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1、第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用 一、設(shè)計目的一、設(shè)計目的 掌握各種常用金屬、非金屬材料的性能、牌號掌握各種常用金屬、非金屬材料的性能、牌號和用途；了解常存元素對金屬材料性能的影響；熟和用途；了解常存元素對金屬材料性能的影響；熟悉加工工藝對所選材料力學(xué)性能的要求；掌握機(jī)械悉加工工藝對所選材料力學(xué)性能的要求；掌握機(jī)械零部件選材的過程與方法。零部件選材的過程與方法。二、設(shè)計條件二、設(shè)計條件 減速器工作環(huán)境條件、使用場合、負(fù)載以及性減速器工作環(huán)境條件、使用場合、負(fù)載以及性能要求，加工手段和工藝要求能要求，加工手段和工藝要求 三、設(shè)計內(nèi)容及要求三、設(shè)計內(nèi)容及

2、要求（1）確定減速器軸類零件的材料選擇過程；）確定減速器軸類零件的材料選擇過程；（2）齒輪零件的材料選擇過程；）齒輪零件的材料選擇過程；（3）箱體零件的材料選擇過程）箱體零件的材料選擇過程 5.1 5.1 減速器主要零部件材料的選定說明減速器主要零部件材料的選定說明 第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用 5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料5.2.1 5.2.1 常用金屬材料常用金屬材料1.1.碳素鋼碳素鋼（1 1）碳素鋼分類）碳素鋼分類按鋼的含碳量分類：低碳鋼按鋼的含碳量分類：低碳鋼 中碳鋼中碳鋼 高碳鋼高碳鋼 按質(zhì)量分類：

3、普通碳素鋼按質(zhì)量分類：普通碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 高級優(yōu)質(zhì)碳高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼素鋼 按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素工具鋼碳素工具鋼 特殊性能鋼特殊性能鋼 按金相組織分類：有亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼按金相組織分類：有亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼按鋼的脫氧程度分類：有沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜按鋼的脫氧程度分類：有沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼鋼 第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用（2 2）碳鋼的牌號）碳鋼的牌號 1 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼 字母字母Q+Q+屈服點數(shù)值（單位為屈服點數(shù)值（單位為MPaMPa）+質(zhì)量等級符質(zhì)量等級符號（號（A

4、A、B B、C C、D D）+脫氧方法符號（脫氧方法符號（F F、b b、Z Z、TZTZ）組成組成。2 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，即是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，即是鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用 3 3）鑄鋼）鑄鋼 鑄鋼的牌號是用字母鑄鋼的牌號是用字母“ZGZG”加上兩組數(shù)字組成。加上兩組數(shù)字組成。4 4）碳素工具鋼）碳素工具鋼 碳素工具鋼的牌號由碳素工具鋼的牌號由“T T”加數(shù)字表

5、示。加數(shù)字表示。“T T”是是“碳碳”字漢語拼音字首，數(shù)字表示平均含碳量的千字漢語拼音字首，數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)；若為高級優(yōu)質(zhì)工具鋼，在牌號后加分?jǐn)?shù)；若為高級優(yōu)質(zhì)工具鋼，在牌號后加“A A”2.2.合金鋼合金鋼 合金鋼是指在碳鋼基礎(chǔ)上，加入一些元素所形成合金鋼是指在碳鋼基礎(chǔ)上，加入一些元素所形成的鋼種，加入的元素稱為合金元素。的鋼種，加入的元素稱為合金元素。5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料合金鋼的牌號是采用鋼中含碳量加

6、合金元素符號合金鋼的牌號是采用鋼中含碳量加合金元素符號及其含量的方法來表示。牌號的首位數(shù)字表示鋼及其含量的方法來表示。牌號的首位數(shù)字表示鋼的平均含碳量，的平均含碳量，（3 3）合金結(jié)構(gòu)鋼）合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于重要的工程機(jī)構(gòu)和機(jī)器零合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于重要的工程機(jī)構(gòu)和機(jī)器零件的鋼件的鋼。常用合金結(jié)構(gòu)鋼有：低合金結(jié)構(gòu)鋼常用合金結(jié)構(gòu)鋼有：低合金結(jié)構(gòu)鋼 、合、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼 、合金彈簧鋼、合金彈簧鋼 、滾動軸、滾動軸承鋼等。承鋼等。第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬

7、材料（4 4）合金工具鋼）合金工具鋼 合金工具鋼分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三類合金工具鋼分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三類。（5 5）特殊性能鋼）特殊性能鋼 指具有某些特殊的物理、化學(xué)、力學(xué)性能，能指具有某些特殊的物理、化學(xué)、力學(xué)性能，能在特殊環(huán)境、工作條件下使用的鋼。常用的有不銹在特殊環(huán)境、工作條件下使用的鋼。常用的有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。包括不銹鋼、鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。包括不銹鋼、耐熱鋼耐熱鋼、耐磨鋼等。耐磨鋼等。第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料3 3、鑄鐵、鑄鐵 鑄鐵是含碳量在鑄

8、鐵是含碳量在2.112.11以上的鐵碳合金以上的鐵碳合金 。主要包括灰口鑄鐵主要包括灰口鑄鐵 、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵 、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 、合金鑄鐵等。、合金鑄鐵等。4.4.有色金屬及其合金有色金屬及其合金 非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。包括鋁及非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。包括鋁及鋁合金鋁合金、銅及銅合金和軸承合金、銅及銅合金和軸承合金。5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料5.2.2 5.2.2 常用非金屬材料常用非金屬材料 除金屬以外的所有工程材料通稱為非金屬材料。除金屬以外的所有工程材料通稱為非金屬材料。主要有高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料等

9、三大類。主要有高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料等三大類。這些非金屬材料的原料來源廣泛，自然資源豐這些非金屬材料的原料來源廣泛，自然資源豐富，成型工藝簡單，具有某些特殊的性能，如塑富，成型工藝簡單，具有某些特殊的性能，如塑料的重量輕，橡膠的高彈性，陶瓷耐高溫、耐腐料的重量輕，橡膠的高彈性，陶瓷耐高溫、耐腐蝕等，使得非金屬材料目前已成為機(jī)械工程材料蝕等，使得非金屬材料目前已成為機(jī)械工程材料中不可缺少的、獨立的材料體系中不可缺少的、獨立的材料體系 5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料5.2.2 5.2.2 常用非金屬材料常用非金屬材料1 1、高分子材料、高分子材料 高分子材

10、料是以高分子化合物為主要成分組成高分子材料是以高分子化合物為主要成分組成的非金屬材料。是由低分子化合物聚合而成，也的非金屬材料。是由低分子化合物聚合而成，也稱高聚物。高分子化合物可分為有機(jī)高分子化合稱高聚物。高分子化合物可分為有機(jī)高分子化合物和無機(jī)高分子化合物兩大類。例如：塑料、合物和無機(jī)高分子化合物兩大類。例如：塑料、合成橡膠及合成纖維等。成橡膠及合成纖維等。2.2.陶瓷陶瓷 陶瓷材料是一種用天然或人工合成的化合物陶瓷材料是一種用天然或人工合成的化合物5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料5.2.2 5.2.2 常用非金屬材料常用非金屬材料為原料燒結(jié)而成的無機(jī)非金屬

11、材料。按其成分性為原料燒結(jié)而成的無機(jī)非金屬材料。按其成分性能和用途分為普通陶瓷和特種陶瓷兩種。能和用途分為普通陶瓷和特種陶瓷兩種。3.3.復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料是指由兩種或幾種不同化學(xué)組成和復(fù)合材料是指由兩種或幾種不同化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)組織的材料，以一定形式組合而成的人工結(jié)構(gòu)組織的材料，以一定形式組合而成的人工合成材料。合成材料。性能特點性能特點 ：1 1）較大的比強(qiáng)度和比模量。）較大的比強(qiáng)度和比模量。2 2）抗疲）抗疲勞性和減振性好。勞性和減振性好。3 3）化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性好。）化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性好。5.2 5.2 常用金屬材料與非金屬材料常用金屬材料與非金屬材料5.2.2 5.2.2 常

12、用非金屬材料常用非金屬材料常用復(fù)合材料及其應(yīng)用常用復(fù)合材料及其應(yīng)用：1 1）玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：主要用于軸承、齒輪、）玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：主要用于軸承、齒輪、汽車儀表盤、管道、泵閥等零件及耐蝕耐壓容器。汽車儀表盤、管道、泵閥等零件及耐蝕耐壓容器。2 2）碳纖維復(fù)合材料：主要用于制造齒輪、軸承、碳纖維復(fù)合材料：主要用于制造齒輪、軸承、活塞、密封圈、化工器材零件、航空航天飛行器、活塞、密封圈、化工器材零件、航空航天飛行器、導(dǎo)彈上的零件和發(fā)動機(jī)等。導(dǎo)彈上的零件和發(fā)動機(jī)等。3 3）層疊復(fù)合材料：）層疊復(fù)合材料：廣泛應(yīng)用與航空、交通運輸、廣泛應(yīng)用與航空、交通運輸、建筑、機(jī)械等工業(yè)部門建筑、機(jī)械等工業(yè)

13、部門。第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用4 4）顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料）顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 ：用于制作具有優(yōu)良減摩：用于制作具有優(yōu)良減摩性、消振性的新型軸承材料。性、消振性的新型軸承材料。5.3 5.3 機(jī)械零部件材料的選定機(jī)械零部件材料的選定 機(jī)械零部件材料的選擇除了與零件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)機(jī)械零部件材料的選擇除了與零件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度有關(guān)外，還與零件的失效形式有關(guān)系。度、剛度有關(guān)外，還與零件的失效形式有關(guān)系。一般來講，零件材料的選擇，首先要從零件的失一般來講，零件材料的選擇，首先要從零件的失效形式，選擇材料的類型；再根據(jù)材料的使用性效形式，選擇材料的類型；再根據(jù)

14、材料的使用性能、工藝性和經(jīng)濟(jì)性三個方面進(jìn)行考慮，進(jìn)行零能、工藝性和經(jīng)濟(jì)性三個方面進(jìn)行考慮，進(jìn)行零件材料型號的選擇。件材料型號的選擇。5.3 5.3 機(jī)械零部件材料的選定機(jī)械零部件材料的選定5.3.1 5.3.1 機(jī)械零件的失效形式及原因機(jī)械零件的失效形式及原因1 1、失效的形式、失效的形式 機(jī)械零件由于各種原因，喪失規(guī)定的功能，無機(jī)械零件由于各種原因，喪失規(guī)定的功能，無法繼續(xù)工作的現(xiàn)象稱為失效。零件失效形式歸納法繼續(xù)工作的現(xiàn)象稱為失效。零件失效形式歸納為變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類型。為變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類型。2.2.失效的原因失效的原因（1 1）設(shè)計原因：零件的結(jié)

15、構(gòu)或形狀不合理，在設(shè)計原因：零件的結(jié)構(gòu)或形狀不合理，在零件的各種夾角、缺口、過小的過渡圓角處存零件的各種夾角、缺口、過小的過渡圓角處存在明顯的應(yīng)力集中；在明顯的應(yīng)力集中；5.3 5.3 機(jī)械零部件材料的選定機(jī)械零部件材料的選定5.3.1 5.3.1 機(jī)械零件的失效形式及原因機(jī)械零件的失效形式及原因（2）材質(zhì)原因）材質(zhì)原因 材料性能指標(biāo)不能反映材料對實際失效形式的材料性能指標(biāo)不能反映材料對實際失效形式的抗力，不能滿足工作條件的要求，造成錯誤選材?？沽?，不能滿足工作條件的要求，造成錯誤選材。（3 3）加工工藝不當(dāng)）加工工藝不當(dāng) 零部件在加工或成形過程中，由于采用的工藝零部件在加工或成形過程中，由于

16、采用的工藝不當(dāng)而產(chǎn)生的各種質(zhì)量缺陷不當(dāng)而產(chǎn)生的各種質(zhì)量缺陷 。（4）裝配使用不當(dāng)）裝配使用不當(dāng) 選材的基本原則是所選材料的性能應(yīng)能滿足零選材的基本原則是所選材料的性能應(yīng)能滿足零部件使用要求，經(jīng)久耐用，易于加工制造，成本部件使用要求，經(jīng)久耐用，易于加工制造，成本低，幾個原則：低，幾個原則：1.1.滿足使用要求滿足使用要求2.2.滿足工藝要求滿足工藝要求3.3.滿足經(jīng)濟(jì)性要求滿足經(jīng)濟(jì)性要求5.3 5.3 機(jī)械零部件材料的選定機(jī)械零部件材料的選定5.3.2 5.3.2 機(jī)械零件材料選擇的原則機(jī)械零件材料選擇的原則第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用5.4 5.

17、4 減速器零部件材料牌號的選定過程減速器零部件材料牌號的選定過程1 1、軸類零件、軸類零件 1 1）輕載、低速軸可選用）輕載、低速軸可選用Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275等碳素等碳素結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼，2 2）當(dāng)受中等載荷且轉(zhuǎn)速、沖擊與循環(huán)載荷較小的）當(dāng)受中等載荷且轉(zhuǎn)速、沖擊與循環(huán)載荷較小的減速器軸類零件，常選用中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，減速器軸類零件，常選用中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如如3535、4040、4545、5050鋼（其中鋼（其中4545鋼應(yīng)用最多）鋼應(yīng)用最多）第第5 5章章 常用金屬材料與非金屬材料及選用常用金屬材料與非金屬材料及選用5.4 5.4 減速器零部件材料牌號的選定

18、過程減速器零部件材料牌號的選定過程3 3）對于承受較大載荷或要求精度高以及處于高、）對于承受較大載荷或要求精度高以及處于高、低溫等惡劣條件下工作的減速器軸，選用合金鋼。低溫等惡劣條件下工作的減速器軸，選用合金鋼。2.2.齒輪類齒輪類 確定齒輪用材的主要依據(jù)是：齒輪的傳動方確定齒輪用材的主要依據(jù)是：齒輪的傳動方式（開式或閉式）、載荷性質(zhì)與大?。X面接觸式（開式或閉式）、載荷性質(zhì)與大?。X面接觸應(yīng)力和沖擊負(fù)荷等）、傳動速度（節(jié)圓線速度）、應(yīng)力和沖擊負(fù)荷等）、傳動速度（節(jié)圓線速度）、精度要求、淬透性及齒面硬化要求、齒輪副的材精度要求、淬透性及齒面硬化要求、齒輪副的材料及硬度值的匹配情況等。根據(jù)材料可分為：料及硬度值的匹配情況等。根據(jù)材料可分為：