材 料 相 对 价 格 1 1.2~1.7 1.4~1.5 2 1.7~1.9 3 2.1~2.9 1.6~1.9 材 料 相 对 价 格 1.4~1.5 2.4~3.7 5.4~7.2 13.5~15 8 20 13 2.4~2.9
碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构 钢 易切削钢 合金结构钢 铬镍合金结构 钢 滚动轴承钢 弹簧钢
★仪表齿轮：板材冲压、非铁合金压力铸造。 ★大齿轮（d>500）：铸钢，铸造
2 带轮、飞轮、手轮等：受力不大，结构复杂
一般为灰铸铁铸造，单件生产时，也可采
用低碳钢焊接件。
3 模具毛坯：合金钢锻造
例子：JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
（二） 选材: 45钢或40Cr。
（三） 加工工艺路线:
下料 锻造 正火 粗加工 调质
半精加工 铣键槽 粗磨
钻中心孔
精车加工
局部淬火(锥孔及外锥体) 花键淬火 精磨
滚铣花键
例2：YJ – 130汽车半轴
一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。
碳素工具钢 低合金工具钢 高合金工具钢 高速钢 铬不锈钢 铬镍不锈钢 普通黄铜 球墨铸铁
二.选择材料的基本过程
三.零件的失效分析 1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
结构或形状设计不合理。
材料的选择不合理。 2.原因
加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
过量变形失效
Hale Waihona Puke 过量弹性变形过量塑性变形 韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂 疲劳断 裂 蠕变断裂 应力腐蚀断裂
较好
不均匀 较好或不 均匀 不均匀
选择合适焊条、焊丝及 热处理等
焊接 钎焊
增加搭接面积，提高承 载能力
（一）适用性原则
指满足零件的使用要求及对成型加工工艺的适应。
包括两个方面：
1 满足使用要求
如机床主轴：关键零件，受力复杂 45钢或40Cr锻造成形 2 适应成形加工工艺性 如机床床身，起支撑作用，形状复杂：灰铸铁铸 造；重要的受力复杂的钢质零件：锻造；
二) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。
三) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质
半精加工 磨花键
精车加工
盘部钻孔
二、盘套类零件
如齿轮、带轮、 飞轮、模具等
1 齿轮：重要传动零件，受力复杂，心部要求 具有良好的综合性能，齿面耐磨。
★机床齿轮：受力复杂，载荷大，选用中碳 合金钢或合金渗碳钢——锻造。 ★低速机械齿轮：受力不大，可采用灰铸铁铸 造。（汽车发动机齿轮）
（二）经济性原则 在满足使用要求的前提下，尽量降低零件的制 造成本，以提高经济效益。 （三）可行性原则 考虑现有生产条件 制定生产方案必须与有关企业部门的具体 生产条件相结合，才是合理和切实可行的。
15.2
常用机械零件的材料和毛坯成形方法选择
一、轴杆类零件 ★轴类零件按照承载情况不同可分为心轴、转 轴、传动轴三类，如传动轴、机床主轴等。 一般是重要的受力和传动零件，要求有较 高的综合力学性能。
第15章 零件材料和毛坯成形
方法的选择
15.1 零件材料和成形方法选择的原则 一、零件选材原则
1 材料的使用性能应满足使用要求 根据零件的工作条件、损坏(或失效)形式 , 选 择满足力学性能的材料。 2 材料的工艺性能
对零件加工生产有直接的影响,甚至是决定性的。
3 经济性原则
主要是性价比
材料的相对价格
自重轻、导热性好：铝合金 ，如摩托车 发动机箱体
很复杂时可采用铸—焊结构
练习：为下列零件选择材料和成型方法 锅炉筒体： 15钢板 ， 弯曲卷板→埋弧焊
汽车发动机缸体：灰铸铁 铸造
汽车发动机活塞：铝合金 金属型铸造
汽车发动机曲轴 ：球铁铸造或调质钢锻造
二) 选材: 20 CrMnTi 钢。
四) 加工工艺路线: 下料 渗碳 磨齿 锻造 淬火 正火 机械加工 喷丸
低温回火
三、机架、箱体类零件 各类机械的机身、底座、支架、工作台及齿轮 箱、减速箱等：受力不大，结构复杂。 一般铸造成型，如发动机缸体。 受力较小：铸铁，如发动机缸体、机床床身 材 料 受力较大或较复杂：铸钢（如水压机横梁、轧 钢机机架等）
3.形式
断裂失效
磨损 表面损伤失效 接触疲劳 腐蚀
四、毛坯成型方法选择原则 毛坯内在质量的比较
成型方法 铸造 组织特征 铸态组织，晶粒粗 大 性能特点 较差 改善方法 增加过冷度，变质处理 等
锻造
再结晶组织，有锻 造流线
熔焊 压焊 接头组织复杂 接头具有再结晶或 加工硬化组织 接头具有和金铸态 组织
1 材料：45钢、40Cr等中碳钢或中碳合金钢 2 成形方法：一般为锻造
3 热处理：正火+调质
★车床主轴： 45钢或40Cr锻造成形
★ 某些异型断面的轴，如曲轴承载较小时，可采 用球墨铸铁铸造。
锻—焊组合
例1：C616 – 416车床主轴
（一）工作条件: 1.该轴在滚动轴承中运转。 2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。 3.转速中等。