工程材料的选用

第11章工程材料的选用11.1机械零件的失效分析完全不能工作虽仍能工作，但已不能完成指定的功能或工作低效；有严重损伤，不能确保安全工作1.什么是失效：失去设计要求的功能失效形式过量变形失效过量弹性变形过量塑性变形断裂失效韧性断裂应力腐蚀断裂蠕变断裂疲劳断裂低应力断裂脆性断裂表面损伤失效磨损接触疲劳腐蚀2.失效的基本形式3.零件失效的原因设计缺陷选材不当或材质存在缺陷制造工艺问题装配调试因素运转维修因素4.失效分析的一般程序⑴现场调查：收集失效零部件的残骸，调查零部件的服役条件和失效过程；⑵整理资料及进行初步检验：对所收集信息、资料进行整理；进行宏观外形与尺寸的观察和测量，拍照留据，确定重点分析的部位。⑶对所选样品进行检测及分析⑷试验研究⑸综合分析韧性断口脆性断口螺栓的断裂韧性扭转过载断口疲劳断口（a）二次树枝状裂纹（b）晶间开裂应力腐蚀断口轴类零件的失效方式常见的滚动轴承失效形式接触疲劳失效磨损失效腐蚀失效断裂失效轮齿折断齿面点蚀齿面胶合齿面塑性变形齿轮的失效齿面磨损11.2选材的基本原则与方法1.选材的基本过程2.选材的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）的要求经济性原则

应考虑材料的价格、零件的总成本

、国家的资源等因素

机床齿轮工作条件:转速中等，载荷不大，工作平稳，无强烈冲击性能指标:心部HBS220~250，齿面硬度≥HRC52选材:

45、40Cr工艺路线:锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及低温回火→精磨最终组织:心部：回火S齿面：回火M

说明：冲击小的低速齿轮可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等3.典型工件的选材及应用实例1）齿轮类零件载重汽车变速箱齿轮工作条件:受力较大，受冲击频繁性能指标: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(σb>1000MPa，aK≥50J

，齿面硬度≥HRC55)选材:

20CrMnTi、20Cr

工艺路线:

锻造→正火→机加工→渗C、淬火＋低温回火→喷丸→磨削最终组织:心部：回火M+F

齿面：回火M+碳化物+A’

机床主轴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，要求硬度和耐磨性高。选材与工艺普通车床（轻载）主轴——45，调质或正火+轴颈高频表面淬火。锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轴颈表面淬火＋低温回火→磨削心部：回火S轴颈表面：回火M铣床（中载）主轴——40Cr，调质+轴颈高频表面淬火。组合机床（重载）主轴——20CrMnTi、20Cr，渗C+淬火+回火处理。精密镗床（高精度）主轴——38CrMoAl，调质+N化+时效。C620车床主轴2）轴类零件性能——高硬度、高耐磨性，红硬性和强韧性要求不高选材——碳素工具钢，T8、T10、T12等工艺——锻造→球化退火→机加工→淬火—低温回火最终组织——回火M+颗粒状碳化物+A’

手工刃具（手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速刃具）3）刃具性能——高硬度、高耐磨性，一定的热硬性和韧性选材——9SiCr、CrWMn工艺——锻造→球化退火→机加工→淬火—低温回火最终组织——回火M+颗粒状碳化物+A’板牙丝锥低速切削、形状较复杂的刃具（丝锥、板牙、拉刀等T工作<300ºC）性能——高硬度、高耐磨性，高热硬性、高精度；较高的强度、韧性选材——高速钢(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)

、硬质合金、陶瓷工艺——锻造→球化退火→粗加工→淬火+回火→精加工→表面处理

高速切削用的刃具(高速车刀、钻头、铣刀等T工作<600ºC)

性能——受力不大，结构复杂选材——铸铁、铸钢工艺——铸造成型4）箱体类

性能——承受多种力的作用，要求综合性能好选材——45、40Cr、球墨铸铁工艺——锻造→正火→粗加工→调质→精加工最终组织

——回火索氏体5）连杆V型发动机连杆柴油机连杆性能——用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷需要高的屈服强度和疲劳强度选材——轻型汽车65Mn、60Si2Mn

中型或重型汽车50CrMn,55SiMnVB

重型载重汽车55SiMnMoV,55SiMnMoVNb工艺

——下料→压力成型→淬火+中温回火→喷丸强化最终组织

——