机械零件材料及毛坯的选择与质量检验

第十章机械零件材料及毛坯的选择与质量检验机械制造中,要获得满足的零件，就必需从构造设计、合理选材、毛坯制造及机械加工等这项工作是机械设计和制造中的重要任务之一。些材料及毛坯选择的一般原则。第一节 机械零件的失效坏形式，找出失效的主要缘由，为选材和改进工艺供给必要的依据。一、失效的根本概念〔1〕〔2〕〔3〕虽能安全工作，但已不能满足地起到预定的作用。只要发生上述三种状况中的任何一种，都认为零件已经失效。失效分析的目的就是要找出零件损伤的缘由，并提出相应的改进措施。现代工业中零件的工作条件日益苛刻，零件的损坏往往会带来严峻的后果，因此对零件的牢靠性提出了越来越高的要求。另外，从经济性考虑，也要求不断提高零件的寿命。这些都使得失效分析变得越来越重要。失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工以至使用，都有很大的指导意义。二、零件失效的主要形式零件在工作时的受力状况一般比较简单，往往承受多种应力的复合作用，因而造成零件10-1所示。必需指出，实际零件在工作中往往不只是一种失效方式起作用。例如，一个齿轮，齿面之间的摩擦导致外表磨损失效，而齿根可能产生疲乏断裂失效，两种方式同时起作用。但一形成更简单的复合失效方式，如腐蚀疲乏，蠕变疲乏，腐蚀磨损等等。但它们在特点上都各自接近于其中某一种方式，而另一种方式是关心的，因此在分析时往往被归入主导方式一类中，例如腐蚀疲乏，疲乏特征是主导因素，腐蚀是起关心作用的，因此被归入疲乏一类进展分析。三、零件失效的缘由10-2是导致零件失效的主要缘由的示意图。构造设计不合理的应力集中源，如各种尖角、缺口、过小的过渡圆角，等等。另一种缘由是对零件的工作条件估量错误，如对工作中可能的过载估量缺乏，因而设计的零件的承载力量不够。发生这类失效的缘由在于设计，但可通过选材来避开，特别是当零件的构造与几何尺寸根本固定而难以作较大的改动时，就是如此来处理问题的。现在很少发生由于计算错误造成的设计事故。材料选取不当常见的状况是，设计者仅依据材料的常规性能指标作出打算，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种状况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素〔如经济性、加工性能等失效的一个重要缘由，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。因此，对原材料加强检验是格外重要的步骤。加工工艺问题状组织、过热或过烧现象等；冷加工不良时间洁度太低，产生过深的刀痕、磨削裂纹等；热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火缺乏等；这些都可导致零件的失效。的外形和构造设计不合理，会大大增加热处理缺陷发生的可能性。成严峻的损坏。安装不当治理比较严格的状况下，使用不当常可成为零件损坏的主要缘由。对机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效。使用维护不正确超载荷运动，润滑条件不良，零件磨损增加等均可造成零件早期失效。四、失效分析的一般方法效分析是一项综合性的技术工作，大致有如下程序。应取自失效的发源部位，或能反映失效的性质或特点的地方。具体记录并整理失效零件的有关资料，如设计状况〔图纸、实际加工状况及尺寸、使用状况等。依据这些资料全面地从设计、加工、使用各方面进展具体的分析。〔用肉眼或立体显微镜〕及微观〔用高倍的光学或电子显微镜〕断口分析，以及必要的金相剖面分析，确定失效的发源点及失效的方式。对失效样品进展性能测试、组织分析、化学分析和无损探伤，检验材料的性能指必要的数据。提出改进措施。在失效分析中，有两项最重要的工作。一是收集失效零件的有关资料，这是推断失效原因的重要依据，必要时作断裂力学分析。二是依据宏观及微观的断口分析，确定失效发源地的性质及失效方式。这项工作最重要，由于它除了告知我们失效的准确地点和应当在该处测加工或介质作用的问题，与设计关系不大。其次节 机械零件材料选择的一般原则选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造本钱。选材不当，严峻的可能导致零件的完全失效。性能；能否实现最低本钱。选材的任务就是求得三者之间的统一。因此选材时一般应遵循以下三个原则：一、使用性能用性能，是选材时考虑的最主要依据。不同零件所要求的使用性能是很不一样的，有的零件主要要求高强度，有的则要求高的耐磨性，而另外一些甚至无严格的性能要求，仅仅要求有秀丽的外观。因此，在选材时，首要的任务就是准确地推断零件所要求的主要使用性能。对所选材料使用性能的要求，是在对零件的工作条件及零件的失效分析的根底上提出酸、碱、盐等。为了更准地了解零件的使用性能，还必需分析零件的失效方式，从而找出对10-1所示。要把材料成分和强化手段严密结合起来综合考虑。另外，当材料进展预选后，还应当进展试验室试验、台架试验、装机试验、小批生产等，进一步验证材料机械性能选择的牢靠性。二、工艺性能肯定的加工工艺制造出来的。因此材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然应是选材时必需考虑的重要问题。所以，生疏材料的加工工艺过程及材料的工艺性能，对于正确选材是相当重要的。材料的工艺性能包括以下内容：铸造性能包含流淌性、收缩性、疏松及偏析倾向、吸气性、熔点凹凸等。压力加工性能指材料的塑性和变形抗力等。陷倾向等。和开裂倾向等。主要考虑的因素。当工艺性能和机械性能相冲突时，有时正是工艺性能的考虑使得某些机械性能明显合格的材料不得不加舍弃，此点对于大批量生产的零件特别重要。由于在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的凹凸，常常是生产的关键。例如，为了提高生产效率，而承受自动机床实行大量生产时，零件的切削性能可成为选材时考虑的主要问题。此时，应选用易切削钢之类的材料，尽管它的某些性能并不是最好的。三、经济性选材必需考虑的重要问题。选材的经济性不单是指选用的材料本身价格应廉价，更重要的是承受所选材料来制造零件时，可使产品的总本钱降至最低，同时所选材料应符合国家的资源状况和供给状况，等等。的市场价格有所了解，以便于核算产品的制造本钱。国家的资源状况随着工业的进展，资源和能源的问题日益突出，选用材料时必需对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用的材料应当是来源丰富并符合我国的资而少用钼高速钢。另外，还要留意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。综上所述，零件选材的根本步聚如下：1、对产品功能要求特性，包括可能相互冲突的要求，确定相对优先次序。2、打算产品每个构件所要求的性能，对各种候选材料在性能上进展比较。3、对外形、材料和加工方法进展综合考虑。四、典型零件的选材及工艺路线1、机床主轴10-3C620车床主轴的构造简图。机床主轴是典型的受扭转—弯曲复合作用的轴件，它受的应力不大〔中等载荷〕，承受的冲击载荷也不大，假设使用滑动轴承，轴颈处要求耐磨。因此大多承受45钢制造，并进展40Cr等低合金构造钢来制造。材料：45钢。热处理：整体调质，轴颈及锥孔外表淬火。NB220～HB240HRC52。工艺路线：锻造→正火→粗加工→调质→精加工→外表淬火及低温回火→磨削。要求。现在有局部机床主轴已经可以用球墨铸铁制造。2、汽车齿轮汽车齿轮的工作条件远比机床齿轮恶劣，特别是主传动系统中的齿轮，它们受力较大，超载与受冲击频繁，因此对材料的要求更高。由于弯曲与接触应力都很大，用高频淬火强化外表不能保证要求，所以汽车的重要齿轮都用渗碳、淬火进展强化处理。因此这类齿轮一般20Cr20CrMnTi等制造，特别是后者在我国汽车齿轮生产中应用最广。为HRC1～37～11倍。〔10-4〕材料：20CrMnTi钢。1.2mm～1.6mm。性能要求：HRC58～HRC62HRC33～HRC48。工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火、低温回火→磨加工。第三节 零件毛坯选择的一般原则质量亲热相关。为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员亲热协作，合理地确定毛坯的种类、构造外形，并绘出毛坯图。一、常见的毛坯种类常见的毛坯种类有以下几种：〔一〕铸件精度要求较高的小型铸件，可承受特种铸造，如永久型铸造、周密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。〔二〕锻件常用于受力简单的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。〔三〕型材就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。〔四〕焊接件节约材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进展机械加工。〔五〕其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。二、毛坯选择的一般原则提下，努力降低生产本钱和提高生产效率。1、满足零件的使用要求机械装置中各零件的功能不同，其使用要求也会有很大的差具体工作条件下对零件成分、组织、性能的内部质量要求。2、降低生产本钱一个零件的制造本钱包括本身的材料费、消耗的燃料和动力费、工低的最正确方案。3、结合具体生产条件选定毛坯制造方法时，首先应分析本企业的设备条件和技术水平，实施切实可行的生产方案。第四节毛坯质量检验一、毛坯的质量检验毛坯的质量检验可分为破坏性检验和非破坏性检验两类。破坏性检验包括力学性能测一工序。下面介绍几种常用的检验方法。1、外观检验毛坯件的外观以肉眼观看为主，或都辅以简洁的工具〔低倍放大镜、直内在质量的检验。2、无损探伤检验它包括超声波检验、射线检验和磁粉检验。3、致密性检验用于检验不受压力或受压很低的容器、管道等。它包括气密性试验和水压试验。4、化学成分分析用以鉴定材料的成分是否符合标准，并估价材料的优劣。常用方法是光谱分析。5、力学性能的测试力学性能对毛坯件检查最常用的是硬度试验，因