工程材料11零件的失效与选材

1、 11 11 机械零件的选材与工艺分析机械零件的选材与工艺分析 机械零件由于种种原因丧失其规定功能的现象，称为失效。 在以下情况下都认为零件已经失效： 零件可工作但不能完成指定的功能； 零件有损伤而不能继续完全使用； 零件完全不能工作。 达到预定寿命的失效称为正常失效。远低于预定寿命的不正常失效称为早期失效。 11.1.1 概述概述 11.1 机械零件的失效分析机械零件的失效分析 11.1.2 失效的形式失效的形式 零件过量的塑性变形零件过量的塑性变形 由于偶然的过载和材料抵抗塑性变形的能力不够，零件 会产生塑性变形。过量的塑性变形也会导致机器实效。如精密机床丝杠，产生塑性变形后而使机床精度下

2、降。表现为过度的弹性或塑性变形（整体或局部的）、蠕变等。1.变形失效变形失效 零件过量的弹性变形零件过量的弹性变形 有些零件若发生过量的弹性变形也会造成机器实效。如机床主轴、镗床的镗杆、机床的导轨等。蠕变蠕变 材料在恒力作用下，产生塑性变形。 包括在静载荷、交变载荷、冲击载荷作用下引起零件断裂、疲劳破坏以及应力腐蚀破裂等。 零件在磨擦过程中其表面损坏造成机器无法工作或失去精度的现象称为表面损伤失效。表面磨损为主要形式。 表面磨损可分为:咬合磨损（粘着磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。为过量的磨损、表面龟裂、麻点剥落等零件的表面损伤。 断裂是指零件在工作过程中完全断裂，使机器无法工作的现象

3、。 断裂的方式有：过量塑性变形后的韧性断裂、低应力作用下的脆性断裂和交变应力作用下的疲劳断裂等。 断裂是最危险的一种失效形式，应认真考虑如何防止断裂事故的发生。2.磨损失效磨损失效3.断裂失效断裂失效高温蠕变 11.1.3 失效原因失效原因零零件件失失效效加加 工工设设 计计计算错误热处理缺陷焊接缺陷 结构外形不合理工作条件估计错误冷加工缺陷铸锻造缺陷安装使用维护环境安装使用维护环境材料材料材质低劣选材不当操作失误过载使用维护不良安装不良腐蚀低温脆性 也称为晶界强化或细晶强化。金属晶粒越小，其强度越大，韧性和塑性越好。是提高材料性能的最好手段之一。 提高材料性能的途径提高材料性能的途径 机械设

4、计和机器制造者所遇到的大多数问题是材料的强化和选用问题。为防止零件过早实效，应通过各种途径来提高材料的性能。1提高材料强度的几个途径提高材料强度的几个途径 固溶强化固溶强化 当二种或二种以上元素形成合金时，溶质原子溶入溶剂的晶格中，使晶格产生很大畸变，从而产生强度升高的现象。大多数材料都不同程度地利用了固溶强化。 加工硬化加工硬化 实质是金属塑性变形时的位错强化。典型的例子如弹簧钢丝的冷拔、零件表面的喷丸处理等。 细化组织强化细化组织强化 相变强化相变强化 相变强化相变强化通过热处理使材料产生贝氏体相变、马氏体相变来强化。 方法是将形变强化（锻、轧等）与热处理强化结合起来，提高材料的综合力学性

5、能。2提高材料韧化的途径提高材料韧化的途径 细化晶粒细化晶粒细化晶粒，不仅提高强度，而且也能提高材料的韧性。 形变热处理形变热处理 低碳马氏体强韧化低碳马氏体强韧化 11.1.4 失效分析失效分析现场调查现场调查失效特征失效特征服役条件服役条件失效部位取样分析失效部位取样分析查阅相关原始资料查阅相关原始资料原始资料的正确性制造过程的执行情况冷热加工质量材料成分综合分析综合分析解决方案解决方案正在使用和库存件的解决方案正在使用和库存件的解决方案新生产件的解决方案新生产件的解决方案台架试验台架试验使用考验使用考验 选材的首要任务是准确判断准确判断零件所要求的使用性能使用性能，然后再确定所选材料应具

6、备的主要性能指标及具体数值并进行选材。工作条件是指： 零件的受力情况零件的受力情况，如载荷形式、载荷性质、摩擦状况等； 环境状况环境状况，如工作温度、介质等； 特殊要求特殊要求，如导热性、导电性、导磁性等。 如重要齿轮，应把疲劳强度、抗弯强度、接触疲劳抗力、硬度作为主要性能指标。 11.2 机械零件选材的一般原则机械零件选材的一般原则 11.2.1 选材的一般原则选材的一般原则一）使用性能原则一）使用性能原则1分析零件的工作条件，确定使用性能分析零件的工作条件，确定使用性能原则：保证使用性能，兼顾工艺性、经济性和环保及资源优化。1) 材料和零件服役的实际情况材料和零件服役的实际情况 材料的冶金

7、缺陷。零件实际应力状态。2) 钢材的尺寸效应钢材的尺寸效应 对淬透性的影响。对淬硬性的影响。铸铁件的尺寸效应现象。3) 材料强度、塑性、韧性的合理配合材料强度、塑性、韧性的合理配合 强度方面。一般情况下，钢材强度提高后，塑性要下降。当塑性很低时，就可能造成零件的脆性断裂。 塑性方面。塑性主要作用是增加零件抗过载能力，提高安全性。 韧性方面。以脆断为主要危险的零件，断裂韧度是重要性能指标。 4) 零件硬度的合理配合零件硬度的合理配合 按力学性能选材时，还必须考虑以下四个方面的问题：按力学性能选材时，还必须考虑以下四个方面的问题：对载荷均匀、截面无突变的零件,可有较高硬度;反之,有较高塑性。对高精

8、度零件，一般应有较高的硬度。对相互摩擦的一对零件，要注意其两者的硬度值应有一定的差别。如轴的硬度高于轴承；小齿轮齿面硬度应比大齿轮高2540HBW。 2进行失效分析，确定使用性能进行失效分析，确定使用性能 通过分析、计算，按数值从手册的材料性能数据大致使用性能中进行选材； 对高温和腐蚀介质中工作的零件，应要求有良好的抗氧化性和耐蚀性； 对有特殊性能要求的零件，应依据材料的物理性能和化学性能选材。 即要找出产生失效的主导因素，为较准确地确定零件主要性能提供实践的可靠依据。（失效分析过程图）3从零件使用性能要求提出对材料性能的要求从零件使用性能要求提出对材料性能的要求二）工艺性原则二）工艺性原则

9、材料的工艺性应满足加工要求。 材料的工艺性是指材料适应某种加工的能力。 零件一般是预先制毛坯(用铸、锻、焊等)，再进行切削加工。 因此在满足使用性能选材的同时，必须兼顾材料工艺性，以有利于在一定生产条件下，方便、经济地得到合格产品。 1)铸造性铸造性 包括流动性、收缩性、热裂倾向性、偏析及吸气性等。2)锻造性锻造性 包括可锻性、冷镦性、冲压性、锻后冷却要求等。3)焊接性焊接性 指金属材料在一定生产条件下接受焊接的能力。 4)粘结固化性粘结固化性 非金属材料大多数靠粘结剂(包括基体自身的粘结作用)，在一定条件下粘结、固化成型。 5)可加工性可加工性 是指材料接受切削加工的能力。可加工性对大批量生

10、产的零件尤为重要，且常常是生产的关键。 6)热处理工艺性热处理工艺性 包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。 材料的工艺性有：材料的工艺性有： 在满足使用性能和工艺性能的前提下，选材时要注意价格便宜、成本低廉，还要注意加工费用。 约占零件成本的30%70%。我国常用金属材料的相对价格如下表所示。 三）经济性原则三）经济性原则1材料的价格材料的价格经济性涉及到： 材料成本材料成本(约占零件成本的30%70%)的高低，材料的供应是否充足，同一产品中使用材料的品种、规格多少； 加工费用加工费用 (一般占零件成本的30%左右)，加工工艺过程是否复杂，成品率的高低等。 我国

11、常用金属材料的相对价格材料相对价格普通碳素结构钢1普通低合金结构钢1.25优质碳素结构钢1.31.5易切削钢1.7合金结构钢（Cr-Ni除外）1.72.5碳素工具钢1.6低合金工具钢34灰铸铁件1.4球墨铸铁件1.8可锻铸铁件22.2碳素铸钢件2.53铸铝合金、铜合金8102加工费用加工费用 一般占零件成本的30%左右。各种热处理方法的相对加工费用如下表所示。常用热处理方法的相对加工费热处理方法相对加工费用退火（电炉）1球化退火1.8正火（电炉）1渗碳淬火回火6渗氮38液体氮碳共渗10调质2.5四）环保性、资源优化原则四）环保性、资源优化原则 选材还应该考虑环保和资源合理利用。尽可能做到绿色生

12、产、绿色使用和可持续发展。 11.2.2 选材的步骤选材的步骤零件材料的合理选择按照以下步骤进行： 1)在分析零件的服役条件、形状尺寸与应力状态后，确定零件的技术条件。 2)通过分析或试验，结合同类零件失效分析的结果，找出零件在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。 3)根据力学计算（受力指标） ，确定零件应具有的主要力学性能指标，通过比较选择合适材料。然后综合考虑所选材料是否满足失效抗力指标和工艺性的要求，以及在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。 4)审核所选材料的生产经济性(包括热处理的生产成本等)。 5)试验、投产。 选材的程序图选材的程序图工作条件分析工作

13、条件分析使用要求（可靠性使用要求（可靠性耐用性等）耐用性等）几何形状及几何形状及结构要求结构要求 载荷条件及载荷条件及周围介质特性周围介质特性 材料经济性材料经济性材料主要抗力指标材料主要抗力指标材料工艺性材料工艺性技术条件制定技术条件制定材料的预选择材料的预选择用设计计算方法评估预选择材料的能力用设计计算方法评估预选择材料的能力材料耐用性材料耐用性结构尺寸合理性结构尺寸合理性在应力状态下变形和抗断裂能力在应力状态下变形和抗断裂能力材料最终选择材料最终选择工艺性能试验工艺性能试验台架试验台架试验实验室试验实验室试验 零件选材的具体方法应视零件的品位和具体服役条件而定。 新设计的关键零件关键零件

14、，通常先进行必要的力学性能试验力学性能试验；一般的常用零件(如轴类零件或齿轮等)，可以参考同类型产品中零件的有关资料和国内外失效分析报告等来进行选材。以下三种情况的选材方法：以下三种情况的选材方法：零件选材的具体方法零件选材的具体方法1)以综合力学性能为主进行选材以综合力学性能为主进行选材 当零件工作时承受变动载荷与冲击载荷时承受变动载荷与冲击载荷时，其失效形式主要是过量变形与疲劳断裂，要求材料具有较高的强度、疲劳强度、塑性与韧性，即要求有较好的综合力学性能要求有较好的综合力学性能。如气缸螺栓、锻锤杆、锻模、液压泵柱塞、连杆等，要求整个截面淬透。选材时应综合考虑淬透性与尺寸效应。 一般可采用：

15、一般可采用：调质或正火状态的碳钢碳钢；调质或渗碳合金钢合金钢；正火或等温淬火状态的球墨铸铁球墨铸铁来制造。 采用强韧化处理。(如采用低碳马氏体、下贝氏体、亚温淬火等) 对传动轴、齿轮等零件，其整个截面上受力是不均匀受力是不均匀的(如轴类零件表面承受弯曲、扭转应力最大，而齿轮齿根处承受很大弯曲应力)，因此疲劳裂纹开始于受力最大的表层，尽管对这类零件同样有同样有综合力学性能的要求综合力学性能的要求，但主要是强度主要是强度(特别是弯曲疲劳强度)，为了提高疲劳强度，应适当提高抗拉强度抗拉强度。同时，调质后的组织(回火索氏体)比退火、正火组织的塑性、韧性好，并对应力集中敏感性较小，因而具有较高的疲劳强度

16、较高的疲劳强度。 可选调质钢调质钢(或低淬透性钢)进行表面淬火进行表面淬火； 选渗碳钢进行渗碳淬火渗碳钢进行渗碳淬火； 选渗氮钢进行渗氮渗氮钢进行渗氮。 以及对零件表面应力集中易产生疲劳裂纹的地方进行喷丸或滚喷丸或滚压强化压强化。 2)以疲劳强度为主进行选材以疲劳强度为主进行选材 材料的耐磨性是其抵抗磨损能力的指标。 两零件摩擦时，磨损量与其接触应力、相对速度、润滑条件及摩擦副的材料有关。根据零件工作条件的不同选材： 在受力较小、摩擦较大的情况下在受力较小、摩擦较大的情况下，主要是磨损失效，故要求材料的耐磨性高。如各种量具、钻套、顶尖、刀具、冷冲模等。硬度相同时，弥散分布的碳化物相越多，耐磨性

17、越好。 一般选过共析钢一般选过共析钢进行淬火及低温回火，以获得高硬度的回火马氏体和碳化物，满足耐磨性要求。 同时受磨损与变动载荷、冲击载荷的零件同时受磨损与变动载荷、冲击载荷的零件，主要是磨损、过量的变形与疲劳断裂失效，故要求心部有一定的综合力学性能，表面有高的耐磨性。如传动齿轮、凸轮等。 一般选适于表面热处理的钢一般选适于表面热处理的钢。 如有些齿轮，传递功率大，耐磨性及精度要求高，但冲击小冲击小，接触应力也小，则可选用中碳合金钢渗氮处理选用中碳合金钢渗氮处理。 对传递功率大，接触应力、摩擦磨损大，又在冲击载荷冲击载荷情况下工作的齿轮，应采用低碳合金钢渗碳处理低碳合金钢渗碳处理。 3)以磨损

18、为主的选材以磨损为主的选材 对于在高应力和大冲击载荷作用下的零件(如铁路道岔、坦克履带等)，不但要求材料具有高的耐磨性，还要求有很好的韧性，此时可采用高锰钢经水韧处理来满足要求。 3)以磨损为主的选材以磨损为主的选材 11.3 典型零件选材及工艺性分析典型零件选材及工艺性分析复合材料复合材料：综合了多种不同材料的优良性能，如强度、弹性模量高；抗疲劳、减摩、耐磨、减振性能好；化学稳定性优异；故是一种极具发展前途的工程材料。 11.3.1 工程材料的主要特性及使用概况工程材料的主要特性及使用概况高分子材料高分子材料 ：强度、刚度（弹性模量）低，尺寸稳定性较差，易老化。常用其制造一些轻载传动齿轮、轴

19、承、紧固件及各种密封件等。陶瓷材料陶瓷材料：在室温下几乎没有塑性，在外力作用下不产生塑性变形，而发生脆性断裂。一般不用于制造重要的受力构件。但其化学稳定性好，具有高的硬度和红硬性，故用于制造在高温下工作的零件、切削刀具和某些耐磨零件。金属材料金属材料：具有优良的综合力学性能和某些特殊的物理、化学性能的材料，被广泛地用于制造各种重要的机械零件和工程结构件，目前是机械工程中最主要的结构材料。机械零件用材主要是钢铁材料。 一、轴类一、轴类 11.3.2 选材实例选材实例 轴是支承支承转动转动零件零件并与之一起回转以以传递传递运动、运动、扭矩扭矩或弯矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同

20、的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。 1）轴的工作条件是： 承受交变扭转及拉压载荷； 轴颈、花键等部位承受较大的摩擦和磨损； 承受一定的过载和冲击载荷。 工作条件、失效形式及性能要求工作条件、失效形式及性能要求2）轴的失效形式有：3）对轴的性能要求：断裂、局部过度磨损。 足够的强度、刚度和一定的韧性； 高的疲劳强度； 良好的切削加工性； 良好的耐磨性。 碳钢：价格低，对应力集中不敏感，可以通过热处理提高耐磨性。 合金钢：强度高 耐磨性好，可以满足特殊工作要求。球墨铸铁： 价廉、对应力集中敏感性低适于复杂外形的轴。 轴的材料轴的材料对轴材料的要求：对轴材料的要求： 强度、 刚度、 耐磨性。

21、增大轴径；改变材料及热处理；改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度；改进轴的结构设计。提高轴的强度的常用措施：提高轴的强度的常用措施： 轴的选材及工艺分析轴的选材及工艺分析1） 机床主轴机床主轴 在与滚动轴承相配合与滚动轴承相配合时，硬度一般为220250HBW即可。对精度高的轴颈，其硬度可提高到4050HRC。 在与滑动轴承配合与滑动轴承配合中，轴颈和轴瓦直接摩擦，如与锡青铜轴承配合的主轴轴颈硬度不得低于300400HBW。 对于高精度机床主轴高精度机床主轴(如镗床主轴)，由于少量磨损就会导致精度下降，常采用与淬火钢质滑动轴承配合，故主轴轴颈必须具有更高的硬度与耐磨性，常选渗氮用钢作为主轴材料，

22、并进行渗氮处理。 有内锥孔或外锥体的内锥孔或外锥体的主轴，如铣床主轴上需经常调换刀具；磨床头尾架主轴上需调换顶尖和卡盘等，装拆过程中为防止这些部位的表面划伤及磨损而影响与配件的配合精度，要求有足够的耐磨性。 一般机床主轴上该部位的硬度应在45HRC以上；高精度机床应提高到56HRC以上。(1) 工作条件及技术要求工作条件及技术要求 承受摩擦与磨损承受摩擦与磨损机床主轴的某些部位承受着不同程度的摩擦，如轴颈轴颈，应具有较高的硬度以增加耐磨性。轴颈的磨损程度决定于与其相配合的轴承类别。主轴主轴 工作时承受多种载荷工作时承受多种载荷机床主轴在高速运转时要受到各种载荷的作用，如弯曲、扭转、冲击等，故要

23、求主轴具有抵抗各种载荷的能力。当弯曲载荷较大、转速又很高时，主轴还承受着很高的交变应力，因此要求主轴具有较高的疲劳强度。(2) 主轴的热处理主轴的热处理 当主轴承受一般载荷一般载荷、转速不高、冲击与变动载荷较小时，可选用中碳钢中碳钢经调质或正火处理。要求高一些的要求高一些的，可选合金调质钢合金调质钢进行调质调质处理。对于表面要求耐磨表面要求耐磨的部位，在调质后尚需进行表面淬表面淬火火。 当主轴承受重载荷重载荷、高转速、冲击与变动载荷很大时，应选用合金渗碳钢合金渗碳钢进行渗碳淬火渗碳淬火。 C616车床主轴选材：车床主轴选材： 1） C616车床主轴选材车床主轴选材(1)工作条件。工作条件。 该

24、主轴承受交变弯曲应力与扭转应力，但由于承受的载荷与转速均不高，冲击作用也不大，故材料具有一般的综合力学性能即可。 主轴大端的内锥孔和外锥体，因经常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，故这些部位要求较高的硬度与耐磨性。该主轴在滚动轴承中运转，轴颈硬度为220250HBW。 (2)性能要求。性能要求。热处理技术条件为：整体调质，硬度220250HBW；内锥孔与外锥体淬火，硬度4550HRC，花键部位高频感应淬火，硬度4853HRC。 提问哪类材料适合C616车床主轴？怎样热处理才能达到要求？ (3)适合的材料适合的材料 根据工作条件分析，该主轴可选45钢达到技术条件要求。45钢虽属于

25、淬透性较差的钢种，但由于主轴工作时最大应力分布在表层，同时主轴设计时，往往因刚度与结构的需要已加大了轴径，强度安全系数较高。又因在粗车后，轴的形状较简单，在调质淬火时一般不会有开裂的危险。因此，不必选用合金调质钢，而可采用价廉、可锻性与可加工性皆好的45钢。(4)加工工艺路线加工工艺路线 下料锻造正火机械粗加工调质机械半精加工(除花键外)局部淬火、回火(锥孔及外锥体)粗磨(外圆、外锥体及锥孔)铣花键铣花键（不淬硬）花键高频感应淬火、回火精磨(外圆、外锥体及锥孔)。主轴的热处理工艺分析：主轴的热处理工艺分析： 因内锥孔和外圆锥面常与卡盘、顶尖相对摩擦，内锥孔和外圆锥面经盐浴局部淬火和回火后硬度达

26、到45HRC50HRC。 正火：消除应力，改善锻造组织。 调质处理（整体调质）硬度为200HBS250HBS，为回火马氏体组织。目的是使主轴得到高的综合机械性能。为了更好地发挥调质的效果，故安排在粗加工之后。 花键部位采用高频感应加热淬火和回火，以保证其耐磨和精度。内燃机曲轴工作时承受扭转和弯曲及冲击力。 2）内燃机曲轴）内燃机曲轴高速大功率内燃机曲轴：采用合金钢，如35CrMo、42CrMo等。常用材料：常用材料： 工作条件：工作条件：中小功率内燃机曲轴：最常用45钢和球墨铸铁。 曲轴具有高的强度，一定的冲击韧度和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要有高的硬度和耐磨性。 用用45钢制造曲轴的工艺路

27、线：钢制造曲轴的工艺路线： 下料锻造正火正火粗加工调质精加工轴颈表面淬火、低温回火精磨 熔炼铸造高温正火（950）高温回火（560）机械加工轴颈气体渗氮（渗氮温度570）。用用QT700-2制造曲轴的工艺路线：制造曲轴的工艺路线：汽车半轴主要起传递扭矩使车轮转动的作用。3）汽车半轴）汽车半轴常用材料：常用材料：要求：要求： 工作条件：工作条件：工作时主要承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转应力的作用。 热处理技术要求：盘部与杆心部调质2535HRC，为回火索氏体组织；杆部表面淬火并低温回火5058HRC，为回火马氏体组织。材料具有足够的强度和韧性，高的疲劳强度。 一般中轻型汽车的半轴选45或40Cr、

28、40MnB钢。 重型汽车的半轴用40MnB、40CrNi 、40CrNiMo 钢。 对于对于40Cr钢制造半轴的加工工艺路线为：钢制造半轴的加工工艺路线为： 下料下料锻造锻造正火正火机械（粗）加工机械（粗）加工调质调质机械加工机械加工杆部杆部中频淬火低温回火中频淬火低温回火磨削。磨削。 齿轮是机械制造中最常见的传动件之一。 传递扭矩时，齿根部承受较大的交变弯曲应力； 换档、启动或啮合不均匀时承受冲击力； 齿啮合时齿面承受滚动、滑动造成的强烈摩擦和交变接触应力。二、齿轮类零件的选材二、齿轮类零件的选材1齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮的工作条件：齿轮的工作

29、条件： 齿轮的主要失效形式：齿轮的主要失效形式：齿根疲劳断裂、齿面局部剥落和过度磨损。 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度； 高的齿面硬度和耐磨性； 良好的心部强度和韧性； 较好的工艺性能。对齿轮材料的性能要求对齿轮材料的性能要求： 冲击载荷小的低速齿轮冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造。 机床齿轮除选用金属齿轮外, 有的还可改用塑料齿轮塑料齿轮，如用聚甲醛(或单体浇铸尼龙)齿轮, 工作时传动平稳, 噪声减少, 长期使用无损坏, 且磨损很小。机床齿轮常用的材料有中碳钢中碳钢或中碳合金结构钢中碳合金结构钢和低碳低合金结构钢(渗碳钢渗碳钢)两类

30、。经表面强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好。齿轮类零件常用材料齿轮类零件常用材料 对于承受高速、高载荷和有冲击作用的齿轮用合金渗碳钢合金渗碳钢如20Cr、20CrMnTi、20Mn2B、12Cr1Ni3等。采用的加工工艺路线为： 下料锻造正火机械粗加工、半精加工(内孔及端面留磨量)渗碳淬火、低温回火喷丸校正花键孔珩(或磨)齿。 对于中小载荷齿轮常用45钢钢和40Cr钢钢；采用的加工工艺路线为： 下料锻造正火机械粗加工调质机械精加工高频感应淬火+低温回火(或渗氮)精磨。 机床齿轮转速中等，与矿山机械、动力机械中的齿轮相比载荷不大，工作平稳无强烈冲击。2齿轮的选材及工艺分析齿轮的选材及工艺分

31、析 C616车床齿轮，可选用45号钢。其工艺路线工艺路线如下： 下料锻造正火正火粗加工调质调质精加工高频淬火及回火高频淬火及回火精磨1）机床齿轮）机床齿轮 工作条件：工作条件：一般选用中碳钢或合金调质钢。常用材料：常用材料： 正火处理可使组织均匀化，消除锻造应力，调整硬度，改善切削加工性能。 调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能。 高频感应加热淬火可提高齿轮表面硬度和耐磨性。 回火可采用低温回火或自行回火，以消除淬火应力。 工艺分析：工艺分析： 一般选用渗碳钢（20CrMnTi、20CrMnMo等）制造。 2）汽车、拖拉机齿轮）汽车、拖拉机齿轮工作条件与要求：工作条件与要求： 汽车、拖拉机的

32、工作条件比机床齿轮较恶劣，受力较大，超载荷和受冲击频繁。其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。如某载重汽车变速箱中的一齿轮，选用20CrMnTi。常用材料：常用材料： 20CrMnTi钢的热处理工艺性较好，有较好的淬透性，渗碳淬火后变形小。 为改善20CrMnTi的切削加工性能，锻造后一般要正火。 渗碳的作用是提高齿面碳的质量分数（0.8%1.05%），淬火后则可获得0.8mm1.3mm的淬硬层。 喷丸处理是一种进一步强化材料的手段，以提高疲劳强度。汽车渗碳齿轮的工艺路线：汽车渗碳齿轮的工艺路线： 下料锻造正火正火机械加工渗碳、淬火及低温回火渗碳、淬火及低温回火喷丸喷

33、丸磨内孔及换档槽装配 分析：分析： 是形状不规则，结构比较复杂并带有内腔，工作条件相差很大。三、机架和箱体类零件的选材三、机架和箱体类零件的选材1. 机架类零件机架类零件 各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台以及齿轮箱、轴承座、阀体、导轨等均为典型机架类零件。机架类零件的种类：机架类零件的种类：机架类零件的特点：机架类零件的特点：机架类零件的功用：机架类零件的功用： 主要起支承和连接机床各部件的作用，以承受压应力和弯曲应力为主，为保证工作的稳定性，应有较好的刚度及减振性；工作台和导轨等，要求有较好的耐磨性，这类零件一般受力不大，但要求良好的刚度和密封性。常用材料：常用材料：机架类零件的功用

34、：机架类零件的功用： 在多数情况下选用灰铸铁或合金铸钢。 个别特大型的还可采用铸钢和焊接联合结构。 作为一般的基础零件，如机身、底座等。2.箱体类零件箱体类零件 床头箱、变速箱、进给箱、溜板箱、内燃机的缸体等都可视为箱体类零件。箱体类零件的种类：箱体类零件的种类： 箱体类零件重量大、形状复杂，是机器中很重要基础零件。由于箱体结构复杂，常用铸造的方法制造毛坯，故箱体几乎都用铸造合金。箱体类零件的特点：箱体类零件的特点：机架类零件的功用：机架类零件的功用： 作为重要的基础零件，主要起支承和连接机床各部件的作用，如床头箱、变速箱等。常用材料：常用材料：受力不大、受力不大、而且主要是承受静载，不受冲击

35、的箱体可选灰铸铁。 若该零件在工作时与其他部件发生相对运动，其间有摩擦、磨损发生，则选用珠光体基体灰铸铁（HT200和HT250用得最多）。 受力较大受力较大选孕育铸铁或球墨铸铁。如HT400用来制造液压筒，QT400-17、QT420-10可制造阀体、阀盖，QT600-2、QT800-2可制造冷冻机缸体。受力较大受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作的零件如汽轮机机壳，可选用铸钢。但形状简单的，可选用型钢焊接而成。受力不大受力不大、要求自重轻或要求导热好的则可选作铸造铝合金制造。受力很小、受力很小、要求自重轻的还可考虑选用工程塑料。 首选材料为灰口铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁也可选用。它

36、们成本低、铸造性好、切削加工性优异、对缺口不敏感、减震性好，非常适合铸造上述零部件，且石墨有良好的润滑作用、并能储存润滑油、很适宜制造导轨，同时铸铁有良好的耐磨性。热处理热处理热处理 对铝合金：对铝合金：应根据成分不同，进行退火或淬火时效等处理。 对铸钢件：对铸钢件：为了消除粗晶组织、偏析及铸造应力，应对铸钢毛坯进行完全退火或正火。 对铸铁件：对铸铁件：生产中热处理主要用来消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。一般要进行退火。 表面淬火表面淬火 ：有些铸件如机床导轨、缸体内壁机床导轨、缸体内壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可进行表面淬火处理，如高频表面淬火，火焰表面淬火和激光加热表

37、面淬火等。淬火后表面硬度可达50HRC55HRC。 消除铸件白口、降低硬度的退火：消除铸件白口、降低硬度的退火：灰口铸铁件表层和薄壁处产生向口组织难以切削加工，需要退火以降低硬度。退火在共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨，所以又称高温退火。 消除内应力退火：消除内应力退火：（又称人工时效） 一些形状复杂和尺寸稳定性要求较高的重要铸件，如机床床身、柴油机汽缸机床床身、柴油机汽缸等，为了防止变形和开裂，须进行消除内应力退火。四、典型农机零件的选材四、典型农机零件的选材 许多农机零件在工作中要与土壤或作物摩擦。不同的零件，性能要求和材料略有不同。1.犁铧犁铧在耕地过程中，犁铧的作用是铲起土块和切割

38、土壤。 工作条件及技术要求工作条件及技术要求 在工作中不断受到土壤的摩擦而磨损，还会受到土壤中石块的冲击而折断。因此，犁铧的性能要求有好的耐磨性和一定的抗冲击性能。常采用65Mn、65SiMnRE等钢和韧性白口铁制造。常用材料：常用材料：将犁铧加热到将犁铧加热到900保温后在保温后在300的盐炉中等温淬火的盐炉中等温淬火。 钢制犁铧的加工工艺路线为：钢制犁铧的加工工艺路线为：下料下料热压型热压型加工刃口加工刃口冲孔校型冲孔校型淬火、回火淬火、回火 用韧性白口铁制造犁铧的热处理方法：用韧性白口铁制造犁铧的热处理方法： 常采用T9或65Mn钢制造。热处理采用高频加热后在240300盐炉中等温淬火，获得强韧性、耐磨性均好的下贝氏体组织。硬度5255HRC 。2.耙片耙片耙片的工作条件与犁铧相似；但因直