一、汽車板簧

汽車板簧

(1)用途及性能要求

用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強度和疲勞強度。典型彈簧選材

(2)材料

輕型汽車選用65Mn、60Si2Mn鋼制造；

中型或重型汽車,板簧用50CrMn,55SiMnVB鋼；

重型載重汽車大截面板簧用55SiMnMoV,55SiMnMoVNb鋼制造。

(3)工藝路線

熱軋鋼帶(板)沖裁下料—壓力成型—淬火—中溫回火—噴丸強化

淬火

溫度為850oC～860oC(60Si2Mn鋼為870oC),采用油冷,淬火后組織為馬氏體。

回火

溫度為420oC～500oC,組織為回火屈氏體。屈服強度s0.2不低于1100MPa,硬度為42HRC～47HRC,沖擊韌性ak為250KJ/m2～300KJ/m2。

二、火車螺旋彈簧

火車螺旋彈簧

熱軋鋼棒下料—兩頭制扁—熱卷成形—淬火—中溫回火—噴丸強化—端面磨平。

淬火與回火工藝同汽車板簧。(1)用途及性能要求

機車和車箱的緩沖和吸振,其使用條件和性能要求與汽車板簧相近。

(2)材料

50CrMn、55SiMnMoV

(3)工藝路線

四、自行車手閘彈簧

自行車手閘彈簧是一種扭轉(zhuǎn)彈簧，其用途是使手閘復(fù)位。該彈簧承受載荷小，不受沖擊和振動作用，精度要求不高。因此手閘彈簧可用碳素彈簧鋼60或65鋼制造。經(jīng)過冷拔加工獲得的鋼絲直接冷卷、彎鉤成形即可。卷后可低溫(200oC～220oC)加熱消除內(nèi)應(yīng)力，一般也可不進行熱處理。

五、繼電器簧片

繼電器簧片

(1)用途及性能要求

繼電器簧片是一種片簧，其作用是使兩電觸點接觸時,產(chǎn)生一定大小的壓力，以保證觸頭緊密接觸良好導(dǎo)電?；善牧弦泻玫膹椥?、導(dǎo)電性和耐蝕性。簧片所受彎曲應(yīng)力很小。

(2)材料

黃銅(H70)、錫青銅(QSn6.5-0.1)、白銅(B19)

黃銅的導(dǎo)電性好，抗疲勞性能較高，彈性一般，價格較低。

錫青銅的導(dǎo)電性稍低，但抗疲勞性能高，彈性好，價格稍高。

白銅的導(dǎo)電性好，抗蝕性高，抗疲勞性能較高，彈性好，價格較貴。

簧片生產(chǎn)工藝簡單，可用上述材料的冷軋薄片沖裁下料成形制造。

四、刃具選材

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

刃具的工作條件(1)刃具切削材料時，受到被切削材料的強烈擠壓，刃部受到很大的彎曲應(yīng)力。某些刃具(如鉆頭、鉸刀)還會受到較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用。

(2)刃具刃部與被切削材料強烈摩擦，刃部溫度可升到500oC～600oC。

(3)機用刃具往往承受較大的沖擊與震動。切削加工

2

刃具的失效形式

(1)磨損

由于摩擦，刃具刃部易磨損，這不但增加了切削抗力，降低切削零件表面質(zhì)量，也由于刃部形狀變化，使被加工零件的形狀和尺寸精度降低。

(2)斷裂

刃具在沖擊力及震動的作用下折斷或崩刃。

(3)刃部軟化

由于刃部溫度升高，若刃具材料的紅硬性低或高溫性能不足，使刃部硬度顯著下降，喪失切削加工能力。4刃具的選材

制造刃具的材料有碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷等，根據(jù)刃具的使用條件和性能要求不同進行選用。

一、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高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。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。二、低速切削、形狀較復(fù)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<300oC的溫度下使用。

(3)用陶瓷制造

陶瓷硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高,也用來制造刃具。熱壓氮化硅(Si3N4)陶瓷顯微硬度為5000HV,耐熱溫度可達1400oC。立方氮化硼的顯微硬度可達8000HV～9000HV,允許的工作溫度達1400oC～1500oC。陶瓷刀具一般為正方形、等邊三角形的形狀,制成不重磨刀片,裝夾在夾具中使用。用于各種淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料的精加工和半精加工。陶瓷刀具抗沖擊能力較低,易崩刃。2.主要工藝說明

(1)球化退火

使鋼中碳化物呈粒狀分布,細化組織,降低硬度,改善切削加工性能。同時為淬火準(zhǔn)備好適宜的組織,使最終成品組織中含有細小的碳化物顆粒,提高鋼的耐磨性。銼刀通常采用普通球化退火工藝。將毛坯加熱到760℃～770℃,保溫一定時間(2h～4h)，然后以30℃～50℃/h的速度冷卻到550℃～600℃，出爐后空冷。處理后組織為球化體，硬度為180HB～200HB。

(2)機加工刨、磨和剁齒,使銼刀成形。

(3)淬火

溫度為770℃～780℃,可用鹽浴加熱或在保護氣氛爐中加熱,以防止表面脫碳和氧化。也可采用高頻感應(yīng)加熱。加熱后在水中冷卻。由于銼刀柄部硬度要求較低,在淬火時先將齒部放在水中冷卻,結(jié)柄部顏色變成暗紅色時才全部浸入水中。當(dāng)銼刀冷卻到150℃～200℃時，提出水面。若銼刀有彎曲變形，可用木錘將其校直。

(4)回火

溫度為160℃～180℃，時間45min～60min。若柄部硬度太高，可將柄部浸入500℃的浴鹽中進行回火，或用高頻加熱回火，降低柄部硬度。二、齒輪滾刀

齒輪滾刀

1.性能要求、材料及工藝

(1)用途

生產(chǎn)齒輪的常用刃具,用于加工外嚙合的直齒和斜齒漸開線園柱齒輪。其形狀復(fù)雜,精度要求高。

(2)材料

高速鋼(W18Cr4V)

(3)工藝路線

熱軋棒材下料—鍛造—退火—機加工—淬火—回火—精加工—表面處理

2.主要工藝說明

(1)鍛造

W18Cr4V鋼的始鍛溫度為1150℃～1200℃,終鍛溫度為900℃～950℃。鍛造的目的一是成形,二是破碎、細化碳化物,使碳化物均勻分布,防止成品刀具崩刃和掉齒。由于高速鋼淬透性很好,鍛后在空氣中冷卻即可得到淬火組織,因此鍛后應(yīng)慢冷。

(2)退火

退火溫度為870℃～880℃，退火后的組織為索氏體基體和在其中均勻分布的細小粒狀碳化物。目的是便于機加工，并為淬火作好組織準(zhǔn)備。

(3)淬火、回火

高速鋼的淬火、回火工藝較為復(fù)雜。

(4)精加工

包括磨孔、磨端面、磨齒等磨削加工。精加工后刀具可直接使用。

(5)表面處理

為了提高其使用壽命，可進行表面處理，如：硫化處理、硫氮共滲、離子氮碳共滲—離子滲硫復(fù)合處理，表面涂覆TiN、TiC涂層等。

三、園鋸片

(1)用途

切割鋼材、有色金屬、石料、塑料等材料。

(2)性能要求

整體強韌性好，鋸齒硬度高、耐磨性好。

(3)材料

園鋸片可以是整體的，也可以是鑲齒的。鑲齒式園鋸片的本體用60或65Mn鋼制造，鋸齒用高速鋼刀片或硬質(zhì)合金刀片。

(4)工藝

鋼板下料—沖孔—淬火—高溫回火—機加工—釬焊鋸齒—磨齒。

鋼板沖壓下料、沖孔后進行調(diào)質(zhì)處理。淬火加熱溫度為830℃～840℃、采用油冷。回火溫度為500℃～550℃。為校正園鋸片淬火變形，回火時可用夾具夾緊。回火后的組織為回火索氏體，強韌性好。熱處理后鋸片需進行端面磨平、開槽等機加工，用釬焊方法將鋸齒焊接在鋸片本體上，最后進行磨齒。小結(jié)

1.齒輪主要要求疲勞強度，特別是彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。根據(jù)受力分析，齒輪類零件選用低、中碳鋼或其合金鋼，如機床齒輪用中碳鋼或中碳合金鋼，汽車齒輪用合金滲碳鋼。

2.軸類零件要求強度并兼顧沖擊韌性和表面耐磨性。軸一般用鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造，如機床主軸可選用45鋼，內(nèi)燃機曲軸主要用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼制造。

工程材料的應(yīng)用

汽車用材汽車用材以金屬材料為主，塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料也占有一定比例。

汽車發(fā)動機和傳動系示意圖

三、活塞、活塞銷和活塞環(huán)

活塞、活塞銷和活塞環(huán)等零件組成活塞組，活塞組在工作中受周期性變化的高溫、高壓燃氣(溫度最高可達2000℃，壓力最高可達13MPa～15MPa)作用，并在氣缸內(nèi)作高速往復(fù)運動(平均速度一般為9m/s～13m/s)，產(chǎn)生很大的慣性載荷。對活塞材料的要求是熱強度高、導(dǎo)熱性好、膨脹系數(shù)小、密度小,減摩性、耐磨性、耐蝕性和工藝性好等。常用的活塞材料是鋁硅合金。

活塞銷材料一般用20低碳鋼或20Cr、18CrMnTi等低碳合金鋼。活塞銷外表面應(yīng)進行滲碳或氰化處理，以滿足外表面硬而耐磨，材料內(nèi)部韌而耐沖擊的要求?；钊h(huán)用合金鑄鐵或球墨鑄鐵，經(jīng)表面處理。鍍多孔性鉻后可使環(huán)的工作壽命提高2～3倍。其它表面處理的方法有噴鉬、磷化、氧化、涂合成樹脂等。

四、連桿

連桿連接活塞和曲軸，作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個很復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的剛性和韌性。連桿材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。

1小頭與連桿的過渡處

2連桿中間

3大頭與連桿的過渡處連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域六、汽車半軸

汽車半軸在工作時主要承受扭轉(zhuǎn)力矩和反復(fù)變曲以及一定的沖擊載荷。在通常情況下，半軸的壽命主要取決于花鍵齒的抗壓陷和耐磨損性能，但斷裂現(xiàn)象也不時發(fā)生。要求半軸材料具有高的抗彎強度、疲勞強度和較好的韌性。汽車半軸是要求綜合機械性能較高的零件，通常選用調(diào)質(zhì)鋼制造。中、小型汽車的半軸一般用45鋼、40Cr,

而重型汽車用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性較高的合金鋼制造。1突緣與桿部相連部位

2花鍵與桿部相連部位

3花鍵端半軸易損壞部位示意圖

七、車身、縱梁、檔板等冷沖壓零件

在汽車零件中，冷沖壓零件種類繁多，約占總零件數(shù)的50%～60%。汽車?yán)錄_壓零件用的材料有鋼板和鋼帶，其中主要是鋼板，包括熱軋鋼板和冷軋鋼板，如鋼板08、20、25和16Mn等。機床用材

一、機身、底座用材

機身、機床底座、油缸、導(dǎo)軌、齒輪箱體、軸承座等大型零件以及其它一些如牛頭刨床的滑枕、皮帶輪、導(dǎo)桿、擺桿、載物臺、手輪、刀架等零件或重量大、或形狀復(fù)雜，首選材料為灰口鑄鐵、孕育鑄鐵，球墨鑄鐵亦可選用，它們成本低、鑄造性好、切削加工性優(yōu)異、對缺口不敏感、減震性好，有良好的耐磨性，非常適合鑄造上述零部件。石墨有良好的潤滑作用、并能儲存潤滑油、很適宜制造導(dǎo)軌。二機床齒輪用材

開式齒輪傳動可選用HT250、HT300和HT400，和鑄鐵的大齒輪互相嚙合的小齒輪也可用Q235、Q255制造。

閉式齒輪多采用40、45鋼（正火或調(diào)質(zhì)處理）制造。高速、重載或受強烈沖擊的閉式齒輪，宜采用40Cr（調(diào)質(zhì)）或20Cr、20CrMnTi（滲碳、淬火、低溫回火）鋼。不重要的閉式齒輪可使用Q255（不熱處理）制造。球墨鑄鐵QT450-5、可鍛鑄鐵KTZ450-5、KTZ500-4用來制造尺寸較大或形狀復(fù)雜的閉式傳動齒輪。

三、機床軸類零件用材

一般采用45鋼（調(diào)質(zhì)）制造軸件。

不重要的或低載的軸可以采用Q235、Q255等鋼制造。

承受重載，且要求直徑小或要求提高軸頸耐磨性的軸，可用40Cr等調(diào)質(zhì)鋼或20Cr等滲碳鋼，整體與軸頸應(yīng)進行相應(yīng)的熱處理。

可用QT600-2、KTZ600-3等球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵制造曲軸和主軸。

1、螺旋傳動件用材

不熱處理的螺旋傳動件用45、50鋼制造，經(jīng)受熱處理的用T10、65Mn、40Cr等制造。

螺母的材料用錫青銅ZQSn6-6-3、ZQSn10-2，較小載荷及低速傳動時用耐磨鑄鐵。

2、蝸輪傳動件用材

（1）.蝸輪

當(dāng)滑動速度V≥3m/s時，常采用錫青銅ZQSn10、ZQSn10-1或ZQSn6-6-3等。

滑動速度V≤4m/s時用鑄鋁青銅ZQAl9-4。

滑動速度V≤2m/s,且性能要求不高時可用HT150、HT200、HT250。直徑大于100mm～200mm的青銅蝸輪，輪芯應(yīng)采用灰口鑄鐵制造。

（2）.蝸桿蝸桿材料適宜用15、20鋼和15Cr、20Cr鋼，表面滲碳淬硬到56HRC～62HRC，或45、40Cr鋼，表面高頻淬火到45HRC～50HRC，并經(jīng)磨削、拋光后使用。

一般速度的蝸桿可用45、50鋼或40Cr（調(diào)質(zhì)）制造，表面硬度達220HB～260HB，拋光后使用。

低速傳動的蝸桿可用Q275制造。3、滑動軸承材料

ChSnSb11-6、ChPbSb14-10-18，用于最高速重載條件下的軸承襯。

ZQSn10-1在銅合金中具有最好的減摩性能，廣泛用于高速和重載條件下。中速和中載條件下ZQSn6-6-3應(yīng)用廣泛。

ZQAl9-2適宜制造形狀簡單（鑄造性比錫青銅差）的大型襯套、齒輪和軸承。ZQAl10-3-15、ZQAl9-4，可用在重載和低中速條件下。

ZQPb30、ZQPb12-8、ZQPb10-10等主要用于大型曲軸軸承等高速和重的沖擊與變動載荷條件下，可作為ChSnSb11-6的代用材料。ZHAl66-6-3-2和ZHMn58-2-2，在低速和中等載荷下可作為青銅的代用品。

HT250、HT350等鑄鐵軸承主要用于低速、輕載條件下。鐵石墨含油軸承用于V≤4m/s,青銅石墨含油軸承用于V≤6m/s。

4、滾動軸承材料

滾動軸承的內(nèi)外圈和滾動體一般用GCr9、GCr15、GCr15SiMn等高碳鉻或鉻錳軸承鋼和GSiMnV等無鉻軸承鋼制造，工作表面要經(jīng)過磨削和拋光，熱處理后一般要求材料硬度在61HRC～65HRC之間。保持架材料多用低碳鋼薄板、銅合金、塑料或輕合金制造。儀器儀表用材一、殼體材料

儀器儀表的殼體（包括面板、底盤）用材廣泛，有低碳結(jié)構(gòu)鋼（如Q195、Q215、Q235），鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼（如1Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti），鋁（工業(yè)純鋁L5及防銹鋁LF5、LF11、LF21等），黃銅(H62、H68等)等。也有非金屬材料，如ABS可制造管道、儲槽內(nèi)襯、電機外殼、儀表殼、儀表盤等。聚甲醛用作各種儀表板和外殼、容器、管道等。玻璃纖維增強尼龍可制作儀表盤、玻璃纖維增強苯乙烯類樹脂廣泛應(yīng)用于收音機殼體、磁帶錄音機底盤、照相機殼等。玻璃纖維增強聚乙烯可制作轉(zhuǎn)矩變換器、干燥器殼體。二軸類零件用材

儀器儀表的輥子可以使用Q235等鋼、聚甲醛等工程塑料制造。LY12、LY11和HAL60-1-1多用于制造重要且需要耐蝕的軸銷等零件。三、凸輪與齒輪用材

1、凸輪

多用Q235、45（調(diào)質(zhì)處理）鋼制造。輕載凸輪可以使用尼龍等工程塑料或玻璃纖維增強尼龍等復(fù)合材料制造。

2、儀器齒輪

可用普通碳素鋼Q275（不熱處理）制造。

QAL10-4-4、QAl11-6-6可用來制造400℃～500℃以下工作的齒輪。

QSi3-1、QTi3.5、QTi3.5-0.2、QTi6-1適宜制造齒輪等耐磨零件。

QBe2、QBe1.9、QBe1.7可用于制造鐘表等儀表齒輪。

ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛等工程塑料也可制造儀表齒輪。

3、蝸輪、蝸桿

QAl11-6-6可用來制造500℃以下工作的蝸輪。

硅青銅QSi3-1亦可用來制造蝸輪、蝸桿。

聚碳酸酯等工程塑料可制造輕載蝸輪、蝸桿。

熱能設(shè)備用材

一、鍋爐設(shè)備用鋼

1、鍋爐管道用鋼

（1）鍋爐管道的工作條件和對材料的要求

鍋爐管道在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長期工作，會產(chǎn)生蠕變、氧化和腐蝕。如過熱器管外部受高溫?zé)煔獾淖饔?，管?nèi)則流通著高壓蒸汽，而且管壁溫度(即材料溫度)比蒸汽溫度還高50℃～80℃。

為保證設(shè)備安全可靠地運行，管道用鋼應(yīng)有足夠高的蠕變極限和持久溫度；高的抗氧化性能和耐腐蝕性能；良好的組織穩(wěn)定性；良好的工藝性能，特別是焊接性能要好。

（2）鍋爐管道用鋼

壁溫≤500℃的過熱器管和壁溫≤450℃的蒸汽管道

一般選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.2%之間，常用的是20鋼。

壁溫≤550℃的過熱器管和壁溫≤510℃的蒸汽管道

15CrMo鋼是在這個溫度范圍應(yīng)用很廣泛的鋼種。該鋼在500℃～550℃具有較高的熱強性、足夠的抗氧化性和良好的工藝性能。

壁溫≤580℃的過熱器管和壁溫≤540℃的蒸汽管道

12Cr1MoV鋼是應(yīng)用最廣泛的鍋爐管道用鋼。該鋼加入0.2%的釩，其耐熱性能比鉻鉬鋼高,工藝性能也很好,得到廣泛的應(yīng)用。

壁溫≤600℃～620℃的過熱器管和壁溫≤550℃～570℃的蒸汽管道

12Cr2MoWVB和12Cr3MoVSiTiB鋼。采用微量多元合金化，使鋼具有更高的組織穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，因而耐熱性能更好，使用溫度更高。

壁溫≤600℃～650℃的過熱器管和壁溫≤550℃～600℃的蒸汽管道

較常用的是Cr12%馬氏體型耐熱鋼,如德國的X20CrMoWV121(F11)和X20CrMoV121(F12),瑞典的HT9等鋼種。

過熱器壁溫超過650℃、蒸汽管道壁溫超過600℃后，需要使用奧氏體耐熱鋼。奧氏體耐熱鋼具有較高的高溫強度和耐腐蝕性能，最高使用溫度可達700℃左右。

2、鍋爐汽包用鋼

低壓鍋爐汽包用鋼為12Mng、16Mng和15MnVg等普通低合金鋼板。這些鋼板的綜合機械性能比碳鋼高，可以減輕鍋爐汽包的重量，節(jié)省大量鋼材。

(1)14MnMoVg鋼

是屈服極限為500MPa級的普通低合金鋼。鋼中由于加入了0.5%Mo,提高了鋼的屈服強度及中溫機械性能,特別適合生產(chǎn)厚度為60mm以上的厚鋼板,以滿足制造高壓鍋爐汽包的需要。

(2)14MnMoVBReg鋼

是500MPa級的多元低碳貝氏體鋼,屈服極限比碳鋼高一倍,有良好的綜合機械性能。由于加入了適量的硼、稀土,鋼的強度更高,符合我國資源情況。

(3)14CrMnMoVBg鋼

屈服極限很高（650MPa～700MPa），加入強化元素鉻,不僅強度高,塑性、韌性也較好,焊接性能也好,能耐濕度較大地區(qū)的大氣腐蝕。

二、汽輪機用鋼

汽輪機主要零部件包括汽輪機葉片、汽輪機轉(zhuǎn)子和汽輪機定子等。汽輪機

1、汽輪機葉片

(1)鉻不銹鋼(1Cr13和2Cr13)

在工作溫度下具有足夠的強度，有高的耐腐蝕性和減振性,是使用最廣泛的汽輪機葉片材料。1Cr13在汽輪機中用于前幾