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谈怎样选择机械零件的材料

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  • 发布时间:2017-04-19
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机械零件材料的选择是-个复杂的决策问题.需要在掌握工程材料理论及其应用理论知识的基础上.明确目标及限制条件.进行具体分析.进行必要的试验和选材方案对比.最后才能确定选材方案 单凭经验或简单套用相似零件的传统用材方案或盲目追求高级优质材料都是不科学的选材方法.往往造成零件质量达不到设计要求或浪费材料 ,甚至造成设备和人身事故。

材料选择-般根据以下三个原则:(1)使用性能原则(2)]:艺性能原则(3)经济性原则1 使用性能原则使用性能是保证零件完成规定功能、安全可靠、经久耐用的必备条件。在大多数情况下是选材首先应该考虑的问题。

在设计零件并进行选材时.应根据零件的工作条件和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标.查手册找出适合其性能要求的材料。

这是保证零件经久耐用的先决条件。如:-些轴类零件,工作条件(受力情况)是交变弯曲应力,扭转应力,冲击负荷、磨损 主要损坏形式是疲劳破析、过度磨损,要求的主要机械性能指标是屈服强度。因此.这些机械性能指标经常成为材料选用的主要依据 而且同时还应考虑到短时过载、润滑浪、材料内部缺陷等因素的影响(1)分析零部件的工作条件确定使用性能。零部件的工作条件往往是复杂的。

(2)分析零部件的失效原因确定主要使用性能 对零部件使用性能的要求.往往是多项的(3)将对零部件的使用性能要求转化为对材料性能指标的要求。有了对零部件使用性能的要求,还不能马上进行选材。

(4)材料的预选 根据对零部件材料性能指标数据的要求查阅有关手册,找到合适的材料,根据这些材料的大致应用范围进行判断、选材2 工艺性能原则材料的工艺性能表示材料加工的难易程度 任何零部件都要通过- 定的加工工艺才能制造出来。因此在满足使用性能选材的同时,必须兼顾材料的工艺性能 工艺性能的好坏.直接影响零部件的质量、生产效率和成本。当工艺性能与使用性能相矛盾时,有时正是从工艺性能考虑.使得某些使用性能合格的材料不得不被放弃。工艺性能经常成为选择材料的主导因素.对大批量生产的零部件尤其如此.因为在大批量生产时.工艺周期的长短和加工费用的高低.常常是生产的关键。

金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力 主要是切削加工性能、材料的成形性能(铸造、锻造、焊接)和热处理性能(淬透性、变形、氧化和脱碳倾向等)。

铸造性能主要指流动性、收缩性、热裂倾向性、偏析和吸气性等。

接近共晶成分合金的铸造性能最好 铸铁、铝硅合金等-般都接近共晶成分。铸造铝合金和铜合金的铸造性能优于铸铁,铸铁又优于铸钢。

锻造性能主要指冷、热压力加工时的塑性变形能力以及可热压力加工的温度范围.抗氧化性和对加热、冷却的要求等。低碳钢的锻造性最好.中碳钢次之,高碳钢则较差。低合金钢的锻造性接近中碳钢。高碳高合金钢(高速钢、高镍铬钢等)由于导热性差、变形抗力大、锻造温度范围小.其锻造性能较差.不能进行冷压力加工。变形铝合金和铜合132金的塑性好,其锻造性较好。铸铁、铸造铝合金不能进行冷热压力加工 。

切削加工性能是指材料接受切削加工的能力 -般用切削硬度、被加工表面的粗糙度、排除切屑的难易程度以及对刃具的磨损程度来衡量。材料硬度在 160~230HBw范围内时,切削加工性能好。硬度太高,切削抗力大,刃具磨损严重,切削加工性下降;硬度太低,则不易断屑,表面粗糙度加大.切削加工性也差。高碳钢具有球状碳化物组织时,其切削加工性优于层片状组织。马氏体和奥氏体的切削加工性差。

焊接性能是指金属接受焊接的能力 -般以焊接接头形成冷裂或热裂以及气孔等缺陷的倾向大小来衡量 碳的质量分数大于O.45%的碳钢和碳的质量分数大于 0.38%的合金钢.其焊接性能较差.碳含量和合金元素含量越高.焊接性能越差,铸铁则很难焊接。铝合金和铜合金.由于易吸气、散热快,其焊接性比碳钢差。

热处理工艺性能主要指淬透性、变形开裂倾向及氧化、脱碳倾向等。钢和铝合金、钛合金都可以进行热处理强化。合金钢的热处理工艺性能优于碳钢 形状复杂或尺寸大、承载高的重要零部件要用合金钢制作。碳钢含碳量越高,其淬火变形和开裂倾向越大。选渗碳用钢时,要注意钢的过热敏感性;选调质钢时,要注意钢的高温回火脆性:选弹簧钢时.要注意钢的氧化、脱碳倾向。

热处理工艺性能:包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向3 经济性原则选材的经济性原则是在满足使用性能要求的前提下.采用便宜的材料,使零部件的总成本,包括材料的价格、加工费、试验研究费、维修管理费等达到最低,以取得最大的经济效益。为此,材料选用应充分利用资源优势,旧能采用标准化、通用化的材料 ,以降低原材料成本 ,减少运输、实验研究费用。选用-般碳钢和铸铁能满足要求的.就不应选用合金钢。在满足使用要求的条件下,可以铁代钢,以铸代锻.以焊代锻.有效地降低材料成本、简化加工工艺。例如用球墨铸铁代替锻钢制造中、低速柴油机曲轴、铣床主轴.其经济效益非常显著。对于要求表面性能高的零部件.可选用低廉的钢种进行表面强化处理来达到要求。

当然,选材的经济性原则并不仅是指选择价格最便宜的材料.或是生产成本最低的产品,而是指运用价值分析、成本分析等方法.综合考虑材料对产品功能和成本的影响.从而获得最优化的技术效果和经济效益 例如.-些能影响整体生产装置的关键零部件,如果选用便宜材料制造 ,则需经常更换,其换件时停车所造成的损失可能大得多,这时选用性能好、价格高的材料,其总成本仍可能是最低的。l

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