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零件和工具的选材原则

时间:2022-11-03 百科知识 版权反馈
【摘要】:所谓失效,就是指零件或工具失去正常工作所具有的效能。事实上,零件或工具的失效是必然的,但要尽可能保证零件或工具的正常使用时间。在各种交变应力和冲击载荷作用下,由于疲劳破坏造成断裂,是最常见的破坏形式,疲劳破坏的最大应力比抗拉强度小得多,有时甚至低于屈服强度,如各种弹簧的破坏,几乎都是疲劳破坏。实践证明,材料抗拉强度越大,疲劳强度就越大。

选用材料最主要的依据是保证零件或工具正常地工作,使它不易发生失效。所谓失效,就是指零件或工具失去正常工作所具有的效能。零件或工具的失效可能是刚一开始工作就发生,但大多是使用了一段时间后发生。事实上,零件或工具的失效是必然的,但要尽可能保证零件或工具的正常使用时间。零件或工具的失效,不要仅理解为破坏或断裂,它还有着更广泛的含义,失效的主要形式有变形、断裂和表面损伤等。

7.1.1 选材原则

选材时,必须考虑其使用性、工艺性及经济性,一般应遵循以下三条原则。

(1)材料性能应满足使用要求。选材时,首先要考虑零件在使用中安全可靠、经久耐用。这就需要知道这个零件的功用、受力状况及具体工作条件,只有这样才能合理地选用材料。

(2)材料应有良好的工艺性能。工艺性是指材料是否容易加工成形的性能,包括铸造性、锻压性、可焊性、切削性等。良好的工艺性能不仅可以保证零件的质量,而且有利于提高生产率,降低生产成本。一般说来,在铸造时要求流动性好、收缩性小;锻造时要求塑性好、变形抗力要小;在切削加工时,切削阻力要小,硬度不能太高;热处理时,要求淬透性好、变形开裂、氧化脱碳倾向要小等。

(3)材料的经济性。在满足前两条原则的前提下,要力求节约,防止浪费,做好废旧利用,能用铸铁的不用钢材,能用碳钢的不用合金钢,能用低合金钢的不用高合金钢,能用国产钢的不用进口钢,有库存钢能用就不要外购,并充分考虑“以铸代锻”、“以铁代钢”的可能性。

材料的经济性一方面反映在原材料的价格上,另一方面反映在工艺成本上。选材时,还应考虑工厂的生产特点、设备条件、技术水平等现实情况,在确保满足零件主要要求的前提下,兼顾其余要求,综合考虑进行选材。

7.1.2 选材方法

选材要抓住主要矛盾。大多数零件都是在多种应力条件下进行工作的,而每个零件的受力状况又因零件的工作条件不同而不一样。选材的基本方法是:在选材时善于抓主要矛盾(即最主要的、起决定性作用的性能要求)作为选材的主要依据,并兼顾其他的性能要求。以下介绍生产中最常见的选材方法。

(1)以综合力学性能为主的选材。一般轴、杆、套类零件在工作时,往往同时承受静、动载荷的作用,这类零件同时要求有较高的强度和较好的韧度,可根据零件受力的大小选择中碳钢或合金调质钢(如45、40Cr、40MnB等)进行正火或调质处理。

(2)以疲劳强度为主的选材。在各种交变应力和冲击载荷作用下,由于疲劳破坏造成断裂,是最常见的破坏形式,疲劳破坏的最大应力比抗拉强度小得多,有时甚至低于屈服强度,如各种弹簧的破坏,几乎都是疲劳破坏。实践证明,材料抗拉强度越大,疲劳强度就越大。在强度相同的条件下,回火组织比正火、退火组织具有较高的疲劳强度,一般选用中高碳钢及其合金钢(如60、65、60Si2Mn),采用淬火及中温回火处理,以提高疲劳强度。

(3)以磨损为主的选材。各种刀具、量具、钻套、顶尖等在工作中是受力较小而磨损大,要求硬而耐磨,常用高碳钢和合金工具钢(如T10、9CrSi)制造,经淬火及低温回火处理,获得高硬度的回火马氏体组织,以满足耐磨要求。

对一些磨损大而又承受较大冲击载荷的零件(如采煤机组和运输机减速箱齿轮),常用低碳钢或合金渗碳钢(如15、20Cr、20MnVB、20CrMnTi)进行渗碳淬火再经低温回火处理,以获得中心韧度高表面硬而耐磨的零件。

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