机械零件的失效与选用ppt课件

1、第七章第七章 机械零件的失效与机械零件的失效与选用选用7.1 机械零件的失效及失效分析机械零件的失效及失效分析7.2 机械零件选材原那么机械零件选材原那么7.3 典型零件的加工工艺典型零件的加工工艺失效：零件在运用过程中由于某种缘由而不能圆满完成失效：零件在运用过程中由于某种缘由而不能圆满完成指定的功能的景象。指定的功能的景象。 失效导致严重事故失效导致严重事故 7.1 机械零件的失效及失效分析机械零件的失效及失效分析7.1.1 零件失效方式零件失效方式零件失效的方式及其失效机理零件失效的方式及其失效机理一、畸变失效一、畸变失效 畸变是指在某种程度上减弱了零件规定畸变是指在某种程度上减弱了零件

2、规定功能的变形。功能的变形。 1. 弹性畸变失效弹性畸变失效刚度刚度2. 塑性畸变失效塑性畸变失效强度强度 3. 翘曲畸变失效翘曲畸变失效二、断裂失效二、断裂失效1韧性断裂韧性断裂断裂前发生明显的宏观上的塑性变形断裂前发生明显的宏观上的塑性变形断口特征：明显缩颈，杯锥状、灰暗断口特征：明显缩颈，杯锥状、灰暗2脆性断裂脆性断裂断裂前未发生明显的宏观上的塑性变形，断裂前未发生明显的宏观上的塑性变形，或产生很小的永久变形或产生很小的永久变形断口特征：断口平整、光亮断口特征：断口平整、光亮3韧性韧性脆性断裂脆性断裂1. 断裂失效的分类按断裂性质断裂失效的分类按断裂性质1 1沿晶断裂沿晶断裂指多晶体资料

3、的裂纹萌生与指多晶体资料的裂纹萌生与扩展是在晶界处发生的分扩展是在晶界处发生的分别过程别过程2 2穿晶断裂穿晶断裂指裂纹萌生和扩展是在晶粒指裂纹萌生和扩展是在晶粒内部发生的断裂。内部发生的断裂。3 3混晶断裂混晶断裂1. 断裂失效的分类按断裂途径断裂失效的分类按断裂途径2. 断口分析方法断口分析方法 断裂失效分析的中心和导游断裂失效分析的中心和导游断口三要素断口三要素 F - 纤维状区纤维状区 R - 放射状区脆性特征放射状区脆性特征 S - 剪切唇区灰色剪切唇区灰色3. 断裂的微观特征断裂的微观特征脆性断裂断口脆性断裂断口(解理花样解理花样)沿晶断口沿晶断口(冰糖花样冰糖花样)韧性断裂断口韧

4、窝韧性断裂断口韧窝滑移分别之蛇形滑移滑移分别之蛇形滑移 三、磨损失效三、磨损失效磨损：相对运动时两金属外表不断损耗，使金属外表磨损：相对运动时两金属外表不断损耗，使金属外表形状和尺寸改动的景象。形状和尺寸改动的景象。 活塞环与缸套之间的摩擦活塞环与缸套之间的摩擦 1. 磨损失效的根本类型磨损失效的根本类型1粘着磨损粘着磨损2磨料磨损磨料磨损3外表疲劳磨损外表疲劳磨损4冲刷磨损冲刷磨损5腐蚀磨损腐蚀磨损粘着磨损表示图粘着磨损表示图部分粘结部分粘结(固相粘着固相粘着)，使资料从，使资料从一个外表转移到另一外表或撕下一个外表转移到另一外表或撕下作为磨料留在两个外表之间作为磨料留在两个外表之间1粘着磨

5、损粘着磨损粘着磨损磨痕粘着磨损磨痕外来硬颗粒或外表微突体的作用外来硬颗粒或外表微突体的作用呵斥外表损伤的磨损。呵斥外表损伤的磨损。主要特征是外表被犁削构成沟漕。主要特征是外表被犁削构成沟漕。2磨粒料磨损磨粒料磨损磨粒磨损表示图磨粒磨损表示图磨粒磨损磨痕磨粒磨损磨痕磨料磨损是最常见的、危害最为严重的磨损方式。在各类磨料磨损是最常见的、危害最为严重的磨损方式。在各类磨损方式中，磨料磨损大约占磨损方式中，磨料磨损大约占50%50%。 冲刷磨损表示图冲刷磨损表示图接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压应力作用下，使资料外表疲劳而产生资料损失。应力作

6、用下，使资料外表疲劳而产生资料损失。齿轮副、凸轮副、滚动轴承的滚动体与外座圈、轮箍齿轮副、凸轮副、滚动轴承的滚动体与外座圈、轮箍与钢轨等都能够产生外表疲劳磨损。构成麻坑。与钢轨等都能够产生外表疲劳磨损。构成麻坑。3外表疲劳磨损外表疲劳磨损4冲刷磨损冲刷磨损 含固态粒子的流体含固态粒子的流体(常为液体常为液体) 冲刷呵斥外表资料损失冲刷呵斥外表资料损失5腐蚀磨损腐蚀磨损摩擦的同时与周围介质发生化学或电化学反响，产生表摩擦的同时与周围介质发生化学或电化学反响，产生表层金属的损失或迁移景象。层金属的损失或迁移景象。 1摩擦副材质摩擦副材质 互溶性；互溶性； 外表强化处置情况；外表强化处置情况； 表层

7、组织和构造缺陷。表层组织和构造缺陷。 2工况参数工况参数 接触应力、滑动间隔和滑动速度、温度、介质条接触应力、滑动间隔和滑动速度、温度、介质条件与光滑等。件与光滑等。2. 影响磨损失效的根本要素影响磨损失效的根本要素1. 均匀腐蚀均匀腐蚀全面腐蚀全面腐蚀2. 点腐蚀点腐蚀部分腐蚀部分腐蚀3. 晶间腐蚀晶间腐蚀部分腐蚀部分腐蚀四、腐蚀失效四、腐蚀失效腐蚀：资料受环境介质的化学、电化学和物理作用产腐蚀：资料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或蜕变景象。生的损坏或蜕变景象。 断裂仅占断裂仅占5%5% 腐蚀、磨损、疲劳破坏占腐蚀、磨损、疲劳破坏占74%74%齿面接触疲劳齿面接触疲劳轴瓦磨损轴

8、瓦磨损失效统计：失效统计：7.1.2 失效分析的根本方法失效分析的根本方法义务：找出失效的主要缘由，制定改良措施。义务：找出失效的主要缘由，制定改良措施。导致零件失效的主要缘由的表示图导致零件失效的主要缘由的表示图1.1.事故调查事故调查 失效现场；背景资料。失效现场；背景资料。2.2.资料搜集资料搜集3.3.实验分析实验分析 失效机械的构造分析失效机械的构造分析宏观和微观断口分析宏观和微观断口分析失效件资料的成分分析失效件资料的成分分析金相分析金相分析失效件资料的组成相分析失效件资料的组成相分析失效件资料的力学性能检测、应力分析、测定失效件资料的力学性能检测、应力分析、测定4 4、分析结果提

9、交：提出失效性质、失效缘由，预防措施、分析结果提交：提出失效性质、失效缘由，预防措施或建议，提交失效分析报告。或建议，提交失效分析报告。失效分析程序：失效分析程序：7.2 机械零件选材原那么机械零件选材原那么7.2.1 运用性能原那么首要原那么运用性能原那么首要原那么 资料的运用性能应满足运用要求资料的运用性能应满足运用要求运用性能是零件在运用形状下资料应该具有的机运用性能是零件在运用形状下资料应该具有的机械性能、物理性能和化学性能。械性能、物理性能和化学性能。大量机器零件大量机器零件和工程构件和工程构件特殊条件下特殊条件下任务的零件任务的零件 1 1受力情况受力情况 载荷的类型载荷的类型(

10、(例如动载、静载、例如动载、静载、循环载荷或单调载荷等循环载荷或单调载荷等) )和大小；载荷的方式拉伸和大小；载荷的方式拉伸；载荷的特点均匀、集中等。；载荷的特点均匀、集中等。 2 2环境情况环境情况 温度特性、介质情况等。温度特性、介质情况等。 3 3特殊要求特殊要求 对导电性、磁性、热膨胀、密度对导电性、磁性、热膨胀、密度、外观等的要求。、外观等的要求。 零件运用时的任务条件零件运用时的任务条件零件根据运用性能选材的步骤零件根据运用性能选材的步骤u零件任务条件和失效方式分析，确定运用性能要求；零件任务条件和失效方式分析，确定运用性能要求；u性能要求目的化：如强硬度、塑韧性等的详细数值。性能

11、要求目的化：如强硬度、塑韧性等的详细数值。u几何外形、尺寸及载荷，计算应力分布；几何外形、尺寸及载荷，计算应力分布；u利用手册选材。利用手册选材。 局限性：力学性能与零件尺寸有关局限性：力学性能与零件尺寸有关零件零件任务条件任务条件常见失效方式常见失效方式性能要求性能要求应力应力种类种类载荷载荷性质性质受载受载形状形状螺栓螺栓拉、剪拉、剪静载静载-过量变形，断裂过量变形，断裂强度，塑性强度，塑性传动轴传动轴弯、扭弯、扭循环循环冲击冲击轴颈轴颈摩擦摩擦疲劳断裂，过量变形疲劳断裂，过量变形轴颈磨损轴颈磨损综合力学性能综合力学性能传动齿轮传动齿轮压、弯压、弯循环循环冲击冲击摩擦摩擦振动振动断齿，磨损

12、，断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳疲劳断裂，接触疲劳外表高硬度及疲劳极外表高硬度及疲劳极限心部强度及韧性限心部强度及韧性弹簧弹簧扭、弯扭、弯交变交变冲击冲击振动振动弹性失稳，弹性失稳，疲劳破坏疲劳破坏弹性极限，屈强比弹性极限，屈强比疲劳极限疲劳极限7.2.2 工艺性能原那么工艺性能原那么满足消费工艺的要求满足消费工艺的要求图图8-4 8-4 高分子资料的加工工艺道路高分子资料的加工工艺道路 图图8-5 8-5 陶瓷资料的加工工艺道路陶瓷资料的加工工艺道路金属资料零件选材的工艺性能原那么金属资料零件选材的工艺性能原那么 图图8-6 8-6 金属资料的加工工艺道路金属资料的加工工艺道路3. 精细金属

13、零件的工艺道路精细丝杠、镗床主轴精细金属零件的工艺道路精细丝杠、镗床主轴 毛坯毛坯预先热处置预先热处置(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最终热处最终热处置置(淬火、低温回火、固溶、时效或渗碳淬火、低温回火、固溶、时效或渗碳)半精加工半精加工稳定化处置或氮化稳定化处置或氮化精加工精加工稳定化处置稳定化处置零件。零件。1. 普通金属零件的工艺道路普通金属零件的工艺道路 毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工零件。零件。2. 性能要求较高的金属零件的工艺道路轴、齿轮性能要求较高的金属零件的工艺道路轴、齿轮 等等 毛坯毛坯预先热处置预先热处置(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最终热处置最终热

14、处置(淬淬火火+回火，固溶时效或渗碳等回火，固溶时效或渗碳等)精加工精加工零件。零件。工艺性能工艺性能 ：铸、锻、焊、机加工、热处置：铸、锻、焊、机加工、热处置 一、资料的价钱一、资料的价钱 应该尽量低。占应该尽量低。占30%70%7.2.3 经济性与环境友好性原那么经济性与环境友好性原那么三、国家的资源三、国家的资源 来源丰富并顾及我国资源情况。来源丰富并顾及我国资源情况。四、资料的环境友好与循环运用四、资料的环境友好与循环运用提倡绿色制造，运用资料与环境友好，不污染环境，可循提倡绿色制造，运用资料与环境友好，不污染环境，可循环运用。运用可降解性塑料。环运用。运用可降解性塑料。二、零件的总本

15、钱二、零件的总本钱 消费和运用的总本钱最低。消费和运用的总本钱最低。 与其运用寿命、分量、加工费用、研讨费用、维修费用与其运用寿命、分量、加工费用、研讨费用、维修费用和资料价钱有关。和资料价钱有关。7.3.1 7.3.1 齿轮选材齿轮选材7.3.2 7.3.2 轴类零件选材轴类零件选材7.3.3 7.3.3 弹簧选材弹簧选材7.3.4 7.3.4 刃具选材刃具选材7.3 典型工件的选材与工艺典型工件的选材与工艺7.3.1 齿轮选材齿轮选材1 1 齿轮的任务条件齿轮的任务条件(1) (1) 由于传送扭矩，齿根接受由于传送扭矩，齿根接受很大的交变弯曲应力；很大的交变弯曲应力；(2) (2) 换挡、

16、启动或啮合不均时，换挡、启动或啮合不均时，齿部接受一定冲击载荷；齿部接受一定冲击载荷；(3) (3) 齿面相互滚动或滑动接触，齿面相互滚动或滑动接触，接受很大的接触压应力及摩擦接受很大的接触压应力及摩擦力作用。力作用。2 2 齿轮的失效方式齿轮的失效方式(1)疲劳断裂疲劳断裂 (2)齿面磨损齿面磨损(3)齿面接触疲劳破坏齿面接触疲劳破坏 (4)过载断裂过载断裂(1)(1)高的弯曲疲劳强度；高的弯曲疲劳强度；(2)(2)高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性；(3)(3)较高的强度和冲击韧性。较高的强度和冲击韧性。(4)(4)较好的热处置工艺性能，例如热处置变形小等。较好的热处置工艺

17、性能，例如热处置变形小等。3 3 齿轮资料的性能要求齿轮资料的性能要求 性能要求主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和性能要求主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。外表硬度越高，疲劳强度也越高。接触疲劳强度。外表硬度越高，疲劳强度也越高。 齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。过载断裂。 4 齿轮类零件的选材齿轮类零件的选材选用低、中碳钢或其合金钢，外表强化处置选用低、中碳钢或其合金钢，外表强化处置u传送动力，改动运动速度和方向传送动力，改动运动速度和方向u任务条件较好，转速中等，载荷不大，任务条件较好，转速中等，载荷不大，

18、任务平稳无剧烈冲击。任务平稳无剧烈冲击。u可选中碳钢可选中碳钢4545钢制造，为了提高钢制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢淬透性，也可选用中碳合金钢40Cr40Cr钢钢5 5 典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例工艺道路：工艺道路： 下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工一轮齿高频淬火一轮齿高频淬火+ +低温回火一精磨低温回火一精磨1 1机床齿轮机床齿轮机床变速箱齿轮机床变速箱齿轮 热处置的目的热处置的目的正火处置可消除锻造应力，均匀组织，便于切削正火处置可消除锻造应力，均匀组织，便于切削加工。加工。调质处置可使齿轮具有较高的综合力学性能，心调质处置可使

19、齿轮具有较高的综合力学性能，心部有足够的强度和韧性。部有足够的强度和韧性。高频淬火高频淬火+ +低温回火是决议齿轮外表性能的关键工低温回火是决议齿轮外表性能的关键工序。经过高频淬火，提高轮齿外表硬度，提高外序。经过高频淬火，提高轮齿外表硬度，提高外表耐磨性，并使轮齿外表有剩余压应力存在，从表耐磨性，并使轮齿外表有剩余压应力存在，从而提高了抗疲劳破坏的才干。低温回火消除淬火而提高了抗疲劳破坏的才干。低温回火消除淬火应力。应力。工艺道路：工艺道路： 下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工一轮齿高频淬火一轮齿高频淬火+ +低温回火一精磨低温回火一精磨例例 题题u

20、C618机床变速箱齿轮尺寸不大，厚机床变速箱齿轮尺寸不大，厚15mm任务时转任务时转速较高，性能要求如下：齿的外表硬度速较高，性能要求如下：齿的外表硬度5056HRC，齿，齿心部硬度心部硬度2225HRC，整体强度，整体强度b=760800MPa，整体韧性整体韧性K=4060J/cm2 。请从以下资料中进展合。请从以下资料中进展合理选用，并制定其工艺流程：理选用，并制定其工艺流程：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。选用选用4545钢制造，较为适宜。钢制造，较为适宜。其加工工艺道路为：下料其加工工艺道路为：下料锻造锻造正火正火84084

21、0860860空冷空冷机加工机加工调质调质840840860860水淬，水淬，500500550550回火回火精加工精加工高频外表淬火高频外表淬火880880900900水冷水冷低温回火低温回火200200回火回火精磨。精磨。2汽车齿轮汽车齿轮u汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。韧性等，均要求比机床齿轮高。u采用低碳合金钢进展渗碳处置来作重采用低碳合金钢进展渗碳处置来作重要齿轮。要齿轮。20Cr20Cr或或20CrMnTi20CrMnTi齿轮的工艺道路为：齿轮的工艺道路

22、为：下料一锻造一正火一切削加工一渗碳、淬火及低温回下料一锻造一正火一切削加工一渗碳、淬火及低温回火一喷丸一磨削加工火一喷丸一磨削加工汽车后桥齿轮汽车后桥齿轮 热处置目的：热处置目的：正火：消除锻造应力，均匀组织，使同批坯料正火：消除锻造应力，均匀组织，使同批坯料具有一样的硬度，便于切削加工，改善齿轮外具有一样的硬度，便于切削加工，改善齿轮外表加工质量。表加工质量。渗碳、淬火及低温回火：渗碳后外表碳含量大渗碳、淬火及低温回火：渗碳后外表碳含量大大提高，保证淬火后得到高硬度，提高耐磨性大提高，保证淬火后得到高硬度，提高耐磨性和接触疲劳抗力。由于合金元素提高淬透性，和接触疲劳抗力。由于合金元素提高淬

23、透性，淬火、回火后可使心部获得较高的强度和足够淬火、回火后可使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性。的冲击韧性。喷丸处置增大表层压应力，有利于提高疲劳强喷丸处置增大表层压应力，有利于提高疲劳强度，并去除氧化皮。度，并去除氧化皮。下料一锻造一正火一切削加工一渗碳、淬火及低温回下料一锻造一正火一切削加工一渗碳、淬火及低温回火一喷丸一磨削加工火一喷丸一磨削加工例例 题题n有一载重汽车变速箱齿轮，运用中受一定冲击，负载较重，有一载重汽车变速箱齿轮，运用中受一定冲击，负载较重，齿外表要求耐磨，硬度为齿外表要求耐磨，硬度为5863HRC，齿心部硬度，齿心部硬度3345HRC，其他力学性能要求为，其他力学性能

24、要求为:b 1000Mpa ，-1440Mpa ， a K 95J/cm2 。试从以下资料中选择制。试从以下资料中选择制造该齿轮的适宜钢种，制定工艺流程，分析每步热处置的造该齿轮的适宜钢种，制定工艺流程，分析每步热处置的目的及其组织。目的及其组织。 35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。 制造该齿轮的适宜钢种为制造该齿轮的适宜钢种为20CrMnTin加工工艺道路：加工工艺道路：n下料下料锻造锻造正火正火950950970970空冷空冷机加工机加工渗碳渗碳920920950950渗碳渗碳6 68 8小时小时预冷淬火预冷至预冷淬火预冷至870

25、870880880油冷油冷低温回火低温回火喷丸喷丸磨削。磨削。n热处置的目的及相应组织：热处置的目的及相应组织：n正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性。组织为性。组织为S S 。n渗碳：外表获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性。渗碳：外表获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性。渗碳温度下对应的组织为。渗碳温度下对应的组织为。n预冷淬火：齿外表获得高硬度、高耐磨性，组织为高碳预冷淬火：齿外表获得高硬度、高耐磨性，组织为高碳+ +碳化物碳化物+ + 剩余剩余A A；齿心部强、韧结合，组织为低碳；齿心部强、韧结合，组织为

26、低碳+F+T+F+T。n低温回火：减少淬火应力、稳定组织，组织为：外表低温回火：减少淬火应力、稳定组织，组织为：外表M M回回+ +碳碳化物化物+ + 剩余剩余A A ，心部，心部M M回回+ F + T + F + T 。(1)(1)轴类零件任务时主要受交变弯曲和改动应力的复协作用；轴类零件任务时主要受交变弯曲和改动应力的复协作用；(2)(2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损；轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损；(3)(3)轴在高速运转过程中会产生振动，使轴接受冲击载荷；轴在高速运转过程中会产生振动，使轴接受冲击载荷；(4)(4)多数轴会接受一定的过载载荷。多数轴会接受

27、一定的过载载荷。7.3.2 7.3.2 轴类零件选材轴类零件选材1 1 轴类零件的任务条件轴类零件的任务条件(1)(1)长期交变载荷下的疲劳断裂长期交变载荷下的疲劳断裂 (2)(2)过量变形甚至断裂过量变形甚至断裂; ;(3)(3)外表过度磨损等。外表过度磨损等。2 2 轴类零件的失效方式轴类零件的失效方式(1)(1)良好的综合机械性能良好的综合机械性能(2)(2)高的疲劳强度高的疲劳强度(3)(3)高耐磨性高耐磨性(4)(4)良好的切削加工性能，价钱廉价。良好的切削加工性能，价钱廉价。3 3 轴类零件的性能要求轴类零件的性能要求轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损l普

28、通轴类零件：普通轴类零件：l 碳钢：碳钢： 35、40、45、50 钢钢l热处置：正火、调质或外表淬火热处置：正火、调质或外表淬火性能目的：强度、冲击韧性和外表耐磨性。性能目的：强度、冲击韧性和外表耐磨性。资料：普通用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。资料：普通用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。l载荷较大，限制外形、尺寸和分量，或轴颈耐磨性要求高：载荷较大，限制外形、尺寸和分量，或轴颈耐磨性要求高：l合金钢合金钢l例：例：20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等等4 4 轴类零件资料及选材方法轴类零件资料及选材方法l球墨铸铁和高强度灰铸铁也可作曲轴的资料。球墨

29、铸铁和高强度灰铸铁也可作曲轴的资料。5 5 典型轴的选材典型轴的选材 1机床主轴选材机床主轴选材C620车床主轴车床主轴交变弯曲和改动，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大交变弯曲和改动，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大具有普通综合机械性能，大端轴颈等部位耐磨性高具有普通综合机械性能，大端轴颈等部位耐磨性高 选材：选材：45钢钢 热处置：调质处置，有摩擦部位进展外表淬火热处置：调质处置，有摩擦部位进展外表淬火 性能目的性能目的 硬度硬度220250HB，轴颈，轴颈52HRC 。 工艺道路工艺道路 锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工外外表淬火低温回火表淬火低温回火磨削磨削 最终组织

30、最终组织 心部：心部：S回轴颈外表：回轴颈外表：M回回 假设这类机床主轴的载荷较大，可用假设这类机床主轴的载荷较大，可用40Cr钢制造。钢制造。 当接受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，那么可采用合金当接受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，那么可采用合金渗碳钢制造，如渗碳钢制造，如20Cr或或20CrMnTi等等受力：弯曲、改动、剪切、冲击等交变应力受力：弯曲、改动、剪切、冲击等交变应力 外形极不规那么，应力分布很不均匀外形极不规那么，应力分布很不均匀 曲轴颈与轴承发生滑动摩擦。曲轴颈与轴承发生滑动摩擦。失效方式：疲劳断裂和轴颈严重磨损失效方式：疲劳断裂和轴颈严重磨损资料要求：高强度，一定的冲击韧性，足够

31、的弯曲、改资料要求：高强度，一定的冲击韧性，足够的弯曲、改动疲劳强度和刚度，轴颈还应有高的硬度和耐磨性。动疲劳强度和刚度，轴颈还应有高的硬度和耐磨性。2内燃机曲轴选材内燃机曲轴选材实践消费中按制造工艺分锻钢曲轴和铸造曲轴两种实践消费中按制造工艺分锻钢曲轴和铸造曲轴两种锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45、35Mn2、40Cr，35CrMo钢等。钢等。工艺道路：模锻工艺道路：模锻- 调质调质- 切削加工切削加工- 轴颈外表淬火轴颈外表淬火+低温回火低温回火 磨削磨削铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可

32、锻铸铁以及合金铸铁等制造，如金铸铁等制造，如ZG45、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4。工艺道路：铸造一高温正火一高温回火一切削加工一工艺道路：铸造一高温正火一高温回火一切削加工一轴颈气体渗氮轴颈气体渗氮高温正火高温正火获得细获得细P基体的组织，以满足强度要求基体的组织，以满足强度要求高温回火高温回火消除正火时产生的内应力消除正火时产生的内应力轴颈气体渗氮轴颈气体渗氮在保证不改动组织及加工精度的前提在保证不改动组织及加工精度的前提下提高轴颈外表硬度和耐磨性。下提高轴颈外表硬度和耐磨性。 例例 题题n175A175A型农用柴油机曲轴型农用柴油机曲轴-载荷不大载荷

33、不大n性能目的性能目的 ：b750MPab750MPa，整体硬度，整体硬度240240260HBS260HBS，轴颈外，轴颈外表硬度表硬度625HV (HRC55),2%, aKU150kJ/m2625HV (HRC55),2%, aKU150kJ/m2牌号牌号基体基体机械性能机械性能 bMPa 0.2MPa 5%akkJ/m2HB QT400-17F F40025017600 179 QT420-10F42042027010300 207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202 160160229-302QT700-2P7004902 160160229

34、-302QT800-2P8005602 160160241-321 QT1200-1下下B B12008401300 38HRC38HRCn选材选材 QT700-2 QT700-2n热处置工艺热处置工艺 高温正火高温正火950 + 950 + 高温回火高温回火560 + 560 + 轴轴颈氮化颈氮化570 570 n最终组织最终组织 P + G + P + G + 少量少量F F n工艺道路工艺道路 铸造铸造高温正火高温正火高温回火高温回火机加工机加工轴轴颈氮化颈氮化思索题思索题1. 欲做以下零件：小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、齿轮，试为其欲做以下零件：小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、齿轮，

35、试为其各选一资料待选资料：各选一资料待选资料： ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T10 。2. 某汽车变速箱齿轮，要求某汽车变速箱齿轮，要求b1080MPa，aKU255J，齿面硬度，齿面硬度HRC58 ，试选一资料，制定最终热处置工艺，分析每步热处置，试选一资料，制定最终热处置工艺，分析每步热处置后组织。后组织。3.选材设计一个车床主轴。要求：该主轴受交变弯曲和改动的复合应力，选材设计一个车床主轴。要求：该主轴受交变弯曲和改动的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴肩位置需求耐磨，经适当载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴肩位置需求耐磨，经适当热处置后能有良好的综

36、合机械性能，请选材，并设计热处置工序，热处置后能有良好的综合机械性能，请选材，并设计热处置工序，分析每步热处置后组织。分析每步热处置后组织。第第2、3题的待选资料：题的待选资料：H70 、 20CrMnTi 、 T10 、 GCr15 、 60Si2Mn 、45 、Q390 、 2Cr13 、 LC4 、40Cr 、 Cr12MoV 答：选材答：选材 20CrMnTi 20CrMnTi，b1100MPab1100MPa， aKU255J aKU255J ，齿面，齿面HRC5863 HRC5863 。热处置工艺热处置工艺 930 930渗渗C + C + 预冷预冷830830油淬油淬 + 200

37、 + 200回火回火最终组织最终组织 心部：心部：M M回回+ F+ F齿面：齿面：M M回回+ + 碳化物碳化物 + A + A 答：选材答：选材 45 45 。下料下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工部分外表淬火部分外表淬火+ +低温回火低温回火精磨精磨废品废品 1. 1. 弹簧的任务条件、失效方式及性能要求弹簧的任务条件、失效方式及性能要求 1 1任务条件任务条件 1 1弹簧在外力作用下，资料将接受弯曲应力或弹簧在外力作用下，资料将接受弯曲应力或改动应力。改动应力。 2 2接受交变应力和冲击载荷的作用。接受交变应力和冲击载荷的作用。 3 3某些弹簧遭到腐蚀介质和高温的作用

38、。某些弹簧遭到腐蚀介质和高温的作用。 7.3.3 7.3.3 弹簧类零件的选材弹簧类零件的选材 2 2主要失效方式主要失效方式 1 1塑性变形塑性变形 2 2疲劳断裂疲劳断裂 3 3快速脆性断裂快速脆性断裂 4 4腐蚀介质中运用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下的弹腐蚀介质中运用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。 3 3对弹簧用材性能要求对弹簧用材性能要求 1 1高的弹性极限和屈强比高的弹性极限和屈强比s/bs/b。 2 2高的疲劳强度。高的疲劳强度。 3 3某些弹簧需求良好的耐蚀性和耐热性。某些弹簧需求良好的

39、耐蚀性和耐热性。 2. 弹簧零件的选材 1汽车板簧 普通选用65Mn、60Si2Mn钢制造。重型载重汽车大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。 2火车螺旋弹簧 可运用50CrMn、55MnMo等钢制造。 1. 1. 刃具的任务条件、失效方式及性能要求刃具的任务条件、失效方式及性能要求 1 1任务条件任务条件 1 1刃具在切削资料时，接受很大的弯曲应力，某些刃刃具在切削资料时，接受很大的弯曲应力，某些刃具如钻头、铰刀还会遭到较大的改动应力。具如钻头、铰刀还会遭到较大的改动应力。 2 2刃具刃部与被切削资料剧烈摩擦，刃具刃部与被切削资料剧烈摩擦， 刃部温度可升到刃部温度可升到500 500 C C600 600 C C。 3 3机用刃具往往接受较大的冲击与震动。机用刃具往往接受较大的冲击与震动。7.3.4 7.3.4 刃具选材刃具选材 2 2主要失效方式主要失效方式 1 1磨损磨损 2 2断裂断裂 3 3刃部软化刃部软化3 3对刃具资料的性能要求对刃具资料的性能要求高硬度，高耐磨性。硬度普通要大于高硬度，高耐磨性。硬度普通要大于62 HRC62 HRC；高的红硬性；高的红硬性；强韧性好；强韧性好；高的淬透性。可采