《汽車工程材料》教案(29,30)-汽車金屬材料的選用

****學院教案用紙^1zk7題￡教學目標目標三熄識目標行知力目進從能感淞要'情面。主標和方計>>>>>教學要點*????占八占八型L/11Oml/B授新2?/ml/B論1二S1寸mHHml/11寸日ml/B2去教問提導間寸mHHml/11備主要教學步驟和教學內(nèi)容****學院教案用紙主要教學步驟和教學內(nèi)容★課程導入:（lOmin）1、機械零件的選材主要考慮哪些方面的因素？2、普通機床上的軸與汽車發(fā)動機曲軸的選材及工藝路線有何異同？（觀看錄像視頻，提出問題，學生思考并回答）★新課講授:（70min）一、機械零件的選材原則機械零部件材料及熱處理工藝的設計是一個重要的環(huán)節(jié)，要綜合考慮選用材料的使用性能、工藝性能和經(jīng)濟性能這三個方面。1、零件失效的概念機械零件的失效是指零件由于某種原因喪失了正常的工作能力。具體表現(xiàn)為：零件完全破壞，不能繼續(xù)工作；零件嚴重損傷，繼續(xù)工作不安全；③不能滿意地達到預期的作用。2、失效形式（1）彈性變形失效原因：材料的剛度不足（2）塑性變形失效原因：材料的屈服強度不足（3）韌性斷裂失效、脆性斷裂失效原因：材料的韌性不足（4）表面損傷失效原因：材料的表面硬度、強度或耐蝕性不足3、選材的基本原則選材的基本原則是所選材料的使用性能應能滿足零部件使用要求，經(jīng)久耐用，易于加工，成本低，即從材料的使用性能、工藝性能和經(jīng)濟性三個方面進行考慮（1）使用性原則＞分析零部件的工作條件，確定使用性能＞分析零部件的失效原因，確定主要使用性能＞將對零部件的使用性能要求轉(zhuǎn)化為對材料性能指標的要求＞材料的預選（2）工藝性能原則金屬材料的工藝性能是指金屬適應某種加工工藝的能力。主要是切削加工性能、材料的成型性能（鑄造、鍛造、焊接）和熱處理性能（淬透性、變形、氧化和脫碳傾向等）（3）經(jīng)濟性原則以鐵代鋼，以鑄代鍛、以焊代鍛歲斷零件選材采否合鋰圧基本標志記:好用一即滿足必需的陸用性能；好做一具有靈好的工運性葩；愎亙能實現(xiàn)較I氐成本。選材的任務就是了解我國的資源和主產(chǎn)情況*結合企業(yè)范實際情況’求得二舌之間的統(tǒng)一?以保證產(chǎn)品性能優(yōu)氨成本低廉、經(jīng)濟致菇最佳.此外還要考慮節(jié)能減排和環(huán)境保;護。二軸類零件的材料選用1、軸的工作條件：（1）傳遞扭矩，承受交變扭轉(zhuǎn)載荷作用；（2）軸頸承受較大的磨擦；（3）承受一定的過載或沖擊載荷。2、軸的主要失效形式：（1）疲勞斷裂（2）斷裂失效（3）磨損失效3、對軸用材料的性能要求：（1）高的疲勞強度，以防止疲勞斷裂。（2）良好的綜合力學性能，以防止沖擊或過載斷裂。（3）良好的耐磨性，以防止軸頸磨損。4、軸類零件的基本選材原則對軸類零部件進行選材時，應根據(jù)工作條件和技術要求來決定：（1）承受中等載荷，轉(zhuǎn)速又不高的軸，大多選用中碳鋼（例如45鋼），進行調(diào)質(zhì)或正火處理。（2）對于要求高一些的軸，可選用合金調(diào)質(zhì)鋼（例如40Cr）并進行調(diào)質(zhì)處理。（3）對要求耐磨的軸頸和錐孔部位，在調(diào)質(zhì)處理后需進行表面淬火（4）當軸承受重載荷、高轉(zhuǎn)速、大沖擊時，應選用合金滲碳鋼（例如20CrMnTi）進行滲碳淬火處理。

5、典型軸的選材（1）機床主軸I-1I-1其工藝路線為：備料f鍛造f正火f粗機械加工f調(diào)質(zhì)f精機械加工f表面淬火+低溫回火f磨削f裝配。正火可改善組織、消除鍛造缺陷，調(diào)整硬度便于機械加工，并為調(diào)質(zhì)做好組織準備。調(diào)質(zhì)可獲得回火索氏體，具有較高的綜合力學性能，提高疲勞強度和抗沖擊能力。表面淬火+低溫回火可獲得高硬度和高耐磨性。常用的材料有：45鋼、40Cr、65Mn、38CrMoAl、20Cr（表面滲碳+淬火）、20CrMnTi（表面滲碳+淬火）（2）汽輪機主軸低溫（450°C以下）：較小功率（＜12000kW）,尺寸較小，可選用45鋼；較大功率（＞12000kW）,尺寸較大，則須選用35CrMo鋼，以提高淬透性。高溫（500C以上）：高中壓主軸選用25CrMoVA或27Cr2MoVA鋼低壓主軸選用15CrMo或17CrMoV鋼。高溫高強主軸：20Cr3MoWV（＜540C）或鐵基耐熱合金Cr14Ni26MoTi（＜650C）、Cr14Ni35MoWTiAl（＜680C）制造。3）汽車半軸汽車半軸也叫驅(qū)動橋，是差速器與驅(qū)動輪之間傳遞扭矩的實心軸，半軸在工作時承受沖擊、反復彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)應力的作用，要求材料有足夠的抗彎強度、疲勞強度和較好的韌性。根據(jù)汽車半軸技術條件規(guī)定，半軸材料可選用40Cr、42CrMo、40CrMnMo鋼。中型載重汽車一般選用40Cr鋼，而重型載重汽車則選用性能更高的40CrMnMo鋼。半軸的工藝路線：下料f鍛造f正火f機械加工f調(diào)質(zhì)f盤部鉆孔f磨花鍵。（4）內(nèi)燃機曲軸a）農(nóng)用柴油機曲軸b）汽車發(fā)動機曲軸通常低速內(nèi)燃機曲軸選用正火態(tài)的45鋼或球黑鑄鐵；中速的內(nèi)燃機曲軸選用調(diào)質(zhì)態(tài)的45鋼、調(diào)質(zhì)態(tài)的中碳合金鋼（例如40Cr）或球墨鑄鐵。工藝路線為：備料f鍛造f正火f粗機械加工f調(diào)質(zhì)f精機械加工f軸頸表面淬火+低溫回火f磨削f裝配。各熱處理工序的作用與機床主軸的相同?！镎n程小結：（10min）1、零件的失效的概念及主要形式、零件選材的基本原則；2、典型軸類零件的材料選用及工藝路線作業(yè)：

****職業(yè)學院教案用紙料第6齒題一教學目標目標三熄識目標行知力目進從能感淞要'情面。主標和方計求泊要；方匕匕；^一刁厶月纟上一常輪簧H八系附型膽型跆匕”広、丁広、rtL齒單常單理握握握解養(yǎng)掌掌掌了培>>>>>教學要點輪第輪型L/11Oml/B授新2?/ml/B論1二S1寸mHHml/11寸日ml/B2去教授講提導間寸mHHml/11備良好的工藝性能和機械性能，淬透性比較咼，加入良好的工藝性能和機械性能，淬透性比較咼，加入V,使鋼的晶粒纟田化，****學院教案用紙主要教學步驟和教學內(nèi)容★課程回顧：（5min）1、零件的失效的概念及主要形式、零件選材的基本原則；2、典型軸類零件的材料選用及工藝路線★課程導入:（5min）1、齒輪與軸零件的選材有何區(qū)別？2、常見的刀具及彈簧如何選材，如何制訂工藝路線？（提出問題，學生思考并回答）★新課講授:（70min）一、齒輪零件的選材1．齒輪的工作條件（1）嚙合齒表面承受較大的既有滾動又有滑動的強烈磨擦和接觸疲勞壓應力。（2）傳遞動力時，輪齒類似于懸臂梁，輪齒根部承受較大的彎曲疲勞應力。（3）換擋、啟動、制動或嚙合不均勻時，承受沖擊載荷。2．齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式主要包括：（1）斷齒：除因過載（主要是沖擊載荷過大）產(chǎn)生斷齒外，大多數(shù)情況下的斷齒是由于傳遞動力時，在齒根部產(chǎn)生的彎曲疲勞應力造成的。（2）齒面磨損：由于齒面接觸區(qū)的磨擦，使齒厚變小、齒隙加大。（3）接觸疲勞：在交變接觸應力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋，逐漸剝落，形成麻點。a）斷齒b）a）斷齒b）齒面磨損c）接觸疲勞二、典型齒輪的選材及工藝路線齒輪材料的性能要求包括：（1）高的彎曲疲勞強度的接觸疲勞強度；（2）齒面具

有高硬度和高耐磨性；（3）輪齒心部要有足夠的強度和韌性。根據(jù)齒輪材料的機械性能要求，并考慮材料的工藝性和經(jīng)濟性，一般選用滲碳鋼和調(diào)質(zhì)鋼如20；20cr；45；40cr；20CrMnTi等。1．機床齒輪機床傳動齒輪工作時受力不大，工作較平穩(wěn)，沒有強烈沖擊，對強度和韌性的要求都不太高，一般用中碳鋼（例如45鋼）經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后，再經(jīng)高頻感應加熱表面淬火強化，提高耐磨性，表面硬度可達52?58HRC。對于性能要求較高的齒輪，可選用中碳合金鋼（例如40Cr等）。其工藝路線為：備料一鍛造一正火一粗機械加工一調(diào)質(zhì)f精機械加工f高頻淬火+低溫回火f裝配。2．汽車、拖拉機齒輪與機床齒輪比較，汽車、拖拉機齒工作時受力較大，受沖擊頻繁，因而對性能的要求較高。這類齒輪通常使用合金滲碳鋼（例如：20CrMnTi、20MnVB）制造。其工藝路線為：備料一鍛造一正火一機械加工一滲碳一淬火+低溫回大一噴丸一磨削一裝配。正火處理的作用與機床齒輪相同。經(jīng)滲碳、淬火+低溫回火后，齒面硬度可達58?62HRC，心部硬度為35?45HRC。齒輪的耐沖擊能力、彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度均相應提高。噴丸處理能使齒面硬度提高約2?3HRC，并提高齒面的壓應力，進一步提高接觸疲勞強度。三、彈簧的選材彈簧是一種重要的機械零件。它的基本作用是利用材料的彈性和彈簧本身的結構特點，在載荷作用產(chǎn)生下變形時，把機械功或動能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡埽辉诨謴妥冃螘r，把形變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芑驒C械功。常用彈簧的材料選用主要特點彈簧類型材料選用直徑在彈簧類型材料選用直徑在10mm的小尺寸彈簧;如普通的圓、方螺旋彈簧或拉成碳素彈簧鋼65、70鋼絲作小型機械的彈簧調(diào)壓調(diào)75、80主要特點經(jīng)熱處理或冷拔硬化后，得到較高的

強度和適當?shù)乃苄?、韌性；在相同表

面狀態(tài)和完全淬透情況下，疲勞極限速彈簧、柱塞彈簧、測力彈簧不比合金彈簧鋼差，但淬透性低。速彈簧、柱塞彈簧、測力彈簧不比合金彈簧鋼差，但淬透性低。小尺寸扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條,也適于制造彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈錳彈簧鋼小尺寸扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條,也適于制造彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈錳彈簧鋼65MnMn提高淬透性，表面脫碳傾向比硅鋼小，經(jīng)熱處理后的綜合機械性能略優(yōu)于碳鋼，缺點是有過熱敏感性和回火脆性蒸汽機機車汽缸的彈簧、內(nèi)燃鉻釩彈簧鋼機氣閥和安全閥用的彈簧及其50CrVA他較咼溫度工作的彈簧。降低過熱敏感性，提高強度和韌性汽車、拖拉機、火車車廂下部硅錳彈簧鋼Si和Mn提高彈性極限和屈強比，提承受重力和振動用的減震板簧55Si2Mn高淬透性以及回火穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)和螺旋彈簧及其他承受較咼應55Si2MnB定性，過熱敏感性也較小，但脫碳傾力的彈簧60Si2Mn向較大。車輛、拖拉機和炮車上和較重要板簧和圓彈簧鉻錳彈簧鋼：50CrMn較咼強度、塑性和韌性，過熱敏感性比錳鋼低，比硅錳鋼咼，對回火脆性較敏感，回火后宜快冷不銹鋼：在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧0Crl8Ni9、lCrl8Ni9、1Cr18Ni9Ti良好的防銹及抗腐蝕能力。電器、儀表彈簧及在腐蝕性介黃銅、錫青銅、鋁具有良好的導電性、非磁性、耐蝕性、質(zhì)中工作的彈性元件青銅、鈹青銅耐低溫性及彈性。四、刃具的選材切削加工使用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工具統(tǒng)稱為刃具1．簡單的手用刃具手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡單、低速的手用刃具，紅硬性和強韌性要求不咼，主要的使用性能是咼硬度、咼耐磨性。因此可用碳素工具鋼制造。如T8、T10、T12鋼等。碳素工具鋼價格較低，但淬透性差，如用于制作形狀較復雜的刃具，會出現(xiàn)淬不透或者由于淬火應力過大而變形甚至開裂。2．低速切削、形狀較復雜的刃具絲錐、板牙、拉刀等可用低合金刃具鋼9SiCr、CrWMn制造。因鋼中加入了Cr、W、Mn等元素，使鋼的淬透性和耐磨性大大提高，耐熱性和韌性也有所改善，可在＜300°C的溫度下使用。3．咼速切削用的刃具高速鋼(W18Cr4V/r/