工程材料學(xué)工程材料選用

1、工程材料學(xué)工程材料選用 第九章第九章 工程材料的選用工程材料的選用 工程材料學(xué)工程材料選用 內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 本章按照失效模式與失效機(jī)理對(duì)零件失效形式進(jìn)行本章按照失效模式與失效機(jī)理對(duì)零件失效形式進(jìn)行 分類，介紹各種失效形式，包括畸變失效、斷裂失分類，介紹各種失效形式，包括畸變失效、斷裂失 效、磨損失效及腐蝕失效。闡述機(jī)械零件選材原效、磨損失效及腐蝕失效。闡述機(jī)械零件選材原 則。則。 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)： 了解各種失效形式（畸變失效、斷裂失效、磨損失了解各種失效形式（畸變失效、斷裂失效、磨損失 效及腐蝕失效）的特點(diǎn)。掌握機(jī)械零件選材原則效及腐蝕失效）的特點(diǎn)。掌握機(jī)械零件選材原則 學(xué)習(xí)建議：學(xué)

2、習(xí)建議： 在學(xué)習(xí)了有關(guān)材料的基本知識(shí)和各種工程材料之后，在學(xué)習(xí)了有關(guān)材料的基本知識(shí)和各種工程材料之后， 本章開(kāi)始接觸到材料的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)習(xí)如何正確選本章開(kāi)始接觸到材料的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)習(xí)如何正確選 材及工藝路線設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用前面幾章的基礎(chǔ)材及工藝路線設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用前面幾章的基礎(chǔ) 知識(shí)。知識(shí)。 工程材料學(xué)工程材料選用 失效：主要指某零件由于某種原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀失效：主要指某零件由于某種原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀 或材科的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的或材科的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的 功能。失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故事例功能。失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故事例 l失效幾種情況：失效幾種情況：

3、(1)零件完全破壞，不能繼續(xù)工作；零件完全破壞，不能繼續(xù)工作； (2)雖仍能安全工作，但不能滿意地起到預(yù)期的作用。雖仍能安全工作，但不能滿意地起到預(yù)期的作用。 (3)零件嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作不安全。零件嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作不安全。 第一節(jié)：機(jī)械零件的失效第一節(jié)：機(jī)械零件的失效 工程材料學(xué)工程材料選用 一一、失效的形式失效的形式 按失效模式和其相應(yīng)的失效機(jī)理分類。按失效模式和其相應(yīng)的失效機(jī)理分類。 失效模式：是指失效的外在宏觀表現(xiàn)和規(guī)律，失效模式：是指失效的外在宏觀表現(xiàn)和規(guī)律， 失效機(jī)理：是指引起失效的微觀的物理、化學(xué)變化過(guò)失效機(jī)理：是指引起失效的微觀的物理、化學(xué)變化過(guò) 程的本質(zhì)，這種失效模式和失效

4、機(jī)理相結(jié)合的分類就是程的本質(zhì)，這種失效模式和失效機(jī)理相結(jié)合的分類就是 宏觀和微觀相結(jié)合由表及里地揭示失效的物理本質(zhì)的過(guò)宏觀和微觀相結(jié)合由表及里地揭示失效的物理本質(zhì)的過(guò) 程。程。 表表是根據(jù)機(jī)械零件最常見(jiàn)的失效模式進(jìn)行的分類，歸是根據(jù)機(jī)械零件最常見(jiàn)的失效模式進(jìn)行的分類，歸 納為畸變失效、斷裂失效、表面損傷失效三大類型，每納為畸變失效、斷裂失效、表面損傷失效三大類型，每 一類型又可分為幾種不同的情況，同時(shí)列出了各種類型一類型又可分為幾種不同的情況，同時(shí)列出了各種類型 的失效所相應(yīng)的失效機(jī)理。的失效所相應(yīng)的失效機(jī)理。 工程材料學(xué)工程材料選用 第一節(jié)第一節(jié)零件失效形式零件失效形式 一、一、過(guò)量變形失效

5、過(guò)量變形失效 l體現(xiàn)：體現(xiàn)：(1)不能承受所規(guī)定載荷；不能承受所規(guī)定載荷； (2)不能起到規(guī)定的作用；不能起到規(guī)定的作用； (3)與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾 例如：車間用的大型吊車，其大車橫粱通過(guò)兩邊的各兩例如：車間用的大型吊車，其大車橫粱通過(guò)兩邊的各兩 個(gè)車輪跨支于兩邊的鋼軌上。當(dāng)其吊物工作時(shí)，橫粱必產(chǎn)個(gè)車輪跨支于兩邊的鋼軌上。當(dāng)其吊物工作時(shí)，橫粱必產(chǎn) 生一定的撓度，如果超過(guò)規(guī)定的許用撓度，兩邊車輪由于生一定的撓度，如果超過(guò)規(guī)定的許用撓度，兩邊車輪由于 梁的彎曲變形以及相應(yīng)粱的兩端過(guò)大轉(zhuǎn)角變形導(dǎo)致車輪擠梁的彎曲變形以及相應(yīng)粱的兩端過(guò)大轉(zhuǎn)角變形導(dǎo)致車輪擠 住了軌道造成畸變

6、失效住了軌道造成畸變失效(運(yùn)行干擾運(yùn)行干擾)。 工程材料學(xué)工程材料選用 1彈性畸變失效彈性畸變失效 l彈性畸變的變形量是在彈性范圍內(nèi)變化，不恰當(dāng)?shù)淖儚椥曰兊淖冃瘟渴窃趶椥苑秶鷥?nèi)變化，不恰當(dāng)?shù)淖?形量導(dǎo)致失效。形量導(dǎo)致失效。 l拉、壓變形的桿、柱類零件，過(guò)大的彈性畸變量導(dǎo)致拉、壓變形的桿、柱類零件，過(guò)大的彈性畸變量導(dǎo)致 支承件支承件(如軸承如軸承)過(guò)載，機(jī)械因喪失尺寸精度造成動(dòng)作過(guò)載，機(jī)械因喪失尺寸精度造成動(dòng)作 失誤。失誤。 l彎、扭變形的軸類零件，過(guò)大的彈性畸變量會(huì)造成軸彎、扭變形的軸類零件，過(guò)大的彈性畸變量會(huì)造成軸 上嚙合零件的嚴(yán)重偏載，嚙合失常。如軸承的嚴(yán)重偏上嚙合零件的嚴(yán)重偏載，嚙合失

7、常。如軸承的嚴(yán)重偏 載，甚至咬死，導(dǎo)致傳動(dòng)失效；載，甚至咬死，導(dǎo)致傳動(dòng)失效； l某些控制元件，如溫控元件，予定的彈性變形某些控制元件，如溫控元件，予定的彈性變形(撓度撓度) 是溫控裝置的精度的保證。是溫控裝置的精度的保證。 l影響彈性畸變的主要因素有：零件形狀、尺寸、材料影響彈性畸變的主要因素有：零件形狀、尺寸、材料 的彈性模量、零件工作的溫度、載荷的大小。的彈性模量、零件工作的溫度、載荷的大小。 工程材料學(xué)工程材料選用 2塑性畸變失效塑性畸變失效 是外加應(yīng)力超過(guò)零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形是外加應(yīng)力超過(guò)零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形(永久變永久變 形形)。 l影響因素：影響

8、因素： (1)材質(zhì)缺陷材質(zhì)缺陷 它包括材料本身的冶金缺陷和熱加工缺陷，其中較為常見(jiàn)的是熱處理不良它包括材料本身的冶金缺陷和熱加工缺陷，其中較為常見(jiàn)的是熱處理不良 造造成的缺陷。如淬火時(shí)，加熱溫度或冷卻速度不合適，導(dǎo)致較軟的組織的成的缺陷。如淬火時(shí)，加熱溫度或冷卻速度不合適，導(dǎo)致較軟的組織的 形，形，從而未達(dá)到所需的硬度和屈服強(qiáng)度。導(dǎo)致零件在工作時(shí)發(fā)生塑性疇變從而未達(dá)到所需的硬度和屈服強(qiáng)度。導(dǎo)致零件在工作時(shí)發(fā)生塑性疇變 失效。失效。 (2)使用不當(dāng)使用不當(dāng) 這是導(dǎo)致塑性畸變的另一原因。使用不當(dāng)主要是嚴(yán)重過(guò)載和潤(rùn)滑不當(dāng)。如這是導(dǎo)致塑性畸變的另一原因。使用不當(dāng)主要是嚴(yán)重過(guò)載和潤(rùn)滑不當(dāng)。如 齒輪傳動(dòng)是

9、在過(guò)高的壓力或潤(rùn)滑不足的條件下運(yùn)行，齒面很可能出現(xiàn)如鱗齒輪傳動(dòng)是在過(guò)高的壓力或潤(rùn)滑不足的條件下運(yùn)行，齒面很可能出現(xiàn)如鱗 皺、起脊等塑性畸變，導(dǎo)致齒輪失效。皺、起脊等塑性畸變，導(dǎo)致齒輪失效。 (3)設(shè)計(jì)失誤設(shè)計(jì)失誤 它主要表現(xiàn)為對(duì)載荷估計(jì)不足，對(duì)溫度的影響、材質(zhì)缺陷估計(jì)太低，以它主要表現(xiàn)為對(duì)載荷估計(jì)不足，對(duì)溫度的影響、材質(zhì)缺陷估計(jì)太低，以 及缺少對(duì)一些重要零件的全面質(zhì)量管理要求。及缺少對(duì)一些重要零件的全面質(zhì)量管理要求。 工程材料學(xué)工程材料選用 3 翹曲畸變失效翹曲畸變失效 是一種大小與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而是一種大小與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而 最終形成了翹曲的外形，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲最

10、終形成了翹曲的外形，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲 畸變失效。這種畸變往往是由溫度、外加裁荷、畸變失效。這種畸變往往是由溫度、外加裁荷、 受力截面、材料組成等所引起的不均勻性的組受力截面、材料組成等所引起的不均勻性的組 合，其中以溫度變化，特別是高溫所導(dǎo)致的形合，其中以溫度變化，特別是高溫所導(dǎo)致的形 狀翹曲最為嚴(yán)重。狀翹曲最為嚴(yán)重。 工程材料學(xué)工程材料選用 二、表面損傷失效二、表面損傷失效 l磨損磨損相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金 屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。

11、 工程材料學(xué)工程材料選用 1. 粘著磨損粘著磨損兩個(gè)金屬表兩個(gè)金屬表 面的微凸部分在局部高面的微凸部分在局部高 壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)(固相固相 粘著粘著)，使材料從一個(gè)表，使材料從一個(gè)表 面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕 下作為磨料留在兩個(gè)表下作為磨料留在兩個(gè)表 面之間，這一現(xiàn)象稱為面之間，這一現(xiàn)象稱為 粘著磨損。粘著磨損。 粘著磨損示意圖 粘著磨損磨痕 工程材料學(xué)工程材料選用 2. 磨料磨損磨料磨損 配合表面之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，因外來(lái)硬顆配合表面之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，因外來(lái)硬顆 ?；虮砻嫖⑼惑w的作用造成表面損傷（被犁削?；虮砻嫖⑼惑w的作用造成表面損傷（被犁削 形成溝漕）

12、的磨損稱為磨粒形成溝漕）的磨損稱為磨粒(料料)磨損。磨損。 磨粒磨損示意圖磨粒磨損示意圖磨粒磨損磨痕磨粒磨損磨痕 工程材料學(xué)工程材料選用 3.犁削磨損犁削磨損 硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面，硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面， 在較軟材料的表面形成在較軟材料的表面形成“犁溝犁溝”?；钊h(huán)?；钊h(huán) 與缸套存在粘著磨損、犁削磨損（拉缸現(xiàn)與缸套存在粘著磨損、犁削磨損（拉缸現(xiàn) 象）、磨料磨損。象）、磨料磨損。 犁削磨損磨痕犁削磨損磨痕犁削磨損示意圖犁削磨損示意圖 工程材料學(xué)工程材料選用 4.表面疲勞磨損表面疲勞磨損 兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力作用兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或

13、滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力作用 下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。 5.沖刷磨損沖刷磨損 沖刷磨損是由于含固態(tài)粒子的流體沖刷磨損是由于含固態(tài)粒子的流體(常為液體常為液體)沖刷造成表面材料損沖刷造成表面材料損 失的磨損。失的磨損。 6.腐蝕磨損腐蝕磨損 腐蝕磨損是金屬在摩擦過(guò)程中，同時(shí)與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)腐蝕磨損是金屬在摩擦過(guò)程中，同時(shí)與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué) 反應(yīng)，產(chǎn)生表層金屬的損失或遷移現(xiàn)象。反應(yīng)，產(chǎn)生表層金屬的損失或遷移現(xiàn)象。 沖刷磨損示意圖沖刷磨損示意圖 工程材料學(xué)工程材料選用 三、三、斷裂失

14、效斷裂失效 機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效稱為斷裂失效。機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效稱為斷裂失效。 1、斷裂失效的分類、斷裂失效的分類 塑性斷裂塑性斷裂 脆性斷裂脆性斷裂 疲勞斷裂疲勞斷裂 蠕變失效斷裂蠕變失效斷裂 工程材料學(xué)工程材料選用 2、斷口的分析方法、斷口的分析方法 斷口分析是斷裂失效分析的關(guān)鍵，是斷裂失效分?jǐn)嗫诜治鍪菙嗔咽Х治龅年P(guān)鍵，是斷裂失效分 析的向?qū)?，指引斷裂失效分析少走彎路。析的向?qū)?，指引斷裂失效分析少走彎路?例：金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀例：金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀 察，可以看到斷口分為：察，可以看到斷口分為： F -纖維狀區(qū)纖維狀區(qū) R -放射

15、狀區(qū)放射狀區(qū) S -剪切唇區(qū)剪切唇區(qū) 斷口 工程材料學(xué)工程材料選用 脆性斷裂實(shí)物脆性斷裂實(shí)物 脆性斷裂斷口脆性斷裂斷口(解理花樣解理花樣) 沿晶斷口沿晶斷口(冰糖花樣冰糖花樣) 疲勞斷裂顯微形貌疲勞斷裂顯微形貌 工程材料學(xué)工程材料選用 汽車板簧斷裂失效汽車板簧斷裂失效 板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷-折疊。折疊。 折疊造成了表面裂紋。疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。折疊造成了表面裂紋。疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。 根據(jù)板簧的安裝條件和工作狀況分析，板簧斷裂位置處于應(yīng)力根據(jù)板簧的安裝條件和工作狀況分析，板簧斷裂位置處于應(yīng)力 集中處。集中處。 裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展

16、，最后造成板簧疲勞斷裂。裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，最后造成板簧疲勞斷裂。 工程材料學(xué)工程材料選用 四四.腐蝕失效腐蝕失效 腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種 表面損耗，它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電表面損耗，它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電 化學(xué)作用的結(jié)果?；瘜W(xué)作用的結(jié)果。 一）均勻腐蝕一）均勻腐蝕 均勻腐蝕均勻腐蝕：在整個(gè)金屬的表面均勻地發(fā)生腐蝕。在整個(gè)金屬的表面均勻地發(fā)生腐蝕。 腐蝕均勻性的前提是：被腐蝕的金屬表面具有均勻的腐蝕均勻性的前提是：被腐蝕的金屬表面具有均勻的 化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕環(huán)境包圍金屬表面是均勻化學(xué)成分和顯微組織

17、，腐蝕環(huán)境包圍金屬表面是均勻 而且不受限制。而且不受限制。 均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。 鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕；鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕； 銅在土壤里的銹蝕。銅在土壤里的銹蝕。 工程材料學(xué)工程材料選用 二二)點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕 腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，向深度腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，向深度 擴(kuò)展成孔穴甚至穿透擴(kuò)展成孔穴甚至穿透(孔蝕孔蝕)。 金屬表面受破壞處和未受破壞處形成金屬表面受破壞處和未受破壞處形成“局部局部 電池電池”，其中受破壞處是陽(yáng)極，未受破壞處，其中受破壞處是陽(yáng)極，未受破壞處 是陰極，腐蝕電流由陽(yáng)是陰極，腐蝕電流由陽(yáng) 極流向周圍

18、的陰極，陽(yáng)極流向周圍的陰極，陽(yáng) 極處很快被腐蝕成小孔。極處很快被腐蝕成小孔。 點(diǎn)腐蝕示意圖點(diǎn)腐蝕示意圖 工程材料學(xué)工程材料選用 三三)晶間腐蝕晶間腐蝕 腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁。腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁。 其主要原因是晶界處化學(xué)成分不均勻。其主要原因是晶界處化學(xué)成分不均勻。 晶間腐蝕示意圖晶間腐蝕示意圖 工程材料學(xué)工程材料選用 腐蝕失效舉例腐蝕失效舉例 （汽車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析）（汽車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析） 彈簧材料為碳素彈簧鋼彈簧材料為碳素彈簧鋼.長(zhǎng)期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，長(zhǎng)期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡， 受到嚴(yán)重腐蝕，表面腐蝕產(chǎn)物從材料表面剝落，減少了彈

19、簧絲受到嚴(yán)重腐蝕，表面腐蝕產(chǎn)物從材料表面剝落，減少了彈簧絲 的截面，同時(shí)彈簧因腐蝕而變脆。的截面，同時(shí)彈簧因腐蝕而變脆。在閥芯受到向上的作用力在閥芯受到向上的作用力F 時(shí)，彈簧破斷。閥芯失去密封作用。使氣體泄漏，造成氣壓降時(shí)，彈簧破斷。閥芯失去密封作用。使氣體泄漏，造成氣壓降 低，剎車失靈，造成嚴(yán)重事故低，剎車失靈，造成嚴(yán)重事故。 工程材料學(xué)工程材料選用 二、失效的基本因素二、失效的基本因素 1。設(shè)計(jì)因素。設(shè)計(jì)因素 為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須精心設(shè)計(jì)，精心施工。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須精心設(shè)計(jì)，精心施工。 根據(jù)零件在特定工況、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等條件下可能發(fā)生的失效模式，根據(jù)零件在特定工況、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等條件

20、下可能發(fā)生的失效模式， 建立給定條件下正常工作的準(zhǔn)則，確定合適的材質(zhì)、尺寸、結(jié)構(gòu)，建立給定條件下正常工作的準(zhǔn)則，確定合適的材質(zhì)、尺寸、結(jié)構(gòu)， 提出必要的技術(shù)文件。提出必要的技術(shù)文件。 技術(shù)文件技術(shù)文件設(shè)備圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。設(shè)備圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 如設(shè)計(jì)有誤如設(shè)計(jì)有誤,則機(jī)械設(shè)備或零件將不能使用或過(guò)早失效。則機(jī)械設(shè)備或零件將不能使用或過(guò)早失效。 2。制造。制造(工藝工藝)因素因素 工藝缺陷往往是使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效的重要因素。工藝缺陷往往是使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效的重要因素。 零件在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的疏松、夾渣；零件在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的疏松、夾渣； 鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的夾層、冷熱

21、裂紋；鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋； 焊接過(guò)程中未焊透、偏析、冷熱裂紋；焊接過(guò)程中未焊透、偏析、冷熱裂紋； 機(jī)加工過(guò)程的尺寸公差和表面粗糙度不合適；機(jī)加工過(guò)程的尺寸公差和表面粗糙度不合適； 熱處理產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性；熱處理產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性； 精加工磨削中的磨削裂紋等。精加工磨削中的磨削裂紋等。 工程材料學(xué)工程材料選用 3、安裝調(diào)試因素、安裝調(diào)試因素 安裝過(guò)程達(dá)不到所要求的質(zhì)量指標(biāo)，導(dǎo)致零件失效。安裝過(guò)程達(dá)不到所要求的質(zhì)量指標(biāo)，導(dǎo)致零件失效。 嚙合傳動(dòng)件嚙合傳動(dòng)件(齒輪、桿、螺旋等齒輪、桿、螺旋等)的間隙不合適的間隙不合適(過(guò)松過(guò)松 或過(guò)緊，接觸狀態(tài)未

22、調(diào)整好或過(guò)緊，接觸狀態(tài)未調(diào)整好)； 連接零件必要的連接零件必要的“防松防松”不可靠；不可靠； 鉚焊結(jié)構(gòu)的必要探傷檢驗(yàn)不良；鉚焊結(jié)構(gòu)的必要探傷檢驗(yàn)不良； 潤(rùn)滑與密封裝置不良等；潤(rùn)滑與密封裝置不良等； 初步安裝調(diào)試后，未按規(guī)定進(jìn)行逐級(jí)加載跑合。初步安裝調(diào)試后，未按規(guī)定進(jìn)行逐級(jí)加載跑合。 工程材料學(xué)工程材料選用 4、材質(zhì)因素、材質(zhì)因素 選材不當(dāng)使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效。選材不當(dāng)使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效。 材質(zhì)內(nèi)部缺陷、毛坯加工材質(zhì)內(nèi)部缺陷、毛坯加工(鑄鍛焊鑄鍛焊)工藝或冷熱加工工藝或冷熱加工 (特別是熱處理特別是熱處理)工藝過(guò)程產(chǎn)生的材料內(nèi)部缺陷導(dǎo)致失效工藝過(guò)程產(chǎn)生的材料內(nèi)部缺陷導(dǎo)致失效

23、 5、運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素、運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素 不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、忽視維修，導(dǎo)致零件失效。不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、忽視維修，導(dǎo)致零件失效。 運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)(載荷、速度等載荷、速度等)的監(jiān)控是否準(zhǔn)確；的監(jiān)控是否準(zhǔn)確； 定期大、中、小檢修的制度是否合理、執(zhí)行；定期大、中、小檢修的制度是否合理、執(zhí)行； 潤(rùn)滑條件是否保證潤(rùn)滑條件是否保證,潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法是否選得合適，潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法是否選得合適， 潤(rùn)滑裝置冷卻、加熱和過(guò)濾系統(tǒng)功能是否正常。潤(rùn)滑裝置冷卻、加熱和過(guò)濾系統(tǒng)功能是否正常。 工程材料學(xué)工程材料選用 第三節(jié)機(jī)械零件選材原則第三節(jié)機(jī)械零件選材原則 一、使用性能原則一、使用性能原則 一）機(jī)械零件正確選材的使用

24、性能原則一）機(jī)械零件正確選材的使用性能原則 使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的機(jī)械性能、使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的機(jī)械性能、 物理性能和化學(xué)性能。物理性能和化學(xué)性能。 機(jī)器零件和工程構(gòu)件，則主要是機(jī)械性能。對(duì)一些特殊條件下機(jī)器零件和工程構(gòu)件，則主要是機(jī)械性能。對(duì)一些特殊條件下 工作的零件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理、化學(xué)性能。工作的零件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理、化學(xué)性能。 材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。 二）零件使用時(shí)的工作條件二）零件使用時(shí)的工作條件 （1）受力狀況）受力狀況 主要是載荷的類型主要是載荷的類型(例如動(dòng)載

25、、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等例如動(dòng)載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等) 和大小；載荷的形式；載荷的特點(diǎn)等。和大??；載荷的形式；載荷的特點(diǎn)等。 （2）環(huán)境狀況）環(huán)境狀況 主要是溫度特性、介質(zhì)情況等。主要是溫度特性、介質(zhì)情況等。 （3）特殊要求）特殊要求 如對(duì)導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。如對(duì)導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。 工程材料學(xué)工程材料選用 三）零件根據(jù)使用性能選材的步驟三）零件根據(jù)使用性能選材的步驟 對(duì)零件工作條件和失效形式全面分析，確定零件對(duì)零件工作條件和失效形式全面分析，確定零件 對(duì)使用性能的要求；對(duì)使用性能的要求； 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載根據(jù)零

26、件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載 荷，計(jì)算出零件中的應(yīng)力分布；荷，計(jì)算出零件中的應(yīng)力分布； 由工作應(yīng)力、使用壽命、安全性等，確定要求性由工作應(yīng)力、使用壽命、安全性等，確定要求性 能的具體數(shù)值；能的具體數(shù)值； 利用材料手冊(cè)根據(jù)使用性能選材。利用材料手冊(cè)根據(jù)使用性能選材。 常用零件的工作條件和失效形式常用零件的工作條件和失效形式 工程材料學(xué)工程材料選用 零件所要求的機(jī)械性能數(shù)據(jù)，不能簡(jiǎn)單地同手零件所要求的機(jī)械性能數(shù)據(jù)，不能簡(jiǎn)單地同手 冊(cè)、書(shū)本中所給出的數(shù)據(jù)完全相同，必須注意以冊(cè)、書(shū)本中所給出的數(shù)據(jù)完全相同，必須注意以 下情況：下情況： 材料的性能不單與化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處材料的性能不單與

27、化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處 理后的狀態(tài)有關(guān)。理后的狀態(tài)有關(guān)。 材料的性能與試樣的尺寸有關(guān)，必須考慮零件尺材料的性能與試樣的尺寸有關(guān)，必須考慮零件尺 寸與手冊(cè)中試樣尺寸的差別，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。寸與手冊(cè)中試樣尺寸的差別，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?材料的化學(xué)成分、加工處理的工藝參數(shù)都有一定材料的化學(xué)成分、加工處理的工藝參數(shù)都有一定 波動(dòng)范圍。波動(dòng)范圍。 工程材料學(xué)工程材料選用 二、二、工藝性能原則工藝性能原則 材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。 一）高分子材料零件選材的工藝性能原則一）高分子材料零件選材的工藝性能原則 高分子材料成形容易，方法較多。高分子材料成形容易，方

28、法較多。 高分子材料的切削加工性能較好，與金屬基本高分子材料的切削加工性能較好，與金屬基本 相同。不過(guò)它的導(dǎo)熱性差，在切削過(guò)程中不易散熱，相同。不過(guò)它的導(dǎo)熱性差，在切削過(guò)程中不易散熱， 易使工件溫度急劇升高，使其變焦易使工件溫度急劇升高，使其變焦(熱固性塑料熱固性塑料)或變或變 軟軟(熱塑性塑料熱塑性塑料)。 工程材料學(xué)工程材料選用 高分子材料主要成形工藝的比較高分子材料主要成形工藝的比較 工藝工藝適用材料適用材料形狀形狀表面表面 粗糙度粗糙度 尺寸精度尺寸精度模具費(fèi)模具費(fèi) 用用 生產(chǎn)率生產(chǎn)率 熱壓成形熱壓成形范圍較廣范圍較廣復(fù)雜形狀復(fù)雜形狀很低很低好好高高中等中等 噴射成形噴射成形熱塑性塑料

29、熱塑性塑料復(fù)雜形狀復(fù)雜形狀很低很低非常好非常好很高很高高高 熱擠成形熱擠成形熱塑性塑料熱塑性塑料棒類棒類低低一般一般低低高高 真空成形真空成形熱塑性塑料熱塑性塑料棒類棒類一般一般一般一般低低低低 高分子材料的加工工藝路線高分子材料的加工工藝路線 工程材料學(xué)工程材料選用 二）陶瓷材料零件選材的工藝性能原則二）陶瓷材料零件選材的工藝性能原則 陶瓷材料加工的工藝路線比較簡(jiǎn)單，主要陶瓷材料加工的工藝路線比較簡(jiǎn)單，主要 工藝是成形，其中包括粉漿成形、壓制成形、工藝是成形，其中包括粉漿成形、壓制成形、 擠壓成形、可塑成形等。擠壓成形、可塑成形等。 陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金剛陶瓷材料成形后，除了

30、可以用碳化硅或金剛 石砂磨加工外，幾乎不能進(jìn)行任何其它加工。石砂磨加工外，幾乎不能進(jìn)行任何其它加工。 工程材料學(xué)工程材料選用 陶瓷材料各種成形工藝比較陶瓷材料各種成形工藝比較 工工 藝藝優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 粉漿成形粉漿成形可做形狀復(fù)雜件、薄塑件，成本低可做形狀復(fù)雜件、薄塑件，成本低收縮大，尺寸精度低，生產(chǎn)率低收縮大，尺寸精度低，生產(chǎn)率低 壓制成形壓制成形可做形狀復(fù)雜件，有高密度和高強(qiáng)可做形狀復(fù)雜件，有高密度和高強(qiáng) 度，精度較高度，精度較高 設(shè)備較復(fù)雜，成本高設(shè)備較復(fù)雜，成本高 擠壓成形擠壓成形成本低，生產(chǎn)率高成本低，生產(chǎn)率高不能做薄壁件，零件形狀需對(duì)稱不能做薄壁件，零件形狀需對(duì)稱 可塑成形可

31、塑成形尺寸精度高，可做形狀復(fù)雜件尺寸精度高，可做形狀復(fù)雜件成本高成本高 陶瓷材料的加工工藝路線陶瓷材料的加工工藝路線 工程材料學(xué)工程材料選用 三）金屬材料零件選材的工藝性能原則三）金屬材料零件選材的工藝性能原則 金屬材料加工的工藝路線復(fù)雜，變化多。加工工金屬材料加工的工藝路線復(fù)雜，變化多。加工工 藝不僅影響零件的成形，還大大影響其最終性能藝不僅影響零件的成形，還大大影響其最終性能。 金屬材料的加工工藝路線金屬材料的加工工藝路線 工程材料學(xué)工程材料選用 性能要求不高的金屬零件的工藝路線：性能要求不高的金屬零件的工藝路線： 毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工零件。零件。 性能要求較高的金

32、屬零件的工藝路線：性能要求較高的金屬零件的工藝路線： 毛坯毛坯預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理(淬淬 火、回火，固溶時(shí)效或滲碳處理等火、回火，固溶時(shí)效或滲碳處理等)精加工精加工零件。零件。 性能要求較高的精密金屬零件的工藝路線：性能要求較高的精密金屬零件的工藝路線： 這類零件除了要求有較高的使用性能外，還要有很高的尺這類零件除了要求有較高的使用性能外，還要有很高的尺 寸精度和表面光潔度。寸精度和表面光潔度。 毛坯毛坯預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理(淬淬 火、低溫回火、固溶、時(shí)效或滲碳火、低溫回火、固溶、時(shí)

33、效或滲碳)半精加工半精加工穩(wěn)定化穩(wěn)定化 處理或氮化處理或氮化精加工精加工穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理零件。零件。 工程材料學(xué)工程材料選用 三、經(jīng)濟(jì)性原則三、經(jīng)濟(jì)性原則 一）、材料的價(jià)格一）、材料的價(jià)格 零件材料的價(jià)格無(wú)疑應(yīng)該盡量低。零件材料的價(jià)格無(wú)疑應(yīng)該盡量低。 材料的價(jià)格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比率，一般可占產(chǎn)品價(jià)格的材料的價(jià)格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比率，一般可占產(chǎn)品價(jià)格的 30%70%，因此設(shè)計(jì)人員要十分關(guān)心材料的市場(chǎng)價(jià)格。，因此設(shè)計(jì)人員要十分關(guān)心材料的市場(chǎng)價(jià)格。 二）、零件的總成本二）、零件的總成本 零件選用的材料必須保證其生產(chǎn)和使用的總成本最低。零件選用的材料必須保證其生產(chǎn)和使用的總成本

34、最低。 零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費(fèi)用、研究費(fèi)用、維修費(fèi)用零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費(fèi)用、研究費(fèi)用、維修費(fèi)用 和材料價(jià)格有關(guān)。和材料價(jià)格有關(guān)。 三）、國(guó)家的資源三）、國(guó)家的資源 隨著工業(yè)的發(fā)展，資源和能源的問(wèn)題日漸突出，選用材料時(shí)必須考慮，隨著工業(yè)的發(fā)展，資源和能源的問(wèn)題日漸突出，選用材料時(shí)必須考慮， 特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，所用材料應(yīng)該來(lái)源豐富并顧及我國(guó)資特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，所用材料應(yīng)該來(lái)源豐富并顧及我國(guó)資 源狀況。源狀況。 另外，還要注意生產(chǎn)所用材料的能源消耗，盡量選用耗能低的材料。另外，還要注意生產(chǎn)所用材料的能源消耗，盡量選用耗能低的材料。 工程材料學(xué)工程

35、材料選用 l提示提示 正確選材是機(jī)械設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。正確選材是機(jī)械設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。 材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求；材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求； 材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求；材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求； 采用便宜的材料，把總成本降至最低，取采用便宜的材料，把總成本降至最低，取 得最大的經(jīng)濟(jì)效益。得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 工程材料學(xué)工程材料選用 第四節(jié)第四節(jié)典型零件與工具的選材分析典型零件與工具的選材分析 l 構(gòu)件材料的選用，一般首先考慮使用性能，構(gòu)件材料的選用，一般首先考慮使用性能， 然后進(jìn)行工藝性能和經(jīng)濟(jì)性的綜合分析；具體然后進(jìn)行工藝性能和經(jīng)濟(jì)性的綜合分析；具體 使用性能的

36、確定，則重點(diǎn)根據(jù)是構(gòu)件的失效形使用性能的確定，則重點(diǎn)根據(jù)是構(gòu)件的失效形 式。所以，合理的選材方法式。所以，合理的選材方法 應(yīng)按不同的失效形式分類進(jìn)行。應(yīng)按不同的失效形式分類進(jìn)行。 工程材料學(xué)工程材料選用 一、齒輪選材一、齒輪選材 （一）齒輪的工作條件、失效形式及其對(duì)材料性能的要求（一）齒輪的工作條件、失效形式及其對(duì)材料性能的要求 1齒輪工作條件齒輪工作條件 (1)由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力；由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力； (2)換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部承受一定沖擊載荷；換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部承受一定沖擊載荷； (3)齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)

37、力及摩擦力的齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力的 作用。作用。 2 齒輪的失效形式齒輪的失效形式 (1)疲勞斷裂疲勞斷裂 主要從根部發(fā)生，其宏觀形貌主要從根部發(fā)生，其宏觀形貌見(jiàn)圖見(jiàn)圖。這是齒輪嚴(yán)重的失效形式，。這是齒輪嚴(yán)重的失效形式， 常常引起數(shù)齒甚至所有齒的斷裂。常常引起數(shù)齒甚至所有齒的斷裂。 (2)齒面磨損齒面磨損 由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小，由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小，如圖如圖所示。所示。 工程材料學(xué)工程材料選用 (3)齒面接觸疲勞破壞齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微型紋，微裂紋的發(fā)展，在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微型紋，微裂紋的發(fā)展， 引起

38、點(diǎn)狀剝落引起點(diǎn)狀剝落(或稱麻點(diǎn)或稱麻點(diǎn))見(jiàn)圖見(jiàn)圖。 (4)過(guò)載斷裂過(guò)載斷裂 主要是沖擊載荷過(guò)大造成的斷齒，主要是沖擊載荷過(guò)大造成的斷齒，見(jiàn)圖見(jiàn)圖。 3齒輪的性能要求齒輪的性能要求 根據(jù)工作條件及失效形式的分析根據(jù)工作條件及失效形式的分析 (1)高的彎曲疲勞強(qiáng)度；高的彎曲疲勞強(qiáng)度； (2)高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性；高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性； (3)較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。 此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，例如熱處理變形小，此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，例如熱處理變形小， 或變形有一定規(guī)律或變形有一定規(guī)律 工程材料學(xué)工程材料選用 （二）（二）齒輪類零件的選材齒輪類零件

39、的選材 齒輪材料要求的性能主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞齒輪材料要求的性能主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞 強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。 l齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過(guò)載齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過(guò)載 斷裂。計(jì)算方法，基本上憑經(jīng)驗(yàn)決定。斷裂。計(jì)算方法，基本上憑經(jīng)驗(yàn)決定。 l從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它 們經(jīng)表面強(qiáng)化處理后，表面?zhèn)兘?jīng)表面強(qiáng)化處理后，表面有高的硬度，心部有足夠的沖擊韌有高的硬度，心部有足夠的沖擊韌 性。性。 工程材料學(xué)工程材料選用 1、機(jī)床齒輪選材舉例機(jī)床齒輪選材舉例 機(jī)床

40、變速箱齒輪擔(dān)負(fù)傳遞機(jī)床變速箱齒輪擔(dān)負(fù)傳遞 動(dòng)力，改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的動(dòng)力，改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的 任務(wù)。工作條件較好，轉(zhuǎn)速中任務(wù)。工作條件較好，轉(zhuǎn)速中 等，載荷不大等，載荷不大,工作平穩(wěn)無(wú)強(qiáng)烈工作平穩(wěn)無(wú)強(qiáng)烈 沖擊。沖擊。 一般可選中碳鋼一般可選中碳鋼(45鋼鋼)制制 造造,為了提高淬透性，也可選用為了提高淬透性，也可選用 中碳合金鋼中碳合金鋼(40Cr鋼鋼)。沖擊載。沖擊載 荷小的低速齒輪也可采用荷小的低速齒輪也可采用 HT250、HT350、QT500-5、 QT600-2等鑄鐵制造。等鑄鐵制造。 機(jī)床齒輪除選用金屬齒輪機(jī)床齒輪除選用金屬齒輪 外外, 有的還可改用塑料齒輪，有的還可改用塑料齒輪

41、， 如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼 龍齒輪龍齒輪, 工作時(shí)傳動(dòng)平穩(wěn)工作時(shí)傳動(dòng)平穩(wěn), 噪聲噪聲 減少減少, 長(zhǎng)期使用磨損很小。長(zhǎng)期使用磨損很小。 機(jī)床變速箱齒輪機(jī)床變速箱齒輪 工藝路線為：工藝路線為： 下料下料鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工輪齒高頻淬輪齒高頻淬 火及回火火及回火精磨精磨 工程材料學(xué)工程材料選用 l 正火處理：對(duì)鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序，正火處理：對(duì)鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序， 它可消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，使同批坯料具有相同它可消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，使同批坯料具有相同 的硬度，便于切削加工，改善齒輪表面加工質(zhì)量，對(duì)的硬度，便于切

42、削加工，改善齒輪表面加工質(zhì)量，對(duì) 于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理 工序。工序。 l調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理:可使齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能，心部可使齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能，心部 有足夠的強(qiáng)度和韌性，能承受較大的交變彎曲應(yīng)力和有足夠的強(qiáng)度和韌性，能承受較大的交變彎曲應(yīng)力和 沖擊裁荷，并可減少齒輪的淬火變形。沖擊裁荷，并可減少齒輪的淬火變形。 l高頻淬火及低溫回火高頻淬火及低溫回火:是決定齒輪表面性能的關(guān)健工是決定齒輪表面性能的關(guān)健工 序。通過(guò)高頻淬火，輪齒表面硬度可達(dá)序。通過(guò)高頻淬火，輪齒表面硬度可達(dá)52HRC以上，以上， 提高了耐磨性，

43、并使輪齒表面有殘余壓應(yīng)力存在，從提高了耐磨性，并使輪齒表面有殘余壓應(yīng)力存在，從 而提高了抗疲勞破壞的能力。而提高了抗疲勞破壞的能力。 l高頻淬火后進(jìn)行低溫回火高頻淬火后進(jìn)行低溫回火:為了消除淬火應(yīng)力。為了消除淬火應(yīng)力。 工程材料學(xué)工程材料選用 2、汽車齒輪選材舉例、汽車齒輪選材舉例 汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。在變速箱中，通汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。在變速箱中，通 過(guò)它改變發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸和主鈾齒輪的速比，在差速器中，通過(guò)齒過(guò)它改變發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸和主鈾齒輪的速比，在差速器中，通過(guò)齒 輪增加扭矩，并調(diào)節(jié)左右輪的轉(zhuǎn)速。全部發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力均通過(guò)齒輪增加扭矩，并調(diào)節(jié)左右輪的轉(zhuǎn)速。全部發(fā)動(dòng)機(jī)的

44、動(dòng)力均通過(guò)齒 輪傳給車軸，推動(dòng)汽車運(yùn)行。所以，汽車齒輪受力較大，受沖擊輪傳給車軸，推動(dòng)汽車運(yùn)行。所以，汽車齒輪受力較大，受沖擊 頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度，心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等均要求比頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度，心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等均要求比 機(jī)床齒輪高。采用調(diào)質(zhì)鋼高頻淬火不能保證要求，所以，要用低機(jī)床齒輪高。采用調(diào)質(zhì)鋼高頻淬火不能保證要求，所以，要用低 碳鋼進(jìn)行滲碳處理來(lái)作重要齒輪。我國(guó)應(yīng)用最多的是合金滲碳鋼碳鋼進(jìn)行滲碳處理來(lái)作重要齒輪。我國(guó)應(yīng)用最多的是合金滲碳鋼 20cr或或20crMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。 滲碳后表面碳含量大大提高保證淬火滲碳后表面碳

45、含量大大提高保證淬火 后得到高硬度，提高耐磨性和接觸疲勞后得到高硬度，提高耐磨性和接觸疲勞 抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、 回火后可使心部獲得較高的強(qiáng)度和足夠回火后可使心部獲得較高的強(qiáng)度和足夠 的沖擊韌性。的沖擊韌性。 汽車后橋齒輪汽車后橋齒輪 工程材料學(xué)工程材料選用 l滲碳齒輪的工藝路線為：滲碳齒輪的工藝路線為： 下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳、淬火滲碳、淬火 及低溫回火及低溫回火噴丸噴丸磨削加工磨削加工 工程材料學(xué)工程材料選用 二、軸類零件選材 l軸是機(jī)器上的最重要零件之一，一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，軸是機(jī)器上的最重要零件之一，一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

46、的零件， 如齒輪、凸輪等都裝在軸上，如齒輪、凸輪等都裝在軸上，所以，軸主要起傳遞運(yùn)所以，軸主要起傳遞運(yùn) 動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的作用動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的作用 1軸類件的工作條件軸類件的工作條件 (1)軸類零件工作時(shí)主要至交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用軸類零件工作時(shí)主要至交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用 (2)軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間存在摩擦和磨損；軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間存在摩擦和磨損； (3)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使軸承受沖擊載荷軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使軸承受沖擊載荷 (4)多數(shù)軸會(huì)承受一定的過(guò)載載荷。多數(shù)軸會(huì)承受一定的過(guò)載載荷。 工程材料學(xué)工程材料選用 2 、 軸類零件的失效方式軸類零件的失

47、效方式 由于軸類零件的受力情況及工作條件較復(fù)雜，所以由于軸類零件的受力情況及工作條件較復(fù)雜，所以 其失效方式也是多樣的。其失效方式也是多樣的。 (1)長(zhǎng)期交變載荷下的疲勞斷裂長(zhǎng)期交變載荷下的疲勞斷裂(包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲 勞斷裂，勞斷裂，見(jiàn)圖見(jiàn)圖)， (2)大載荷或沖擊載荷作用引起的過(guò)量變形甚至斷裂大載荷或沖擊載荷作用引起的過(guò)量變形甚至斷裂(圖圖)， (3)與其他零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的表面過(guò)度磨損與其他零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的表面過(guò)度磨損(圖圖)等。等。 工程材料學(xué)工程材料選用 3、軸類零件的性能要求、軸類零件的性能要求 (1)良好綜合機(jī)械性能：足夠的強(qiáng)度、塑性和良好綜合機(jī)械性能

48、：足夠的強(qiáng)度、塑性和 一定的韌性，以防止過(guò)載斷裂、沖擊斷裂；一定的韌性，以防止過(guò)載斷裂、沖擊斷裂； (2)高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低以高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低以 防疲勞斷裂；防疲勞斷裂； (3)足夠的淬透性，熱處理后表面要有高硬度、足夠的淬透性，熱處理后表面要有高硬度、 高耐磨性，以防磨損失效；高耐磨性，以防磨損失效； (4)良好的切削加工性能，價(jià)格便宜良好的切削加工性能，價(jià)格便宜。 工程材料學(xué)工程材料選用 4、軸類零件材料及選材方法、軸類零件材料及選材方法 1）材料）材料 經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強(qiáng)度和韌性，經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強(qiáng)度和韌性

49、， 同時(shí)考慮疲勞抗力）；同時(shí)考慮疲勞抗力）； 一般軸類零件使用碳鋼（便宜，有一定綜合機(jī)械性能、對(duì)應(yīng)一般軸類零件使用碳鋼（便宜，有一定綜合機(jī)械性能、對(duì)應(yīng) 力集中敏感性較?。?，如力集中敏感性較?。?，如35、40、45、50鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或 表面淬火熱處理改善性能；表面淬火熱處理改善性能； 載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性 等要求高時(shí)采用合金鋼，如等要求高時(shí)采用合金鋼，如40Cr、40MnB、40CrNiMo、 20Cr、20CrMnTi等；等； 可以采用球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵作曲軸的材料?？梢圆捎们蚰T鐵和

50、高強(qiáng)度灰鑄鐵作曲軸的材料。 2）、選擇原則）、選擇原則 根據(jù)載荷大小、類型等決定。根據(jù)載荷大小、類型等決定。 主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種；主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種； 受軸向載荷軸，因心部受力較大，應(yīng)具有較高淬透性。受軸向載荷軸，因心部受力較大，應(yīng)具有較高淬透性。 工程材料學(xué)工程材料選用 4典型軸典型軸機(jī)床主軸選材機(jī)床主軸選材 l以以C620車床主鈾為例進(jìn)行選材。車床主鈾為例進(jìn)行選材。見(jiàn)簡(jiǎn)圖見(jiàn)簡(jiǎn)圖。 l該主軸受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn)該主軸受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn) 速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機(jī)械速均不高，沖擊載荷也不

51、大，所以具有一般綜合機(jī)械 性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤(pán)、項(xiàng)性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤(pán)、項(xiàng) 尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。 l車床主軸可選用車床主軸可選用45鋼鋼. l工藝路線如下：工藝路線如下： 鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工表面淬火及低表面淬火及低 溫回火溫回火磨削加工磨削加工。 工程材料學(xué)工程材料選用 l 如果這類機(jī)床主軸的載荷較大，可用如果這類機(jī)床主軸的載荷較大，可用40Cr鋼鋼 制造。制造。 l當(dāng)承受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時(shí)，則可采當(dāng)承受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時(shí)，則可采

52、 用合金滲碳鋼制造，如用合金滲碳鋼制造，如20Cr或或20CrMnTi等。等。 工程材料學(xué)工程材料選用 三、三、彈簧選材彈簧選材 彈簧是一種重要的機(jī)械零件。它的基本彈簧是一種重要的機(jī)械零件。它的基本 作用是利用材料的彈性和彈簧本身的作用是利用材料的彈性和彈簧本身的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)，在載荷作用下產(chǎn)生變形時(shí)，把機(jī)械能特點(diǎn)，在載荷作用下產(chǎn)生變形時(shí)，把機(jī)械能 或動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡?，在恢?fù)變形時(shí)，把形或動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡?，在恢?fù)變形時(shí)，把形 變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能或機(jī)械功。彈簧的種類很多，變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能或機(jī)械功。彈簧的種類很多， 按形狀分主要有螺旋彈簧按形狀分主要有螺旋彈簧(壓縮、拉伸、扭壓縮、拉伸、扭 轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)彈簧

53、)、板彈簧、片彈簧和蝸卷彈簧幾種、板彈簧、片彈簧和蝸卷彈簧幾種 (圖圖)。 工程材料學(xué)工程材料選用 l主要用途：主要用途： (1)緩沖或減振緩沖或減振 如汽車、拖拉機(jī)、火車中使用的懸掛彈簧。如汽車、拖拉機(jī)、火車中使用的懸掛彈簧。 (2)定位定位 如機(jī)床及其夾具中利用彈簧定位銷如機(jī)床及其夾具中利用彈簧定位銷(或滾珠或滾珠)壓在定位孔壓在定位孔(或槽或槽)中。中。 (3)復(fù)原復(fù)原 外力去除后自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)位置，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣門(mén)彈簧。外力去除后自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)位置，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣門(mén)彈簧。 (4)儲(chǔ)存和釋放能量?jī)?chǔ)存和釋放能量 如鐘表、玩具中的發(fā)條。如鐘表、玩具中的發(fā)條。 (5)測(cè)力測(cè)力 如彈簧稱

54、、測(cè)力計(jì)中使用的彈簧。如彈簧稱、測(cè)力計(jì)中使用的彈簧。 工程材料學(xué)工程材料選用 1、彈簧的工作條件彈簧的工作條件 (1) 彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn) 時(shí)，材料將承受彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。時(shí)，材料將承受彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 (2) 緩沖、減震或復(fù)原用的彈簧承受交變應(yīng)緩沖、減震或復(fù)原用的彈簧承受交變應(yīng) 力和沖擊載荷的作用。力和沖擊載荷的作用。 (3) 某些彈簧受到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用。某些彈簧受到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用。 工程材料學(xué)工程材料選用 2、 彈簧的失效形式彈簧的失效形式 (1)塑性變形塑性變形 在外載荷作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)在外載荷作用

55、下，材料內(nèi)部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng) 力超過(guò)材料本身的屈服應(yīng)力力超過(guò)材料本身的屈服應(yīng)力 后，彈簧發(fā)生塑性變形。外載荷去掉后，彈簧不能恢后，彈簧發(fā)生塑性變形。外載荷去掉后，彈簧不能恢 復(fù)到原始尺寸和形狀。復(fù)到原始尺寸和形狀。 (2)疲勞斷裂疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下，彈簧表面缺陷在交變應(yīng)力作用下，彈簧表面缺陷(裂紋、折疊、刻痕、裂紋、折疊、刻痕、 夾雜物夾雜物)處產(chǎn)生疲勞源，裂紋擴(kuò)處產(chǎn)生疲勞源，裂紋擴(kuò) 展后造成斷裂失效。展后造成斷裂失效。 工程材料學(xué)工程材料選用 (3)快速脆性斷裂快速脆性斷裂 某些彈簧存在材料缺陷某些彈簧存在材料缺陷(如粗大夾雜物，過(guò)多脆性相如粗大夾雜物，過(guò)多脆性相)、 加工缺陷

56、加工缺陷(如折疊、劃痕如折疊、劃痕)、熱處、熱處 理缺陷理缺陷(淬火溫度過(guò)高導(dǎo)致晶粒粗大，回火溫度不足使淬火溫度過(guò)高導(dǎo)致晶粒粗大，回火溫度不足使 材料韌性不夠材料韌性不夠)等，當(dāng)受到過(guò)大的沖擊載荷時(shí)，發(fā)生突等，當(dāng)受到過(guò)大的沖擊載荷時(shí)，發(fā)生突 然脆性斷裂。然脆性斷裂。 (4)腐蝕斷裂及永久變形腐蝕斷裂及永久變形 在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效 高溫使彈簧材料的彈性模量和承載能力下降，高溫下高溫使彈簧材料的彈性模量和承載能力下降，高溫下 使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力 松弛，產(chǎn)生永久變形松弛，產(chǎn)生永久變形。 工程材

57、料學(xué)工程材料選用 3、彈簧材料的性能要求彈簧材料的性能要求 (1)高的彈性極限和高的屈強(qiáng)比高的彈性極限和高的屈強(qiáng)比 彈簧工作時(shí)不允許有永久變形，因此要求彈簧的彈簧工作時(shí)不允許有永久變形，因此要求彈簧的 工作應(yīng)力不超過(guò)材料的彈性極限。彈性極限越大，工作應(yīng)力不超過(guò)材料的彈性極限。彈性極限越大， 彈簧可承受的外載荷越大。對(duì)于承受重載荷的彈彈簧可承受的外載荷越大。對(duì)于承受重載荷的彈 簧，如汽車用板簧，火車用螺旋彈簧等，其材料簧，如汽車用板簧，火車用螺旋彈簧等，其材料 需要高的彈性極限。當(dāng)材料直徑相同時(shí)，碳素鋼需要高的彈性極限。當(dāng)材料直徑相同時(shí)，碳素鋼 簧鋼絲和合金彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度相差很小，但簧鋼絲和

58、合金彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度相差很小，但 屈強(qiáng)比差別較大。屈強(qiáng)比差別較大。65鋼為鋼為0.7，60Si2Mn鋼為鋼為0.75， 50CrVA為為0.9。屈強(qiáng)比高，彈簧可承受更高的應(yīng)力。屈強(qiáng)比高，彈簧可承受更高的應(yīng)力。 工程材料學(xué)工程材料選用 (2)高的疲勞強(qiáng)度高的疲勞強(qiáng)度 彎曲疲勞強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度越大，則彈簧的抗疲勞性彎曲疲勞強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度越大，則彈簧的抗疲勞性 能越好。能越好。 (3)好的材質(zhì)和表面質(zhì)量好的材質(zhì)和表面質(zhì)量 夾雜物含量少，晶粒細(xì)小，表面質(zhì)量好，缺陷少，對(duì)于夾雜物含量少，晶粒細(xì)小，表面質(zhì)量好，缺陷少，對(duì)于 提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂十分重要。提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂十分

59、重要。 (4)某些彈簧需要材料有良好的耐蝕性和耐熱性某些彈簧需要材料有良好的耐蝕性和耐熱性 良好的耐蝕性和耐熱性可以保證在腐蝕性介質(zhì)和高溫條良好的耐蝕性和耐熱性可以保證在腐蝕性介質(zhì)和高溫條 件下的使用性能件下的使用性能。 工程材料學(xué)工程材料選用 4、彈簧的選材彈簧的選材 l彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，使用條件彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，使用條件 和環(huán)境各不相同。制造彈簧的材料很多，金屬和環(huán)境各不相同。制造彈簧的材料很多，金屬 材料、非金屬材料材料、非金屬材料(如塑料、橡膠如塑料、橡膠)都可用來(lái)制都可用來(lái)制 造彈簧。由于金屬材料的成型性好、容易制造，造彈簧。由于金屬材料的成型性好、容易制

60、造， 工作可靠，在實(shí)際生產(chǎn)中，多選用彈性極高的工作可靠，在實(shí)際生產(chǎn)中，多選用彈性極高的 金屬材料來(lái)制造彈簧金屬材料來(lái)制造彈簧. 工程材料學(xué)工程材料選用 1）、彈簧鋼）、彈簧鋼 根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)的不同，分為兩大類：根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)的不同，分為兩大類： 熱軋彈簧：熱軋彈簧： 用材是將彈簧鋼通過(guò)熱軋方法加工成圓鋼、用材是將彈簧鋼通過(guò)熱軋方法加工成圓鋼、方鋼、方鋼、 盤(pán)條及扁鋼，制造尺寸較大、承載較重的螺旋彈盤(pán)條及扁鋼，制造尺寸較大、承載較重的螺旋彈 簧或板簧。彈簧熱成型后要進(jìn)行淬火及回火處理?；苫虬寤?。彈簧熱成型后要進(jìn)行淬火及回火處理。 冷軋冷軋(撥撥)彈簧：用材以盤(pán)條、鋼絲或薄鋼帶彈簧：用材以盤(pán)條、鋼絲或