材料成型原理

材料的选用零件的失效选材的原则典型零件的选材

零件的失效什么是失效：失去设计要求的功能失效的基本类型失效的主要原因①完全不能工作②虽仍能工作，但已不能完成指定的功能或工作低效；③有严重损伤，不能确保安全工作①断裂失效②过量变形失效（畸变失效）③表面损伤失效①设计缺陷②选材不当或材质存在缺陷③制造工艺问题④装配调试因素⑤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磨损齿面胶合齿面塑性变形齿轮的失效材料的选用使用性能原则

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

选材的原则机床齿轮工作条件——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：冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造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，aKU2≥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+Ar

典型工件的选材与工艺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：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。

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

175A型农用柴油机曲轴

性能——功率和承受载荷不大；轴颈部要有较高硬度及耐磨

σb>750MPa，整体硬度240～260HBS，轴颈表面硬度≥(HRC55)

选材——QT700-2工艺——铸造→高温正火→高温回火→机加工→轴颈

N化

最终组织

——P+G+少量F

热处理工艺

——880~920℃正火+500～600℃回火+轴颈

N化典型工件的选材及工艺连杆

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

手工刃具（手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速刃具）

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

典型工件的选材及工艺

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，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板牙丝锥高速切削用的刃具（高速车刀、钻头、铣刀等

T工作<600ºC)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

齿轮滚刀典型工件的选材及工艺典型弹簧选材

汽车板簧

——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

——回火T自行车弹簧——承受载荷小,精度要求不高选材——60、65、65Mn

工艺——下料→冷拔加工成型→淬火+中温回火

最终组织

——回火T

板弹簧拉伸螺旋弹簧1、内燃机曲轴选材性能要求——强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。选材——调质钢（韧性高）、球墨铸铁。实例——175A型农用柴油机曲轴性能指标——σb>750MPa，整体硬度240～260HBS，

轴颈表面硬度≥625HV(HRC55),δ≥2%,aKU≥150kJ/m2。选材——QT700-2热处理工艺——880~920℃正火+500～600℃回火+轴颈

N化最终组织——P+G+

少量F

工艺路线——铸造→高温正火→高温回火→机加工→轴颈

N化

课堂练习2、齿轮选材性能要求——齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性）强度，韧性。选材

调质钢——调质+表面淬火+低温回火渗C钢——硬度、韧性高。实例——载重汽车变速箱齿轮性能指标——σb>1000MPa，aKU2≥50J

，齿面硬度≥HRC55。选材——20CrMnTi，σb

>1080MPa

，aKU2≥

55J，齿面HRC≥58~63。最终热处理工艺——930℃渗C+预冷830℃油淬+200℃回火最终组织——心部：回火M+F齿面：回火M+碳化物+A'

工艺路线——锻造→正火→机加工→渗C、淬火＋低温回火→喷丸→磨削3、机床主轴选材性能要求——强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。

普通车床（轻载）主轴——45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。铣床（中载）主轴——40Cr等调质，轴颈高频表面淬火。组合机床（重载）主轴——20CrMnTi，经渗C、淬火、回火处理。精密镗床（高精度）主轴——38CrMoAl，调质+N化+时