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零件设计时选择材料六原则

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人气:-发表时间:2017-12-19 09:00【

 零件设计时,材料选择得合理是决定其使用性能和寿命的基础,同时对热处理的工艺性也有重要影响。因此,材料选择是产品设计质量和热处理工艺质量的另一关键环节。零件材料选择的要点如下:

(1)根据零件工作条件和通常的失效特点选择材料 

零件的工作条件包括零件所受载荷类型及大小、环境温度和介质;零件失效形式包括磨损、变形、韧性断裂和脆性断裂等。所选择的材料必须确保零件工作过程所需要的性能,如各种力学性能、耐磨性、抗咬合粘滞性、耐蚀性、持久强度和低温脆性,以及其他特殊性能要求,如电性、磁性、密度等。例如:

1)对于疲劳失效的零件,应根据其疲劳类型(接触疲劳、冲击疲劳、腐蚀疲劳等)和预选材料本身的特性以及疲劳强度与抗拉强度的关系、以往的经验等进行选材。

2)对于承受冲击频率不大但冲击载荷较大的零件,通常选择的材料其化学成分(质量分数)碳含量不大于0.4%,磷、硫含量在0.025%以下,锰含量不大于1.4%,铬含量小于1.0%。其性能以韧性为主(硬度为45HRC左右)。对于承受冲击频率较大但冲击载荷较小的零件,应以强度为主,硬度以48~ 52HRC为宜。

3)对于要求耐磨的零件,应根据磨损类型(颗粒磨损、粘着磨损、接触磨损和腐蚀磨损)和工作时承受的压力等具体情况,先确定选材方向,进而再确定材料的具体牌号及热处理方法和硬度等性能要求:

4)对于工作温度低于-45℃或工作温度高于350℃要求特殊性能的零件,可参考材料手册中推荐的含镍、铬量较高的钢种。

(2)材料选择应与零件有效截面尺寸相适应 

对于要求整体淬透的零件选材时,必须考虑钢的淬透性。一般机械零件以心部获得50%(体积分数)马氏体视为淬透;重要零件(如航空零件等)以心部获得90%(体积分数)马氏体视为淬透。钢完全淬透的最大直径称为淬火临界直径( D0)。

(3)选择材料应与热处理工艺相适应 

各种钢都有其最佳的热处理工艺。例如,制造模具的高碳钢和高碳合金钢,适合整体淬火硬化后进行化学热处理;低、中碳素钢和低、中碳合金钢适合化学热处理后进行整体淬火硬化;38CrMoAl钢适合渗氮;高锰钢仅适合水韧处理;奥氏体钢适合固溶处理等。

(4)选择材料时应考虑热处理工艺性 

例如,结构复杂的零件要考虑淬火开裂和变形问题。在保证性能要求和不过多增加成本的前提下,采用淬透性好的合金钢用油淬火比碳素钢用水淬火的开裂、变形的敏感性小得多;在满足性能要求的前提下,应尽量采用碳含量较低的钢,以便淬火时产生较小的内应力,从而降低产生裂纹和变形的敏感性。

(5)尽量选用可简化热处理工序的材料 

例如,在保证性能要求的前提下,采用低碳钢淬火代替中碳钢调质,既能满足零件性能要求,又能降低成本;再如,在不受很大冲击的条件下,要求表面耐磨的零件采用中碳钢高频淬火代替低碳钢渗碳淬火,不仅可以满足性能要求,而且因大大简化工序和节约能耗而降低成本等。

(6)关注当前新材料和热处理新工艺  掌握先进技术的发展态势,对材料的选择不断推陈出新;挖掘传统材料的性能潜力,拓展其应用范围等。

青岛丰东热处理专业提供热处理服务,可为客户提供化学热处理(渗碳、渗氮、碳氮共渗)、真空热处理、等离子热处理(离子渗氮)、常规热处理(含深冷处理)等四大领域的热处理加工服务。欢迎新老客户来电咨询,电话:4006577217。

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