材料成型原理

1、零件的失效 选材的原则 典型零件的选材 零件的失效u什么是失效什么是失效：失去设计要求的功能失去设计要求的功能u失效的基本类型失效的基本类型u失效的主要原因失效的主要原因完全不能工作完全不能工作虽仍能工作虽仍能工作，但但已已不能完成指定的不能完成指定的功能或工作低效；功能或工作低效；有严重损伤，不能确保安全工作有严重损伤，不能确保安全工作断裂失效断裂失效过量过量变形失效变形失效（畸变失效）（畸变失效）表面损伤失效表面损伤失效设计缺陷设计缺陷选材不当或材质存在缺陷选材不当或材质存在缺陷制造工艺问题制造工艺问题装配调试因素装配调试因素运转维修因素运转维修因素典型零件的工作条件、失效形式及主要机械性

2、能指标典型零件的工作条件、失效形式及主要机械性能指标零件工作条件常见失效形式性能要求应力种类载荷性质受载状态螺栓拉、剪静载-过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯、扭循环冲击轴颈摩擦疲劳断裂，过量变形 轴颈磨损综合力学性能传动齿轮压、弯循环冲击摩擦振动断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳表面高硬度及疲劳极限 心部强度及韧性弹簧扭、弯交变冲击振动弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比 疲劳极限螺栓的脆性断裂韧性扭转过载断口卸荷槽部位腐蚀裂纹的宏观形貌特征卸荷槽部位裂纹及金相组织形貌特征 裂纹在扫描电镜下的形貌特征铁路货车摇枕出现裂纹的宏观位置摇枕断口宏观照片目测可见的两条亮线和焊补区 常见的滚动轴承失效形式接触

3、疲劳失效接触疲劳失效磨损失效磨损失效腐蚀失效腐蚀失效断裂失效断裂失效轮齿折断轮齿折断齿面点蚀齿面点蚀齿面磨损齿面磨损齿面胶合齿面胶合齿面塑性变形齿面塑性变形齿轮的失效齿轮的失效材料的选用u使用性能原则使用性能原则 根据零件的工作条件、失效形式，确定零件的使用性能要求u工艺性能原则工艺性能原则材料的工艺性能应满足生产工艺（铸、锻、焊、机加工、热处理）（铸、锻、焊、机加工、热处理）的要求u经济性原则经济性原则 应考虑材料的价格、零件的总成本 、国家的资源等因素 选材的原则u 机床齿轮机床齿轮 工作条件工作条件转速中等，载荷不大，工作平稳，无强烈冲击 性能指标性能指标心部HBS220250，齿面硬度

4、HRC52选材选材 45、 40Cr工艺路线工艺路线 锻造正火正火粗加工调质调质精加工轮齿高频淬火及低温回火轮齿高频淬火及低温回火精磨 最终组织最终组织 心部：回火S齿面：回火M 说明：冲击载荷小的低速齿轮也可采用说明：冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250HT250、HT350HT350、QT500-5QT500-5、QT600-2QT600-2等铸铁制造等铸铁制造u 载重汽车变速箱齿轮载重汽车变速箱齿轮工作条件工作条件受力较大，受冲击频繁。 性能指标性能指标耐磨性、疲劳强度、心部强度、冲击韧性等均要求比机床齿轮高 （b1000MPa，aKU250J ，齿面硬度HRC55 ）选材选材 20C

5、rMnTi、20Cr 工艺路线工艺路线 锻造正火正火机加工渗渗C、淬火低温回火淬火低温回火喷丸磨削 最终组织最终组织 心部：回火M + F齿面：回火M + 碳化物 + Ar 典型工件的选材与工艺典型工件的选材与工艺u 机床主轴机床主轴工作条件与性能要求工作条件与性能要求 ：受交变弯曲和扭转复合应力，载荷和转速不高，冲击载荷不大，一般综合机械性能即可；大端轴颈、锥孔与卡盘、顶尖间有摩擦，要有较高硬度和耐磨性。选材与工艺：选材与工艺：l普通车床（轻载）主轴普通车床（轻载）主轴 45，调质或正火+轴颈高频表面淬火。 锻造正火正火粗加工调质调质精加工轴颈轴颈表面淬火低温回火表面淬火低温回火磨削 心部：

6、回火S轴颈表面：回火Ml铣床（中载）主轴铣床（中载）主轴 40Cr，调质+轴颈高频表面淬火。l组合机床（重载）主轴组合机床（重载）主轴 20CrMnTi 、20Cr，渗C+淬火+回火处理。l精密镗床（高精度）主轴精密镗床（高精度）主轴 38CrMoAl ，调质 + N化 + 时效。典型工件的选材及工艺典型工件的选材及工艺C620车床主轴典型工件的选材及工艺典型工件的选材及工艺u 175A型农用柴油机型农用柴油机曲轴曲轴 性能性能功率和承受载荷不大；轴颈部要有较高硬度及耐磨 b750MPa，整体硬度240260HBS，轴颈表面硬度 (HRC55) 选材选材QT700-2 工艺工艺 铸造高温正火高

7、温回火机加工轴颈 N化 最终组织最终组织 P + G + 少量F 热处理工艺热处理工艺 880920正火 + 500600回火 + 轴颈 N化典型工件的选材及工艺典型工件的选材及工艺u 连杆连杆 性能性能承受多种力的作用，要求综合性能好 选材选材45、40Cr、球墨铸铁 工艺工艺 锻造正火粗加工调质精加工 最终组织最终组织 回火索氏体u 手手工工刃具刃具（手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速刃具） 性能性能高硬度、高耐磨性，红硬性和强韧性要求不高 选材选材碳素工具钢，T8、T10、T12等 工艺工艺 锻造球化退火机加工淬火低温回火 最终组织最终组织 回火M 典型工件的选材及工艺典型工件

8、的选材及工艺u 低速切削、形状较复杂的刃具低速切削、形状较复杂的刃具 （丝锥、板牙、拉刀等 T工作 300 C） 性能性能高硬度、高耐磨性，一定的热硬性和韧性 选材选材9SiCr、CrWMn 工艺工艺 锻造球化退火机加工淬火低温回火 最终组织最终组织 回火M板牙丝锥u高速切削用的刃具高速切削用的刃具（高速车刀、钻头、铣刀等 T工作750MPa，整体硬度整体硬度240260HBS， 轴颈表面硬度轴颈表面硬度625HV (HRC55), 2%, aKU150kJ/m2。选材选材 QT700-2热处理工艺热处理工艺 880920正火正火 + 500600回火回火 + 轴颈轴颈 N化化最终组织最终组织

9、 P + G + 少量少量F 工艺路线工艺路线 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颈轴颈 N化化 课堂练习课堂练习2、齿轮选材、齿轮选材性能要求性能要求 齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性）齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性）强度，韧性。强度，韧性。 选材选材调质钢调质钢 调质调质 + 表面淬火表面淬火 + 低温回火低温回火 渗渗C钢钢 硬度、韧性高。硬度、韧性高。实例实例 载重汽车变速箱齿轮载重汽车变速箱齿轮性能指标性能指标 b1000MPa，aKU250J ，齿面硬度齿面硬度HRC55 。选材选材 20CrMnTi，b 1080MPa ， aKU2 55J，

10、齿面齿面HRC5863 。最终热处理工艺最终热处理工艺 930渗渗C + 预冷预冷830油淬油淬 + 200回火回火最终组织最终组织 心部：回火心部：回火M + F齿面：回火齿面：回火M + 碳化物碳化物 + A 工艺路线工艺路线 锻造锻造正火正火机加工机加工渗渗C、淬火低温回火淬火低温回火喷丸喷丸磨削磨削3、机床主轴选材、机床主轴选材性能要求性能要求 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。普通车床（轻载）主轴普通车床（轻载）主轴 45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。铣床（中载）主轴铣床（中载）主轴 40Cr等调质，轴颈高频表面淬火。等调质，轴颈高频表面淬火。组合机床（重载）主轴组合机床（重载）主轴 20CrMnTi ，经渗经渗C、淬火、回火处理。淬火、回火处理。精密镗床（高精度）主轴精密镗床（高精度）主轴 38CrMoAl ，调质调质 + N化化 + 时效。时效。实例实例 C620 车床主轴，综合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高车床主轴，综合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高性能指标性能指标 硬度硬度220