零部件的失效與選材

1、1第十三章第十三章 零部件的選材零部件的選材2一、選材的基本原則一、選材的基本原則1 1、使用性能原則、使用性能原則2 2、工藝性能原則、工藝性能原則3 3、經(jīng)濟性原則、經(jīng)濟性原則3一、選材的基本原則一、選材的基本原則1 1使用性能原則使用性能原則 保證保證使用性能使用性能是保證零部件完成指定功能的必是保證零部件完成指定功能的必要條件。要條件。 使用性能是指零部件在工作過程中應具備的力使用性能是指零部件在工作過程中應具備的力學性能、物理性能和化學性能，它是選材的最主學性能、物理性能和化學性能，它是選材的最主要依據(jù)。要依據(jù)。 對于機械零件，最重要的使用性能是對于機械零件，最重要的使用性能是力學性

2、能力學性能。4一、選材的基本原則一、選材的基本原則5 材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。 在滿足使用性能選材的同時，必須兼顧材料的工在滿足使用性能選材的同時，必須兼顧材料的工藝性能。藝性能。 工藝性能的好壞，直接影響零部件的質(zhì)量、生產(chǎn)工藝性能的好壞，直接影響零部件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本。效率和成本。 當工藝性能與使用性能相矛盾時，有時正是從當工藝性能與使用性能相矛盾時，有時正是從工藝性能考慮，不得不放棄某些使用性能合格的材工藝性能考慮，不得不放棄某些使用性能合格的材料，料，工藝性能實際上成為選擇材料的主導因素。工藝性能實際上成為選擇材料的主導因素。2

3、2工藝性能原則工藝性能原則6金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能、焊接鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能、焊接性能、熱處理工藝性能等。性能、熱處理工藝性能等。 鑄造性能最好的是共晶成分附近的合金，鑄造性能最好的是共晶成分附近的合金，鑄造鑄造鋁合金和銅合金的鑄造性能優(yōu)于鑄鐵，鑄鐵又優(yōu)于鋁合金和銅合金的鑄造性能優(yōu)于鑄鐵，鑄鐵又優(yōu)于鑄鋼。鑄鋼。 鍛造性能最好的是低碳鋼，鍛造性能最好的是低碳鋼，中碳鋼次之，高碳中碳鋼次之，高碳鋼則較差。變形鋁合金和加工銅合金的鍛造性較鋼則較差。變形鋁合金和加工銅合金的鍛造性較好，而鑄鐵、鑄造鋁合金不能進行冷熱壓力加工。好，而鑄鐵、鑄造鋁合

4、金不能進行冷熱壓力加工。 低碳鋼焊接性能最好，低碳鋼焊接性能最好，隨碳和合金元素含量增隨碳和合金元素含量增加，焊接性能下降，鑄鐵則很難焊接，鋁合金和銅加，焊接性能下降，鑄鐵則很難焊接，鋁合金和銅合金的焊接性比碳鋼差。合金的焊接性比碳鋼差。 鋼的含碳量越高，其淬火變形和開裂傾向越大。鋼的含碳量越高，其淬火變形和開裂傾向越大。選用滲碳鋼時，要注意鋼的過熱敏感性；選用滲碳鋼時，要注意鋼的過熱敏感性；選用調(diào)質(zhì)鋼時，要注意鋼的第二類回火脆性；選用調(diào)質(zhì)鋼時，要注意鋼的第二類回火脆性；選用彈簧鋼時，要注意鋼的氧化、脫碳傾向。選用彈簧鋼時，要注意鋼的氧化、脫碳傾向。2 2工藝性能原則工藝性能原則73 3經(jīng)濟性

5、原則經(jīng)濟性原則 指在滿足使用性能要求的前提下，采用便宜指在滿足使用性能要求的前提下，采用便宜的材料，使零部件的的材料，使零部件的總成本總成本達到最低，以取得最達到最低，以取得最大的經(jīng)濟效益。大的經(jīng)濟效益。 并不僅是指選擇價格最便宜的材料，或是生并不僅是指選擇價格最便宜的材料，或是生產(chǎn)成本最低的產(chǎn)品，而是指運用價值分析、成本產(chǎn)成本最低的產(chǎn)品，而是指運用價值分析、成本分析等方法，綜合考慮材料對產(chǎn)品功能和成本的分析等方法，綜合考慮材料對產(chǎn)品功能和成本的影響，從而獲得最優(yōu)化的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。影響，從而獲得最優(yōu)化的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。81.1.軸類零部件的選材軸類零部件的選材二、典型零部件選材及工藝

6、分析二、典型零部件選材及工藝分析9軸的工作條件軸的工作條件 a a傳遞扭矩，承受交變扭轉(zhuǎn)載荷作用。傳遞扭矩，承受交變扭轉(zhuǎn)載荷作用。同時也往往承受交變彎曲載荷或拉、壓載荷同時也往往承受交變彎曲載荷或拉、壓載荷的作用。的作用。 b b軸頸承受較強的摩擦作用。軸頸承受較強的摩擦作用。 c c承受一定的過載或沖擊載荷。承受一定的過載或沖擊載荷。10軸的主要失效形式軸的主要失效形式 a a疲勞斷裂疲勞斷裂 由于受交變的扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲由于受交變的扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲疲勞載荷的長期作用，造成軸的疲勞斷裂，這是疲勞載荷的長期作用，造成軸的疲勞斷裂，這是最主要的失效形式。最主要的失效形式。 b b斷裂失效斷裂失效 由

7、于受過載或沖擊載荷的作用，由于受過載或沖擊載荷的作用，造成軸折斷或扭斷。造成軸折斷或扭斷。 c c磨損失效磨損失效 軸頸或花鍵處的過度磨損使形軸頸或花鍵處的過度磨損使形狀、尺寸發(fā)生變化。狀、尺寸發(fā)生變化。11對軸用材料的性能要求對軸用材料的性能要求 a a高的疲勞強度，以防止疲勞斷裂。高的疲勞強度，以防止疲勞斷裂。 b b良好的綜合力學性能，以防止沖擊或過良好的綜合力學性能，以防止沖擊或過載斷裂。載斷裂。 c c良好的耐磨性，以防止軸頸磨損。良好的耐磨性，以防止軸頸磨損。12(2)(2)典型軸的選材典型軸的選材對于承受中等載荷，轉(zhuǎn)速又不高的軸，大多選用對于承受中等載荷，轉(zhuǎn)速又不高的軸，大多選用

8、中碳鋼中碳鋼( (例如例如4 54 5鋼鋼) )進行調(diào)質(zhì)或正火處理進行調(diào)質(zhì)或正火處理；對于要求高一些的軸，可選用合金調(diào)質(zhì)鋼對于要求高一些的軸，可選用合金調(diào)質(zhì)鋼( (例如例如4 4 0 Cr)0 Cr)并進行調(diào)質(zhì)處理；并進行調(diào)質(zhì)處理；對要求耐磨的軸頸和錐孔部位，在對要求耐磨的軸頸和錐孔部位，在調(diào)質(zhì)處理后需調(diào)質(zhì)處理后需進行表面淬火；進行表面淬火；當軸承受重載荷、高轉(zhuǎn)速、大沖擊時，應選用合當軸承受重載荷、高轉(zhuǎn)速、大沖擊時，應選用合金滲碳鋼金滲碳鋼( (例如例如20 CrMnTi)20 CrMnTi)進行滲碳淬火處理進行滲碳淬火處理。13 C620 C620車床主軸可選用車床主軸可選用4 54 5鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，后，硬度為硬度為2 2 02 5 0 H BW2 2 02 5 0 H BW，軸頸和錐孔需進行表面軸頸和錐孔需進行表面淬火淬火，硬度為，硬度為4 64 654 HRC54 HRC。機床主軸機床主軸14正火可改善組織，消除鍛造缺陷，調(diào)整硬度便于機械加正火可改善組織，消除鍛造缺陷，調(diào)整硬度便于機械加工，并為調(diào)質(zhì)處理做組織準備。工，并為調(diào)質(zhì)處理做組織準備。調(diào)質(zhì)可獲得回火索氏體，具有較高的綜合力學性能，提調(diào)質(zhì)可獲得回火索氏體，具有較高的綜合力學性能，提高疲勞強度和抗沖擊能力。高疲勞強度和抗