常用机械零件材料选择论文.docx

1、常用机械零件材料的选择摘 要文章分析了机械零件材料选择的基本要求，阐述了零件材料选择的基本方法。对常用零件（齿轮、轴等）材料选择应注意 的问题提出了建议。关键词机械零件、材料选择、齿轮材料、轴类材料中图分类号：td63 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）04-0041-01 在机械零件的设计与制造过程中，材料选择是否得当，直接影响到零件的使用性能、使用寿命及制造成本。在实际工作中许多机 械工程师，常常把零件的材料选择看成一种简单而不太重要的任务。当碰到零件的材料选择问题时，一般都是参考相同零件或类似 零件的用材方案，选择一种传统上使用的材料（这种方法称为经验 选材法）。当

2、无先例可循，同时对材料的性能（如耐腐蚀性能等） 又无特殊要求时，他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据，信 手选定一种较万能的材料，例如 45 钢。这种简单化的处理方法已日益暴露出种种缺点，并证明是许多重大质量事故的根源。所以， 选材正在逐渐变成一种严格地建立在试验与分析基础上的科学方法。掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很 大的实际价值。1 机械零件材料选择应满足的的基本要求1.1 使用性能要求材料在使用过程中的表现，即使用性能，是选材时应考虑满足的根本要求。不同零件所要求的使用性能是很不一样的，有的零件 主要要求高强度，有的则要求高的耐磨性，有的甚至无严格的性能 要求，仅

3、仅要求有美丽的外观。因此，在选材时，首要的任务就是准确地判断零件所要求的主要使用性能（见图 1）。对所选材料使用性能的要求，是在对零件的工作条件及零件的失效分析的基础上提出的。零件的工作条件是复杂的，要从受力状 态、载荷性质、工作温度、环境介质等几个方面全面分析。受力状 态有拉、压、剪、扭、弯等，载荷性质有静载、冲击载荷、交变载 荷等，工作温度可分为低温、室温、高温、交变温度，环境介质为 与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱、盐等。为了更准地了解零件的使用性能，还必须分析零件的失效方式， 从而找出对零件失效起主要作用的性能指标。1.2 工艺性能要求材料的工艺性反映的是材料本身能够适应各种加

4、工工艺要求的能力，即要求所选材料在加工制造时，首先能够造出成品来，并且 能够便于制造、同时必须保证质量。（1） 热加工工艺性能 热加工工艺性能主要指铸造性能、锻造性能、焊接性能和热处理性。（2） 切削加工性能 金属的切削加工性能一般用刀具耐用度为60min 时的切削速度 v60 来表示，v60 越高，则金属的切削性能越好。1.3 经济性能要求零件材料的选择要以最小的耗费取得最大的经济效益。同时， 在满足使用性能的前提下，选用材料还应注意尽量降低零件的总成 本。1） 材料价格 材料价格在产品总成本中占较大比重，达 30%一70%。如果能用价格较低的材料满足工艺及使用要求，就不用价格 较高的材料。

5、2） 提高材料的利用率 如用精铸、模锻、冷拉毛坯，可以减少切削加工面材料的浪费。3） 零件的加工和维修费用等要尽量低。4） 采用组合结构 如蜗轮齿圈可采用减磨性好的贵重金属，而其他部分采用廉价的材料。5） 材料的合理代用 对生产批量大的零件，要考虑我国资源状况，材料来源要丰富，尽量避免采用我国稀缺而需进口的材料，尽 量用高强度铸铁代替钢，用热处理方法等强化的碳钢代替合金钢。此外，选材时还应考虑零件的实用性和市场需求。某项产品或某种机械零件的优劣，不仅仅要求能满足工作条件的使用要求。从 商品的销售和用户的愿望考虑，产品还应具有重量轻、美观、经久 耐用等特点。这就要求在选材时，应突破传统观点的束缚

6、，尽量采 用先进科学技术成果，做到在结构设计方面有创新、有特色。在材 料制造工艺和强化工艺上有改革、有先进性。2 机械零件材料选择的方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。它需要设计者熟悉零件的工作条件和失 效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知 识以及较丰富的生产实际经验。通过具体分析，进行必要的试验和 选材方案对比，最后确定合理的选材方案。选材步骤见图 1。3 常用机械零件材料的选择3.1 齿轮材料的选择1） 齿轮工作时常见失效 疲劳断裂：主要从根部发生。过载断裂：主要是冲击载荷过大造成的断齿。齿面磨损：由于齿面接触区 摩擦，使

7、齿厚变小。齿面点蚀：在交变接触应力作用下，由于疲劳 而产生的点状损伤，使得齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点 状剥落（或称麻点）。2） 齿轮材料选择应注意的问题（1） 齿轮材料的选择必须满足工作条件的要求。例如，用于飞 行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因 此必须选择机械性能高的合金银，矿山机械中的齿轮传动，一般功 率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择 铸钢或铸铁等材料，家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平 稳、低噪声或无噪声以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因 此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿 轮材料时首先应考虑

8、的因素。（2） 齿轮材料的选择应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢 或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸的齿轮，可选择锻钢制 作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢做毛坯。（3） 对于正火碳钢齿轮，不论毛坯的制作方法如何，只能用于 制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷，调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。（4） 对于汽车变速箱中的齿轮材料选择应为 20crmnti 钢，该钢具有较高的力学性能，在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62hrc，芯部硬度为 3045hrc。20crmnti 的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。