课堂讨论四 工程材料与成形技术的选择一、讨论目的1. 了解常用工程材料的分类及编号方法。2. 了解常用工程材料的成形技术。3. 熟悉选材、选择成形技术的基本原则和一般步骤。4. 掌握常用典型零件的合理选材、选择成形方法、安排加工工艺路线的方法。5. 学会分析典型钢种的成分特点、热处理工艺、使用状态组织、性能特点及应用范围。二、讨论准备1. 了解钢铁材料、有色金属及合金、非金属材料的分类和编号方法。2. 了解钢铁材料、有色金属及合金、非金属材料的成形技术。3. 分析各类材料特别是碳钢及合金钢的种类、含碳量和合金元素的主要作用、热处理的工艺特点、使用状态的组织、性能特点及典型应用。4. 典型零件（轴类、齿轮类、工具）材料的选择及热处理工艺，并安排加工工艺路线，分析使用状态下的组织及性能特点。三、讨论内容1. 为下列零件从括号内选择合适的制造材料和成形技术，说明理由，并指出应采用的主要热处理工艺：（1）汽车板簧（45钢，60Si2Mn，Cr12，LY1，砂型铸造，热轧，氩弧焊，注射成形）60Si2Mn热轧 淬火+中温回火（2）机床床身（Q235，T10A，HT150，ZCuSn10Zn2（ZQSn10-2），砂型铸造，锻造）HT150砂型铸造 去应力退火（3）受较大冲击载荷的齿轮（40MnB，20CrMnTi，KT350-4，PVC，模锻，砂型铸造，挤出成形）20CrMnTi模锻 渗碳+二次淬火+低温回火（4）桥梁构件（Q345，40钢，3Cr13，ZAlCu5Mn（ZL201），PE，热轧，金属型铸造，吹塑，锻造）Q345热轧 不做热处理（5）滑动轴承（GCr15，ZSnSB11Cu6（ZChSnSb11-6），耐磨铸铁，铸造，锻造，挤压）ZSnSB11Cu6铸造 不做热处理（6）热作模具（Cr12MoV，5CrNiMo，50CrVA，ABS塑料，金属型铸造，）5CrNiMo自由锻 淬火+中温（高温）回火（7）高速切削刀具（W6Mo5Cr4V2，T13A，65Mn，ZGMn13，自由锻，离心铸造）W6Mo5Cr4V2自由锻 1280淬火+560三次回火（8）曲轴（9SiCr，QT800-2，1Cr8Ni9Ti，RuT420，自由锻，冷轧，铸造，注浆成形）QT800-2铸造 淬火+高温回火（调质处理）（9）轻载小齿轮（20CrMnTi，40CMnB，尼龙66、纤维增强酚醛树酯复合材料，压制成形，模锻，冲压，点焊）纤维增强酚醛树酯复合材料压制成形 不做热处理（10）压铸模（40Cr，4Cr5MoSiV，Si3N4，Q195，锻造，压制烧结，轧制，铸造）4Cr5MoSiV锻造 淬火+中温回火2. 根据下列典型零件的工作条件，选择合适的材料、成形工艺和热处理工艺，制定相应的加工工艺路线，并分析使用状态下的组织及性能特点。 （1）汽车半轴（图2-3）。40Cr（40MnB）锻造预备热处理（正火（完全退火）最终热处理（整体调质处理，轴颈表面淬火+低温回火）下料锻造正火（完全退火）粗加工调质处理轴颈表面淬火+低温回火精加工检验入库轴颈表面：回火马氏体其他部位：回火索氏体性能：整体具有良好的综合机械性能（强度高，塑性好），轴颈表面硬度高耐磨。（2）汽车后桥被动圆柱斜齿轮（图2-4）。20CrMnTi预备热处理（正火（完全退火）最终热处理（渗碳+二次淬火+低温回火）下料锻造正火（完全退火）粗加工渗碳+二次淬火+低温回火精加工检验入库齿轮表面：高碳回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体其他部位：低碳回火马氏体性能：齿轮表面硬度高耐磨，心部强度高，塑性韧性好，即：表硬心韧。 图2-3汽车半轴简图 图2-4 汽车后桥被动圆柱斜齿轮3. 材料库中的原材料或毛坯的材料牌号为：Q195，40Cr， Q420，45钢，40CrNiMo，65Mn， QT600-3，HT200，5CrNiMo，RuT260，Cr12MoV，W18Cr4V，1Cr18Ni9Ti，20CrMnTi，ZGMn13，1Cr13，60Si2Mn，T12，GCr15，1Cr17，PP，LY1，顺丁橡胶。试填写表2-3。表2-3 典型零件的选材、成形工艺、热处理工艺和使用状态的组织序号零件名称性能要求材 料成形工艺最终热处理工艺使用状态下的组织1大型桥梁高强度，良好塑性和韧性，良好的冷成形性和焊接性能Q420热轧焊接-F+S2机床传动齿轮齿部表面较高的硬度和耐磨性，心部较高的强韧性45钢或40Cr锻造整体调质处理，齿面表面淬火+低温回火齿面：回火马氏体整体：回火索氏体3载重汽车动力齿轮齿部表面高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度，心部较高的强韧性20CrMnTi锻造渗碳+二次淬火+低温回火齿面：高碳回火马氏体+碳化物+残奥整体：低碳回火马氏体4盘形铣刀高强度，高耐磨性，良好的热硬性W18Cr4V锻造1280淬火+560三次回火回火马氏体+碳化物+残奥5拖拉机履带抗强烈冲击磨损ZGMn13铸造水韧处理A6耐酸容器耐酸性腐蚀介质浸蚀1Cr18Ni9Ti轧制+焊接固溶处理A7汽车连杆螺栓能承受变载荷作用，整个断面要求良好的强韧性45钢锻造调质处理回火索氏体8汽车板弹簧高的屈服强度和疲劳强度60Si2Mn锻造淬火+中温回火回火屈氏体9手锯条较高的硬度和耐磨性T12锻造淬火+低温回火回火马氏体+二次渗碳体+残奥10车床主轴轴颈部位要求，较高硬度和耐磨性，整体要求好的综合机械性能45钢或40Cr锻造整体调质处理，轴颈表面淬火+低温回火轴颈表面：回火马氏体整体：回火索氏体11中型锻模较高的高温耐磨性和热疲劳性能，高的热强性和韧性5CrNiMo锻造淬火+中温（高温）回火回火屈氏体或回火索氏体12拖拉机曲轴较高的强度、塑性和韧性，较高的扭转疲劳性能QT600-3铸造调质处理回火索氏体+G13大型冲压模高硬度，高耐磨性，足够的韧性和疲劳强度Cr12MoV锻造淬火+低温回火回火马氏体+碳化物+残奥14滚动轴承高的接触疲劳强度，高的硬度和耐磨性，足够的韧性GCr15锻造淬火+低温回火回火马氏体+碳化物+残奥15620车床床头箱良好的铸造性，良好的切削加工性能HT200铸造去应力退火F+P+G