常用机械零件材料选择论文.docx

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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。

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，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30—45hrc。

20crmnti的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。