【正文】 趙華洋 一、工程材料的應(yīng)用概況 167。 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 。但應(yīng)注意的是 ， 隨著復(fù)合材料的生產(chǎn)成本降低 ， 其應(yīng)用潛力巨大 、 前景極其廣闊 。3 典型零件選材與工藝分析 金屬材料 、 尤其是鋼鐵材料 ， 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)的競爭力 ， 故金屬材料仍然是機(jī)械工程材料的主力軍 。 以載重汽車用材的重量為例 ， 鋼占 65％ 、 鑄鐵占 20％ 、 有色金屬占 3％ 、 非金屬材料約占 12％ 。 2023/1/14 26 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（概述） 167。 不同的齒輪， 其工作條件、失 效形式和性能要 求各有不同。3 典型零件選材與工藝分析 1． 工作條件 ① 傳遞扭矩 ， 齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力； ② 齒面嚙合并發(fā)生相對滑動(dòng)與滾動(dòng) ， 承受較大的交變接觸應(yīng)力及強(qiáng)烈的摩擦； ③ 啟動(dòng) 、 換檔或嚙合不良 ， 齒輪承受一定的沖擊力； ④ 有時(shí)有其它特殊條件要求 ， 如耐高 、 低溫要求 ， 耐蝕要求 ， 抗磁性要求等 。3 典型零件選材與工藝分析 2． 主要失效形式 ① 斷裂 —— 包括交變彎曲應(yīng)力引起的輪齒疲勞斷裂和沖擊過載導(dǎo)致的崩齒與開裂； ② 齒面損傷 —— 包括交變接觸應(yīng)力引起的表面接觸疲勞 （ 麻點(diǎn)剝落 ） 和強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)致的齒面過度磨損； ③ 其它 特殊失效 ， 如腐蝕介質(zhì)引起的齒面腐蝕現(xiàn)象 。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 。 ③ 足夠的齒心部強(qiáng)韌性 ， 以防沖擊過載斷裂 。3 典型零件選材與工藝分析 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。 重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造 。 具有表面高硬度 (56～ 62HRC)和高耐磨性 、 高的彎曲疲勞極限和接觸疲勞極限 ， 心部具有足夠高的強(qiáng)韌性；故適合于制造高速 、 大沖擊的中載和重載齒輪 。3 典型零件選材與工藝分析 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。 重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造 。 其中 Q275只宜制作低速 、 輕載 、 無沖擊的非重要齒輪 ， 一般在正火狀態(tài)直接使用； 45鋼可用作低中速 、 輕中載 、 小沖擊的齒輪 ， 依據(jù)具體工作條件不同 ， 可在正火 、 調(diào)質(zhì) 、 表面淬火狀態(tài)下使用； 40Cr、 40MnB合金鋼的綜合力學(xué)性能優(yōu)于 45碳鋼 ， 可用做相對重要的齒輪 ， 多在表面淬火狀態(tài)使用 ， 少數(shù)情況也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用 。3 典型零件選材與工藝分析 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造 。 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。常用鑄鋼牌號(hào)有ZG270— 500、 ZG310— 570、 ZG40Cr等。 2023/1/14 34 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。常用牌號(hào)有 HT200、 HT250、 HT350等；由于球墨鑄鐵的強(qiáng)韌性較好 ， 故采用 QT600 QT5007代替部分鑄鋼齒輪的趨勢越來越大 。 2023/1/14 35 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。 2023/1/14 36 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。 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 陶瓷材料 脆性大 、 工藝性能差 ， 一般不用做齒輪材料； 高分子材料 （ 如尼龍 、 ABS、 聚甲醛等 ） 具有減摩耐磨 （ 尤其是在無潤滑或不良潤滑條件下 ） 、 耐蝕 、 質(zhì)量輕 、 噪聲小 、 生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn) ， 故適合于制造輕載 、 低速 、 無潤滑條件下工作的小齒輪 ， 如儀表齒輪 、 玩具齒輪 、 車床走刀機(jī)械傳動(dòng)齒輪等 。3 典型零件選材與工藝分析 對 開式傳動(dòng) 齒輪 ， 或低速 、 輕載 、 不受沖擊或沖擊較小的齒輪 ， 宜選相對價(jià)廉的材料 ， 如鑄鐵 、 碳鋼等；對 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 2023/1/14 40 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。 大多采用碳鋼 ( 45鋼 )制造 ， 經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行表面淬火＋低溫回火 ， 其齒面硬度可達(dá) 50HRC，齒心硬度為 220～ 250HBS， 可滿足性能要求；對部分性能要求較高的齒輪 ， 也可選用中碳合金鋼 (40Cr、40MnB、 40MnVB等 )制造 ， 其齒面硬度可提高到 58HRC左右 、 心部強(qiáng)韌性也有所改善；極少數(shù)高速 、 高精度 、 重載齒輪 ， 還可選用中碳氮化鋼 (如 35CrMo、38CrMoAlA等 )進(jìn)行表面滲氮處理制造 。3 典型零件選材與工藝分析 機(jī)床齒輪的簡明加工工藝路線： 下料 → 鍛造 → 正火 → 粗加工 → 調(diào)質(zhì) → 精加工 → 表面淬火＋低溫回火 → 精磨 正火 可使鍛造組織均勻化 、 便于切削加工 、 可作為表面淬火前的預(yù)備組織 、 并保證齒心的強(qiáng)韌性 。表面淬火 可提高齒輪表面的硬度 ， 耐磨性和疲勞性能 。 2023/1/14 42 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。 對飛機(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 。3 典型零件選材與工藝分析 采用 20CrMnTi制造汽車齒輪 ， 簡明 工藝路線 為： 下料 → 鍛造 → 正火 → 切削加工 → 滲碳 → 淬火＋低溫回火 → 噴丸 → 磨削加工 滲碳淬火處理可使齒面具有高硬度 、 高耐磨性和高的疲勞性能 ， 而心部保持良好的強(qiáng)韌性；噴丸作為進(jìn)一步強(qiáng)化手段 ， 可使齒面硬度提高 1～ 3HRC， 增加表層殘余壓應(yīng)力 ，進(jìn)而提高疲勞極限 。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 。 2023/1/14 45 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 三、軸類零件選材（實(shí)物） 167。3 典型零件選材與工藝