金工实习第7-1章

1、 退出退出 定定 义：义：机械零件或工程构件丧失规定功能的现象机械零件或工程构件丧失规定功能的现象。 失效含义：失效含义： 零件零件破损，不能正常工作。破损，不能正常工作。 零件零件尚可安全工作，但不能满足原有功能尚可安全工作，但不能满足原有功能要求要求。 零件不能安全工作。零件不能安全工作。 失效的定量指标：失效的定量指标： 额定寿命；某些指额定寿命；某些指标标的规定的规定范范围（如模具冲头磨损量）围（如模具冲头磨损量）达达不到定量指标，即发生早期失效。不到定量指标，即发生早期失效。 过量弹性变形失效：过量弹性变形失效： 特征特征：e e过大（过大（e e=/E=/E）, ,带来一系带来一系

2、后果（如镗后果（如镗杆的杆的“让刀让刀”）。 措施：措施：提高零件刚度，具体办法为改变零件几何，提高零件刚度，具体办法为改变零件几何，加大尺寸及用加大尺寸及用E E大的材料。大的材料。 塑性变形失效：塑性变形失效： 特征：特征：s s、发生整体屈服。、发生整体屈服。 措施：措施：选高强度材料、采取强化工艺、加大截面尺选高强度材料、采取强化工艺、加大截面尺寸或降低应力水平。寸或降低应力水平。 图图7-1 过量蠕变失效：过量蠕变失效： 特征：特征：T0.3Tm（尽管（尽管s）时发生，时间累积过）时发生，时间累积过程。程。 措施：措施：选用高强耐热钢及合适的热处理。选用高强耐热钢及合适的热处理。 韧

3、断：韧断： 特征特征：b b ，先塑变后断裂；原因为强度不足。，先塑变后断裂；原因为强度不足。 措施：措施：；提高材料强度。；提高材料强度。 低应力脆断低应力脆断： 特征：特征：s s时突然发生，无明显宏观塑性变形征时突然发生，无明显宏观塑性变形征兆，最危险，如铸铁拉伸时的断裂；低温、兆，最危险，如铸铁拉伸时的断裂；低温、大截面零件以及应力大截面零件以及应力集中，集中，最易发生。最易发生。 措施：措施：提高材料韧性；减少各种提高材料韧性；减少各种加工加工缺陷；减少缺陷；减少应应力力集中及消除内应力等。集中及消除内应力等。疲劳断裂疲劳断裂： 特征：特征：脆断，无明显塑变；脆断，无明显塑变；s s

4、，多次循环造成，多次循环造成，如齿如齿轮轮的断齿。量大面广，多起源于表面缺口、的断齿。量大面广，多起源于表面缺口、刀痕等应力集中处。刀痕等应力集中处。 措施：措施：选材；设计改进（避免或减少应力集中）；表面选材；设计改进（避免或减少应力集中）；表面加工质量；表面强化。加工质量；表面强化。蠕变断裂：蠕变断裂： 过量蠕变变形后发生（高温下，详见第过量蠕变变形后发生（高温下，详见第10.410.4章）。章）。 介质加速断裂：介质加速断裂： 应力腐蚀等（介质应力腐蚀等（介质+ +应力的复合作用应力的复合作用，详见第，详见第10.510.5章）章）磨损失效磨损失效 特征：特征：摩擦摩擦作用的结果之一；轻

5、微磨损允许、过量磨作用的结果之一；轻微磨损允许、过量磨损会失效，例摩擦副、工模具、工程机械，量损会失效，例摩擦副、工模具、工程机械，量大面广。大面广。 措施：措施：用耐磨材料；表面强化、表面改性处理；润滑用耐磨材料；表面强化、表面改性处理；润滑条件。条件。接触疲劳失效接触疲劳失效 特征：特征：接触零件之间周期性压接触零件之间周期性压应应力或接触应力反复作力或接触应力反复作用的结果，例齿轮齿面剥落、轴承表面麻点。用的结果，例齿轮齿面剥落、轴承表面麻点。 措施：措施：提高表面质量、表面强化。提高表面质量、表面强化。腐蚀失效腐蚀失效： 量大面广；选抗蚀材料量大面广；选抗蚀材料、表面防护等（见第表面防

6、护等（见第10.5章）。章）。 （自学）（自学） 总体上共四方面：总体上共四方面：设计设计选材与热处理选材与热处理加工缺陷加工缺陷装配与装配与使使用用 使用性能使用性能是选材的必要条件，是零件乃至机器完成其功是选材的必要条件，是零件乃至机器完成其功能的基本保证。使用性能可由力学性能、物理性能和化能的基本保证。使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征。机械零件主要是力学性能。学性能表征。机械零件主要是力学性能。 几种常见零件的力学性能要求：几种常见零件的力学性能要求： 选材基本步骤：选材基本步骤：表表7-1图图7-2 材料的切削加工性的影响因素：材料的切削加工性的影响因素： 材料类型、切削方

7、法、切削速度、刀具与机床情况等。材料类型、切削方法、切削速度、刀具与机床情况等。材料硬度与其切削加工性的关系：材料硬度与其切削加工性的关系： 钢铁材料的合适硬度范围钢铁材料的合适硬度范围160230HB，组织尚有影响，组织尚有影响，如球化组织的切削加工性优于片层状组织。如球化组织的切削加工性优于片层状组织。 措施与综合结果：措施与综合结果： 低、中碳钢，铁素体太软且数量多；用正火增加珠光低、中碳钢，铁素体太软且数量多；用正火增加珠光体量，体量，HB，切削性，切削性。 高碳钢，片状珠光体，易磨损刀具；用球化退火成粒高碳钢，片状珠光体，易磨损刀具；用球化退火成粒状珠光体，切削性状珠光体，切削性。

8、Al、Mg等有色金属、石墨化铸铁，强度低且易切屑，等有色金属、石墨化铸铁，强度低且易切屑，切削加工性甚好。切削加工性甚好。 大批量的强度要求不高的零件（如标准件），可采用大批量的强度要求不高的零件（如标准件），可采用易切削钢。易切削钢。 一般钢材淬、回火后磨削加工性较好，有色金属（太一般钢材淬、回火后磨削加工性较好，有色金属（太软）等不佳。软）等不佳。 使用性能优先使用性能优先； 设计指标与设计指标与保保安全指标安全指标； 注意材料状态与手册的对应注意材料状态与手册的对应； 注意尺寸效应注意尺寸效应； 注意数据的可靠性注意数据的可靠性； 注意具体的供货状态注意具体的供货状态； 注意不同注意不同

9、材料材料的成型加工方式的不同。的成型加工方式的不同。 两方面问题：两方面问题： 一是某种热处理工艺与其它加工工序的相对次一是某种热处理工艺与其它加工工序的相对次序（工艺流程或工艺路线）。序（工艺流程或工艺路线）。 二是如何根据目的、要求及所用材料正确选择二是如何根据目的、要求及所用材料正确选择合适的热处理工艺。合适的热处理工艺。 最终热处理（淬火、回火后硬度高）一般安排在半精加最终热处理（淬火、回火后硬度高）一般安排在半精加工与最终的精加工（磨削等）之间。工与最终的精加工（磨削等）之间。 最终热处理可以进行多次（如多次回火等）最终热处理可以进行多次（如多次回火等）。 表面淬火属最终热处理，常采

10、用预先热处理（调质或正表面淬火属最终热处理，常采用预先热处理（调质或正火）保证心部性能。火）保证心部性能。 渗碳（或碳氮共渗）后一般紧跟着淬火、回火；局部毋渗碳（或碳氮共渗）后一般紧跟着淬火、回火；局部毋须渗碳者，可采取渗前镀铜或渗后去除。须渗碳者，可采取渗前镀铜或渗后去除。 某些薄层表面改性处理（软氮化、渗硫及其它涂层等）某些薄层表面改性处理（软氮化、渗硫及其它涂层等）后，不再进行切削加工。后，不再进行切削加工。 高精度零件等常需多次去应力退火或回火（时效）处理高精度零件等常需多次去应力退火或回火（时效）处理或冷处理。或冷处理。 高频淬火：高频淬火：在基本满足要求时优先考虑，尤其大批量在基本

11、满足要求时优先考虑，尤其大批量生产。生产。 渗渗 碳：碳：更高性能要求（尤其表、内配合）、更深更高性能要求（尤其表、内配合）、更深硬化层要求时采用。硬化层要求时采用。 碳氮共渗：碳氮共渗：在负荷不甚大时，可取代渗碳（周期短且在负荷不甚大时，可取代渗碳（周期短且耐磨性高于渗碳）。耐磨性高于渗碳）。 软软 氮氮 化：化：减摩，要求变形小，且疲劳强度较高的场减摩，要求变形小，且疲劳强度较高的场 合。合。 氮氮 化：化：负荷不大，但耐磨、耐蚀的精密零件。负荷不大，但耐磨、耐蚀的精密零件。 表表7-67-6表表7-7 均匀化退火：均匀化退火： 消除铸造铝合金的成分偏析及铸造内应力，稳定组织、消除铸造铝合

12、金的成分偏析及铸造内应力，稳定组织、提高塑性。提高塑性。再结晶退火或去应力退火：再结晶退火或去应力退火： 变形后消除加工硬化或仅消除应力（较低温度）。变形后消除加工硬化或仅消除应力（较低温度）。固溶、时效处理：固溶、时效处理： 获得时效强化的效果。获得时效强化的效果。 是一个重要问题，它确定了使用性能及工艺路线。是一个重要问题，它确定了使用性能及工艺路线。由设计者完成。由设计者完成。 多以硬度（多以硬度（HRC、HBS）作为力学性能的技术要求。）作为力学性能的技术要求。 要给出合适的硬度要求范围：要给出合适的硬度要求范围：HRC35个单位，个单位，HBS3050个单位。个单位。 通常要标出达到

13、硬度要求的热处理工艺类型（毋须工艺通常要标出达到硬度要求的热处理工艺类型（毋须工艺细节）细节）: 如如淬火、回火淬火、回火5862HRC； 渗层（渗层（0.81.2mm）、淬火、回火）、淬火、回火6063 HRC； 调质调质220250 HBS。 硬度要求的数值应与材料可能达到的硬度相一致，硬度要求的数值应与材料可能达到的硬度相一致，钢材主要考虑含碳量和淬透性。钢材主要考虑含碳量和淬透性。 如如4545钢，若要求钢，若要求606063HRC63HRC（）；）； 调质调质505055HRC55HRC（）。）。 表面热处理的硬化层要求（类型表面热处理的硬化层要求（类型 、深度等）。、深度等）。 某

14、些特殊技术要求，如高速钢淬火多有晶粒度级某些特殊技术要求，如高速钢淬火多有晶粒度级别要求，军械零件有强度、塑性、韧性等要求。别要求，军械零件有强度、塑性、韧性等要求。 标注位置及示例：标注位置及示例： 图图7-47-4图图7-37-3热处理（尤其淬火）的负面影响：热处理（尤其淬火）的负面影响： 热处理变形和开裂热处理变形和开裂(热处理应力引起热处理应力引起)；表面氧化脱碳。；表面氧化脱碳。措施：措施： 从零件设计与制造和热处理工艺两方面。从零件设计与制造和热处理工艺两方面。选材：选材： 针对性选用高淬透性的合金钢、高合金钢，替代碳钢、针对性选用高淬透性的合金钢、高合金钢，替代碳钢、低合金钢。低

15、合金钢。 预留加工余量：预留加工余量： 找出变形规律、半精加工预留余量（变形量）。找出变形规律、半精加工预留余量（变形量）。按变形规律调整切削加工尺寸。按变形规律调整切削加工尺寸。 合理安排工艺路线。合理安排工艺路线。 降低零件表面粗糙度降低零件表面粗糙度( (以减低因局部应力集中而淬火开以减低因局部应力集中而淬火开 裂裂) )。合理的锻造和热处理合理的锻造和热处理 ： 成分均匀化与合理纤维走向；合适的预先热处理（球化成分均匀化与合理纤维走向；合适的预先热处理（球化退火和调质要比正火有利）。退火和调质要比正火有利）。修改技术条件：修改技术条件： 适当降低要求，以采用比较缓和的淬火介质和工艺。适

16、当降低要求，以采用比较缓和的淬火介质和工艺。采用先进设备：采用先进设备： 可以高硬度状态加工，如特种磨、电火花加工。可以高硬度状态加工，如特种磨、电火花加工。图图7-77-7零件机械设计（零件的结构、截面尺寸等）时要考虑其零件机械设计（零件的结构、截面尺寸等）时要考虑其 热处理工艺性如何。热处理工艺性如何。考虑的主要方面：考虑的主要方面： 零件的结构要易于进行热处理（如避免悬殊截面、盲零件的结构要易于进行热处理（如避免悬殊截面、盲孔等）孔等）, ,易于达到技术要求。易于达到技术要求。 零件的结构有利于减少变形、防止开裂。零件的结构有利于减少变形、防止开裂。 零件的结构不易发生早期失效，有较高寿

17、命。零件的结构不易发生早期失效，有较高寿命。 具体措施：具体措施： 避免尖角；避免厚薄悬殊。避免尖角；避免厚薄悬殊。 采用封闭和对称结构；采用组合结构。采用封闭和对称结构；采用组合结构。 合理布置孔洞位置；设置工艺孔。合理布置孔洞位置；设置工艺孔。 采用局部淬火或整体淬火。采用局部淬火或整体淬火。 见图见图7-11见图见图7-12见图见图7-14见图见图7-15见图见图7-16见图见图7-17 本章例题本章例题11某机器的凸轮轴，要求凸轮表面具有高硬度（某机器的凸轮轴，要求凸轮表面具有高硬度（HRCHRC5050），心），心部具有韧性，原采用部具有韧性，原采用4545钢，热处理工艺采用调质钢，

18、热处理工艺采用调质+ +高频淬火高频淬火+ +低温回火。现低温回火。现因库存因库存4545钢已用完，拟用钢已用完，拟用1515钢代替，试说明：钢代替，试说明：（1 1）原）原4545钢各热处理工序的作用。钢各热处理工序的作用。（2 2）改用）改用1515钢后，仍按原热处理工序进行，能否满足性能要求？为什么？钢后，仍按原热处理工序进行，能否满足性能要求？为什么？（3 3）为达到所要求的性能，改用）为达到所要求的性能，改用1515钢后，应采用何种热处理工艺？钢后，应采用何种热处理工艺？分析思路：分析思路： （1 1）调质调质为预先热处理，一方面可为表面淬火提供组织准备，为预先热处理，一方面可为表面

19、淬火提供组织准备，另一方面保证心部的强韧性；另一方面保证心部的强韧性；高频淬火高频淬火使表面获得高硬度，心部依然保持使表面获得高硬度，心部依然保持良好的塑韧性；良好的塑韧性；低温回火低温回火的作用是降低残余应力和脆性，保持表面的高硬的作用是降低残余应力和脆性，保持表面的高硬度和高耐磨性。（度和高耐磨性。（2 2）1515钢为低碳钢，且淬透性极低，若按原热处理工序处钢为低碳钢，且淬透性极低，若按原热处理工序处理，则导致钢中存在大量铁素体而使钢的硬度显著降低。因此不能满足性理，则导致钢中存在大量铁素体而使钢的硬度显著降低。因此不能满足性能要求。（能要求。（3 3）1515钢应采取钢应采取渗碳渗碳+

20、 +淬火淬火+ +低温回火低温回火。 本章例题本章例题22为制造下列零件，应选择哪一种牌号的铸轶：为制造下列零件，应选择哪一种牌号的铸轶： （1 1）汽缸套；（）汽缸套；（2 2）齿轮箱；（）齿轮箱；（3 3）汽车后桥壳；（）汽车后桥壳；（4 4）空气压）空气压缩机曲轴；（缩机曲轴；（5 5）球磨机磨球；（）球磨机磨球；（6 6）1000100011001100加热炉炉加热炉炉底板。底板。 分析思路分析思路: :汽缸套和齿轮箱均可选择汽缸套和齿轮箱均可选择HT200HT200或或HT250HT250，因其受力，因其受力较小，且灰口铸铁铸造性能优良；汽车后桥壳可选择较小，且灰口铸铁铸造性能优良；

21、汽车后桥壳可选择KTH350-KTH350-1010，因为可锻铸铁的铸造性能比铸钢好，比灰口铸铁强韧且质，因为可锻铸铁的铸造性能比铸钢好，比灰口铸铁强韧且质量稳定，常用于制造形状复杂、能承受一定冲击的薄壁件。空量稳定，常用于制造形状复杂、能承受一定冲击的薄壁件。空气压缩机曲轴可选用球墨铸铁如气压缩机曲轴可选用球墨铸铁如QT700-2QT700-2、QT800-2QT800-2等，其强度等，其强度高、屈强比高，能够满足受力复杂、对强度、韧性和耐磨性要高、屈强比高，能够满足受力复杂、对强度、韧性和耐磨性要求高的服役条件；球磨机磨球可选用抗磨铸铁；加热炉炉底板求高的服役条件；球磨机磨球可选用抗磨铸铁

22、；加热炉炉底板可用耐热铸铁来制造。可用耐热铸铁来制造。本章小结 失效是机器零件在工作中丧失规定功能的现象失效是机器零件在工作中丧失规定功能的现象。失效的形式主要有。失效的形式主要有变形、变形、断裂、表面损伤及物理性能降低断裂、表面损伤及物理性能降低四种类型。失效的原因主要在于四种类型。失效的原因主要在于设计、材料、设计、材料、加工和安装使用加工和安装使用四个方面的失当。四个方面的失当。 选材的三原则：选材的三原则：使用性能原则、工艺性能原则、经济性原则使用性能原则、工艺性能原则、经济性原则。钢铁件工艺路线安排：钢铁件工艺路线安排： 退火、正火退火、正火多安排在毛坯生产之后，切削加工之前；多安排

23、在毛坯生产之后，切削加工之前； 调质调质多安排在粗加工之后，精加工之前；多安排在粗加工之后，精加工之前； 要求要求全部渗碳全部渗碳的零件，安排在半精加工之后，磨削精加工之前；的零件，安排在半精加工之后，磨削精加工之前； 氮化氮化安排在粗磨之后，对不能进行磨削的零件（如螺旋伞齿轮），安排安排在粗磨之后，对不能进行磨削的零件（如螺旋伞齿轮），安排在精加工之后；在精加工之后； 淬火淬火+ +低温回火低温回火一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；钢铁件热处理方案的选择：钢铁件热处理方案的选择： 降低硬度、提高塑性降低硬度、提高塑性可用退火（含球化退火、软化退火及铸铁的石墨化可用退火（含球化退火、软化退火及铸铁的石墨化退火）；退火）； 减少或消除内应力减少或消除内应力可用去应力退火、正火、回火及各种退火；可用去应力退火、正火、回火及各种退火； 要求综合力学性能要求综合力学性能的零件可选用中碳钢或中碳合金钢，采用调质处理，的零件可选用中碳钢或中碳合金钢，采用调质处理，还可以选用低碳钢或低碳合金钢进行淬火得到板条状马氏体，均可获得良好还可以选用低碳钢或低碳合金钢进行淬火得到板条状马氏体，均可获得良好的综合力学性能；的综合力学性能； 要求弹性极