第4章机械零件的常用材料及结构工艺性

机械零件的常用材料及结构工艺性

第四章

机械零件的常用材料及结构工艺性

【学习目标及要求】 本章首先介绍机械零件常用的材料，钢的热处理， 以及如何正确选用机械零件的材料；然后介绍零 件的结构工艺性，以便于毛坯的制造、零件的加 工、装配和改善零件的工作条件等；最后介绍零 件的标准化问题。

机械零件的常用材料及结构工艺性

4.1 机械零件的常用材料及其选用4.1.1机械零件的常用材料

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机械零件所用机械工程材料的钢材基本情况介绍

1、钢

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(1)普通质量非合金结构钢(普通碳素结构钢)表4-1普通质量非合金结构(普通碳素结构钢) 牌号力学性能(不小于)抗拉强度σ b

用途

Mpa

屈服点σ s Mpa

伸长率δ

%

Q195 Q215

315~430 335~450

195 215

33 31

冲压件、焊接件及受载小的机械零件， 如垫圈、开口销、铆钉、地脚螺栓等 焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆 钉、销轴、连杆、支座等受载不大的机 械零件 金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、 键、转轴、心轴、链轮、吊钩、连杆等 受力较大的机构零件

Q235Q255 Q275

375~500410~550 490~630

235255 275

2624 20

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(2) 优质非合金钢结构钢(优质碳素结构钢)表4-2优质非合金钢结构钢(优质碳素结构钢) 牌号 用途%

力学性能(不小于)抗拉强度σ b

Mpa

屈服点σ s Mpa

伸长率δ

08

325335410 490 570

195205245 295

33

管子、垫片、要求不高的渗碳或 氰化零件，如套筒、短轴等3125 21 19

1020 30 40

冷冲压件、联接件及渗碳零件， 如心轴、套筒、螺栓、螺母、吊 钩、摩擦片、离合器盘等调质零件，如齿轮、套筒、连杆、 轴类零件及联接件等

335

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表4-2续表

牌号

力学性能抗拉强度σ b Mpa 屈服点σ s Mpa 伸长率δ %

用途

4550 60 70 85

600 630 675 715 1130

355 375 400 420 980

16 14 12 9 6

调质零件，如齿轮、套筒、连杆、 轴类零件及联接件等

弹簧、弹性垫圈、凸轮及易磨 损零件

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(3)低合金高强度结构钢表4-3低合金高强度结构钢 牌号Mpa

力学性能抗拉强度σ b 屈服点σ s Mpa 伸长率δ

用途%

Q295

390~570

295

23

桥梁、车辆、容器、焊管

Q345

470~630

345390 420 460

21

桥梁、车辆、压力容器、船舶桥梁、船舶、中压容器、起重设备 大型桥梁、高压容器、大型船舶

Q390 490~650 Q420 Q460 520~680 550~720

20 19 17

中温高压容器、大型桥及船

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(4)合金结构钢表4-4合金结构钢牌号抗拉强 度σ b Mpa

力学性能屈服点σ s Mpa 伸长率 δ %

用途

20Cr20MnVB

835

540885

1010

用于要求心部强度较高，承受磨损， 尺寸较大的渗碳零件

1080980980 885

制造齿轮等渗碳零件用于较重要的调质零件，如连杆、重 要齿轮、曲轴等

40Cr40CrNiMoA

785835 735

912 10

用于制造承受冲击载荷的高强度 零

件 可代替40Cr钢制造齿轮、轴类零 件

45Mn2

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表4-2续表

牌号

力学性能抗拉强度 σb Mpa 屈服点σ s Mpa 伸长率 δ %

用途

35CrMo40CrMnMo 65Mn 60Si2Mn 50CrVA

980

835 785 785 1175 1130

12 10 8 5 10

制造大截面齿轮、轴类零件 制造高强度调质零件 截面小于20mm的冷卷弹簧 250℃以下的耐热弹簧 大截面高强度弹簧

980980 1275

1275

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(5)铸钢表4-5一般工程用铸造碳钢牌号力学性能抗拉强 度σ bMpa

用途伸长率δ %

屈服点 σs Mpa

ZG200-400 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 ZG340-640

400

200230 270 310 340

2522 18 15 10

各种形状的机件，如机座、变速器箱壳 等 机座、机盖、箱体等。焊接性良好 飞轮、机架、蒸汽锤、联轴器、水压机 工作缸，焊接性尚好 联轴器、气缸、齿轮、重载荷机架等 起重运输机中的齿轮、联轴器等重要机 件

450500 570 640

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(6)铸铁表4-6 灰铸铁牌号铸铁壁厚/mm抗拉强度 σb Mpa

用途

HT150 HT200 HT250 HT300 HT350

10~20

145

承受中等载荷的零件，如端盖、轴承座、阀 壳、管子附件、一般机床床身、滑座、工作 台等 承受较大载荷和要求有一定的气密性或耐蚀 性等较重要的零件，如汽缸、齿轮、机床、 飞轮、齿条、衬筒、液压筒、泵的壳体、阀 壳、油缸、气缸、联轴器、机体、齿轮、齿 轮箱外壳、飞轮、凸轮、轴承座等 承受高载荷、耐磨和高气密性重要零件，如 重型机床、剪床、齿轮、凸轮、车床卡盘、 压力机的床身、导板、增压液压筒、泵的壳 体等

10~20 10~20 10~20 10~20

195 240 290 340

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(7)铜合金表4-7 铜合金牌号力学性能抗拉强 度σ bMpa

用途

伸长率δ%

ZCuSn5Pb5Zn5 (5-5-5锡青铜) ZCuSn10P1 (10-1锡青铜) ZCuPb20Sn5 (20-5锡青铜) ZCuAl10Fe3 (10-3铝青铜) H68(黄铜) H62(黄铜)

200

13 35 10 50 49

受载较大的零件，如轴套、轴承、螺母 等耐磨件受冲击载荷的耐磨件，如齿轮、蜗轮、轴瓦、 衬套、丝杆螺母等 受重载的轴承、轴瓦等 重要的轴承、轴套、轮缘及大型铸件等 冷冲压件，如法兰盘、支架、散热器外壳等

220150 490 300 370

螺母、垫圈、铆钉、弹簧等

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(8)铝及铝合金 表4-8 铝及铝合金牌号力学性能抗拉强 度σ bMpa

用途

伸长率δ %

5A02(LF2, 防锈铝)2A50 (LD5,锻铝)

190

23

中等强度的焊接件、冷冲压件、管道、容器、 铆钉等 形状复杂的冲压件、锻压件 中等强度零件及焊接件，如螺栓、铆钉、接 头、骨架等 高强度零件、大梁、框架等 中等强度形状复杂的零件，如支架、壳体、 发动机附件等

420420

13 15

2A11 (LY11,硬铝)7A04 (LC4,超硬铝) ZL101

600 222

12 1

(铸铝硅合金)

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表4-9 工程塑料 力学性能 名称抗拉强度 σb Mpa

(9)工程塑料用途

伸长 率δ %

丙烯

腈，丁二 烯、苯乙烯

61.7(高强 度中冲击 型) 70.5~ 83.3 46~81.3

---

(ABS) 聚砜(PSU)

作一般结构或耐磨受力传动零件和耐磨蚀设备， 用ABS制成泡沫夹层板可做不轿车车身

20~ 适于高温下工作的耐磨受力传动零件，如汽车分速器 盖、齿轮以及电气绝缘零件等 100 60~ 适用于中等载荷、温度≤100~200℃,无润滑或少润 滑条件下工作的耐磨受力传动零件 200

尼龙66聚四氟乙烯PTFE,F-4)

13.7~ 24.5

250 ~350

主要用作耐化学腐蚀、耐高温的密封元件，也用作输 送腐蚀介质的高温管道、耐腐蚀衬里、容器以及轴承、 导轨、无油润滑活塞环、密封圈等常用的为层压酚醛塑料和粉末状压制塑料，有板材、 管材及棒料等。可用作轴承、轴瓦、带轮、齿轮、制 动装置和离合装置的零件，摩擦轮及电气绝缘零件等

酚醛塑料 (PF)

24.5

-

机械零件的常用材料及结构工艺性

4.1.2机械零件材料的选用为了正确选用材料，以下选材原则是非常重要的。(1)根据材料的使用性能选材 ①考虑零件所受载荷的大小和性质，以及应力状态。 ②考虑零件的工作条件。 ③考虑对零件尺寸及重量有限制。 ④考虑零件的重要程度。 ⑤考虑其他特殊要求。

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(2)根据材料的工艺性能选材

考虑零件结构需要和不同材料适合不同加工方法来综合 考虑选用。一般说来，箱体类零件宜选用铸铁，轴和齿轮 宜选用型材，重要的轴或齿轮宜选用锻件。

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(3)根据材料的经济性选材

常用金属材料中一般说来，铸件成本最低，型材次之， 锻件最高。 在保证零件使用性能前提下，尽量选用便宜的材料，可 降低零件总成本。但有时选用性能好的材料，虽然其价格 较贵，但由于零件自重减轻，使用寿命延长，维修费用减 少，反而是经济的。

机械零件的常用材料及结构工艺性

总之，在选用材料时，应结合零件的使用情况、各种材料 的性能和毛坯的制造方法等因素予以综合考虑，分清主次， 以满足主要要求，协调次要要求，在选用材料时，还应注 意本单位对材料使用的有关规定及经验，参照已成功使用 着的同类机器中各零件材料的应用情况，些都将有助于对 零件材料的和选取。 各行各业都有很好的选材案例，大家要结合工作不断体 会材料的选用方法。

机械零件的常用材料及结构工艺性

2、常用机器零件选材(1)轴类零件的材料选择 轴的功能是支承旋转零件、传递动力或运动。轴类零 件是机床、汽车等各类机器的重要零件之一。轴类零件一 般按强度、刚度计算和结构要求进行零件设计和选材。

制造轴类零件的材料主要是各种结构钢(如45、 40Cr、38CrMoAl、20Cr),特殊场合也用不锈 钢、有色金属甚至塑料。近年来，球墨铸铁和高 强度铸铁(如HT350,KTZ550-06)已愈来愈多 地作为制造

轴类的材料，如内燃机曲轴、普通机 床的主轴等。 (大部分的轴是用型材或锻件)

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