高鉻鋼 Cr12MoV、 高碳中鉻鋼 Cr4W2MoV等。4 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇 、 鍍層的原材料 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中為了美觀 、 耐蝕等目的 ， 大量使用涂 、 鍍材料 。 試分析磨損原因 ， 并提出解決辦法 。4 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇 盡量避免選用多種不同的材料 、 或采用易拆卸分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 以便產(chǎn)品維修或報(bào)廢后的回收 、 分類和再利用 。 2023/1/14 54 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 四、刀具選材 （ 日用刀具 ） 167。 3． 鑄鐵 由于大多數(shù)軸很少以沖擊過載而斷裂的形式失效 ， 故近幾十年來愈來愈多地采用球墨鑄鐵 (如QT7002)和高強(qiáng)度灰鑄鐵 (HT350、 KTZ550— 06等 )來代替鋼作為軸 (尤其是曲軸 )的材料 。 對(duì)飛機(jī) 、 坦克等特別重要齒輪 ， 則可采用高淬透性滲碳鋼 （ 如 18Cr2Ni4WA） 來制造 。 粉末冶金材料一般適用于大批量生產(chǎn)的小齒輪 ， 如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)齒輪 （ 材料） 、 分電器齒輪 （ 材料 ） 、農(nóng)用柴油機(jī)中的凸輪軸齒輪 （ 材料 FeCuC） 、聯(lián)合收割機(jī)中的油泵齒輪 。3 典型零件選材與工藝分析 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。3 典型零件選材與工藝分析 3． 主要性能要求 ① 高的彎曲疲勞強(qiáng)度 ， 防止輪齒的疲勞斷裂 。 尤其是金屬基復(fù)合材料 ， 從力學(xué)性能角度看 ， 可能是最理想的機(jī)械工程材料 。 2023/1/14 19 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、失效形式 167。 167。1 選材的原則 2023/1/14 9 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（金屬材料） 凡相圖上液 固相線間距越小 、越接近共晶成分的合金均具有較好的鑄造性能 。第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 Ch11 材料的選擇與應(yīng)用 167。 因此鑄鐵 、 鑄造鋁合金 、 鑄造銅合金的鑄造性能優(yōu)良；在應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料中 ，鑄鐵的鑄造性能優(yōu)于鑄鋼 ， 在鋼的范圍 ， 中 、低碳鋼的鑄造性能又優(yōu)于高碳鋼 ， 故高碳鋼較少用做鑄件 。1 選材的原則 2023/1/14 14 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（ 高分子材料 ） 高分子材料的加工工藝主要為成型加工 ， 且工藝性能良好 ， 所用工具為 成型 模 （ 其中主要為塑料模 ） ， 具體的成型方法很多 ， 如注射成型 、 吹塑成型 、 擠壓成型等；也易于進(jìn)行 切削加工 ， 但因其導(dǎo)熱性能較差 ， 在切削過程中應(yīng)注意工件溫度急劇升高而導(dǎo)致的軟化 （ 熱塑性塑料 ） 和燒焦 （ 熱固性塑料 ） 現(xiàn)象 。2 零件的失效與 選材 四類： 過量變形 、 斷裂 、 表面損傷和物理性能降級(jí) 對(duì)結(jié)構(gòu)材料的失效而言 ， 前三種是最主要的；其中斷裂失效 （ 尤其是脆性斷裂 ） 因其危險(xiǎn)性而易受重視 、 且研究最多 ， 疲勞斷裂最普遍 ， 是斷裂失效的主要方式 。 但復(fù)合材料價(jià)格昂貴 ， 除在航天航空 、 船舶 、 武器裝備等國(guó)防工業(yè)中的重要結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用外 ， 在一般的民用工業(yè)上應(yīng)用有限 。 ② 足夠高的齒面接觸疲勞極限和高的硬度 、 耐磨性 ， 以防齒面損傷 。 鍛造可改善鋼的組織并形成有益的加工流線 ， 力學(xué)性能優(yōu)良 。 2023/1/14 37 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類零件選材（非金屬材料） 167。 2023/1/14 43 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類零件選材（典型齒輪選材） 167。 鑄鐵軸的剛度和耐磨性不低 ， 且具有缺口敏感性低 、 減振減摩 、 切削加工性好且生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn) ， 選材時(shí)值得重視 。3 典型零件選材與工藝分析 日用刀具 與機(jī)械切削刀具的工作條件和性能要求有較明顯的差別；如因形狀薄、窄、小，而要求較高的韌性以防止折斷；因切斷對(duì)象較軟、磨損不嚴(yán)重，故無(wú)需過高的硬度和耐磨性；因清潔標(biāo)準(zhǔn)或工作條件下的腐蝕，而要求較好的耐蝕性等。 例如 ， Whirlpool公司的德國(guó)合作伙伴的包裝工程師將用于包裝的材料從 20種減少到 4種 ， 在滿足基本功能要求的前提下 ， 不僅降低了材料成本 ， 且使處理廢棄物的成本減少了一半 。 試從使用性能 、 制造工藝和綠色特性等方面比較塑料飲料瓶 、玻璃飲料瓶 、 金屬飲料瓶的優(yōu)缺點(diǎn) 。 2023/1/14 64 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇 167。3 典型零件選材與工藝分析 2023/1/14 56 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 五、冷作模具選材 167。3 典型零件選材與工藝分析 軸類零件選材時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ① 以剛度為主、輕載、非重要軸，為降低成本，可選用碳鋼(如 45鋼 )、鑄鐵 (如 QT7002)、 甚至普通質(zhì)量碳鋼 (如 Q275)制造；一般進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，若需提高相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位的耐磨性，可對(duì)其進(jìn)行表面淬火。 2023/1/14 44