機(jī)械零件的失效分析及選材

1、13.113.1 機(jī)械零件的失效分析機(jī)械零件的失效分析13.13.2 2 選材原則選材原則13.13.3 3 典型零件的選材與工藝典型零件的選材與工藝 失效失效 零件由于種種原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀、或材料的零件由于種種原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀、或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去其原設(shè)計的的功能。組織與性能發(fā)生變化而失去其原設(shè)計的的功能。 一、失效形式一、失效形式常見的失效形式有常見的失效形式有變形失效、斷裂失效、表面損傷失效變形失效、斷裂失效、表面損傷失效等。等。1 1、變形失效、變形失效（1 1）彈性變形失效）彈性變形失效不恰當(dāng)?shù)膹椥宰冃瘟繉?dǎo)致失效。不恰當(dāng)?shù)膹椥宰冃瘟繉?dǎo)致失效。防止彈性畸變的防止

2、彈性畸變的主要措施主要措施：增加零件截面、采用彈性模量高的增加零件截面、采用彈性模量高的材料，防止超載。材料，防止超載。（2 2）塑性變形失效）塑性變形失效外加應(yīng)力超過零件材料的屈服極限時發(fā)生明顯的塑性變形外加應(yīng)力超過零件材料的屈服極限時發(fā)生明顯的塑性變形( (永永久變形久變形) )。防止零件塑性變形失效的措施：防止零件塑性變形失效的措施：采用屈服強(qiáng)度高的材料，進(jìn)行采用屈服強(qiáng)度高的材料，進(jìn)行合理的熱處理，防止超載。合理的熱處理，防止超載。 2 2、斷裂失效、斷裂失效機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效。機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效。（1 1）韌性斷裂）韌性斷裂 斷裂前有明顯的塑性變形。斷裂前有明顯的塑性變

3、形。 宏觀變形方式為頸縮，典型斷口呈韌窩狀，韌窩是由于空洞宏觀變形方式為頸縮，典型斷口呈韌窩狀，韌窩是由于空洞的形成、長大并連接而導(dǎo)致韌性斷裂產(chǎn)生的。的形成、長大并連接而導(dǎo)致韌性斷裂產(chǎn)生的。 （2 2）脆性斷裂脆性斷裂 斷裂前無塑性變形。疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷斷裂前無塑性變形。疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂和蠕變斷裂等均屬于脆性斷裂。裂和蠕變斷裂等均屬于脆性斷裂。 （3 3）疲勞斷裂疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作而產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致發(fā)生斷裂，稱金服點，但經(jīng)過較長時間的工作而產(chǎn)生

4、裂紋導(dǎo)致發(fā)生斷裂，稱金屬的疲勞斷裂。屬的疲勞斷裂。（4）蠕變斷裂蠕變斷裂即在應(yīng)力不變的情況下，變形量隨時間的延長而增加，最后即在應(yīng)力不變的情況下，變形量隨時間的延長而增加，最后由于變形過大或斷裂而導(dǎo)致的失效。由于變形過大或斷裂而導(dǎo)致的失效。 金屬材料一般在高溫下金屬材料一般在高溫下才會產(chǎn)生明顯的蠕變，而聚合物在常溫下受載就會產(chǎn)生顯著才會產(chǎn)生明顯的蠕變，而聚合物在常溫下受載就會產(chǎn)生顯著的蠕變。如架空的聚錄乙烯電線管在電線和自重的作用下發(fā)的蠕變。如架空的聚錄乙烯電線管在電線和自重的作用下發(fā)生的緩慢的撓曲變形。生的緩慢的撓曲變形。蠕變斷裂蠕變斷裂3 3、表面損失失效、表面損失失效由于磨損、疲勞、腐蝕

5、等原因，使零部件表面失去正常工作所由于磨損、疲勞、腐蝕等原因，使零部件表面失去正常工作所必須的形狀、尺寸和表面粗糙度造成的失效，稱為表面損傷失必須的形狀、尺寸和表面粗糙度造成的失效，稱為表面損傷失效。常見的有三種形式：效。常見的有三種形式： 磨損失效磨損失效任何兩個相互接觸的零部件發(fā)生相對運(yùn)動時，其表面會發(fā)生磨任何兩個相互接觸的零部件發(fā)生相對運(yùn)動時，其表面會發(fā)生磨損，造成零部件尺寸變化、精度降低而不能繼續(xù)工作，這種現(xiàn)損，造成零部件尺寸變化、精度降低而不能繼續(xù)工作，這種現(xiàn)象稱為磨損失效。如磨粒磨損和粘著磨損。象稱為磨損失效。如磨粒磨損和粘著磨損。 表面疲勞表面疲勞相互接觸的兩個運(yùn)動表面，在工作過

6、程中承受交變接觸應(yīng)力的相互接觸的兩個運(yùn)動表面，在工作過程中承受交變接觸應(yīng)力的作用，是表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落，造成零件失效稱為表作用，是表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落，造成零件失效稱為表面疲勞失效。面疲勞失效。（3 3）腐蝕失效）腐蝕失效由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕而造成零部件尺寸和性能的改變而導(dǎo)致由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕而造成零部件尺寸和性能的改變而導(dǎo)致的失效稱為腐蝕失效。的失效稱為腐蝕失效。 斷裂僅占斷裂僅占5%5% 腐蝕、磨損、疲勞破壞占腐蝕、磨損、疲勞破壞占74%74%潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制零件零件工作條件工作條件常見失效形式常見失效形式

7、性能要求性能要求應(yīng)力應(yīng)力種類種類載荷載荷性質(zhì)性質(zhì)受載受載狀態(tài)狀態(tài)螺栓螺栓拉、剪拉、剪靜載靜載-過量變形，斷裂過量變形，斷裂強(qiáng)度，塑性強(qiáng)度，塑性傳動軸傳動軸彎、扭彎、扭循環(huán)循環(huán)沖擊沖擊軸頸軸頸摩擦摩擦疲勞斷裂，過量變疲勞斷裂，過量變形形，軸頸磨損，軸頸磨損綜合力學(xué)性能綜合力學(xué)性能傳動齒輪傳動齒輪壓、彎壓、彎循環(huán)循環(huán)沖擊沖擊摩擦摩擦振動振動斷齒，磨損，斷齒，磨損，疲勞斷裂，接觸疲疲勞斷裂，接觸疲勞勞表面高硬度及疲勞極限表面高硬度及疲勞極限，心部強(qiáng)度及韌性，心部強(qiáng)度及韌性彈簧彈簧扭、彎扭、彎交變交變沖擊沖擊振動振動彈性失穩(wěn)，彈性失穩(wěn)，疲勞破壞疲勞破壞彈性極限，屈強(qiáng)比彈性極限，屈強(qiáng)比，疲勞極限，疲勞極

8、限二、失效原因二、失效原因 造成零部件失效的原因很多，主要有設(shè)計、選材、加工、造成零部件失效的原因很多，主要有設(shè)計、選材、加工、裝配使用等因素。（見下頁）裝配使用等因素。（見下頁）1 1、設(shè)計不合理、設(shè)計不合理 2 2、選材不合理、選材不合理 3 3、加工工藝不合理、加工工藝不合理 4 4、裝配及使用不當(dāng)、裝配及使用不當(dāng)高溫蠕變高溫蠕變零零件件失失效效加加 工工設(shè)設(shè) 計計計算錯誤計算錯誤熱處理缺陷熱處理缺陷焊接缺陷焊接缺陷 結(jié)構(gòu)外形不合理結(jié)構(gòu)外形不合理工作條件估計錯誤工作條件估計錯誤冷加工缺陷冷加工缺陷鑄鍛造缺陷鑄鍛造缺陷安裝使用維護(hù)環(huán)境安裝使用維護(hù)環(huán)境材料材料材質(zhì)低劣材質(zhì)低劣選材不當(dāng)選材不當(dāng)

9、操作失誤操作失誤過載使用過載使用 維護(hù)不良維護(hù)不良安裝不良安裝不良腐蝕腐蝕低溫脆性低溫脆性現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)場調(diào)查失效特征失效特征服役條件服役條件失效部位取樣分析失效部位取樣分析查閱相關(guān)原始資料查閱相關(guān)原始資料原始資料的正確性原始資料的正確性制造過程的執(zhí)行情況制造過程的執(zhí)行情況冷熱加工質(zhì)量冷熱加工質(zhì)量材料成分材料成分綜合分析綜合分析解決方案解決方案正在使用和庫存件的解決方案正在使用和庫存件的解決方案新生產(chǎn)件的解決方案新生產(chǎn)件的解決方案臺架試驗臺架試驗使用考驗使用考驗三、失效分析三、失效分析 的一般程序的一般程序選材的基本原則選材的基本原則 1 1、使用性能原則、使用性能原則 材料的使用性能應(yīng)滿足使用要

10、求。材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。使用性能指零件在使用狀使用性能指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的態(tài)下材料應(yīng)該具有的機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能。機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能。2 2、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。3 3、經(jīng)濟(jì)性原則、經(jīng)濟(jì)性原則 滿足使用性能要求的前提下，采用便宜的材料，把總成本降滿足使用性能要求的前提下，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。至最低，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。分析零件的工作條件，確定其使用性能：分析零件的工作條件，確定其使用性能：受力情況：受力情況：如載荷性質(zhì)（靜載、動載、交變載荷）

11、、形式如載荷性質(zhì)（靜載、動載、交變載荷）、形式（拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切）、分布（均勻分布、集中分布（拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切）、分布（均勻分布、集中分布）與大小，應(yīng)力狀態(tài)；）與大小，應(yīng)力狀態(tài)；工作環(huán)境：工作環(huán)境：如溫度（常溫、高溫、低溫或變溫），介質(zhì)（如溫度（常溫、高溫、低溫或變溫），介質(zhì)（有無腐蝕介質(zhì)、潤滑劑）；有無腐蝕介質(zhì)、潤滑劑）；其它要求：其它要求：如導(dǎo)熱性、密度與磁性等。如導(dǎo)熱性、密度與磁性等。在全面分析工作條件的基礎(chǔ)上確定零件的使用性能，如交變在全面分析工作條件的基礎(chǔ)上確定零件的使用性能，如交變載荷下要求疲勞性能、沖擊載荷下工作要求韌性、酸堿等腐載荷下要求疲勞性能、沖擊載荷下工作要求

12、韌性、酸堿等腐蝕介質(zhì)中工作則要求耐蝕性等。蝕介質(zhì)中工作則要求耐蝕性等。 力學(xué)性能指標(biāo)的綜合作用力學(xué)性能指標(biāo)的綜合作用 一般情況下，在提高材料的強(qiáng)度的同時，塑、韌性就要下一般情況下，在提高材料的強(qiáng)度的同時，塑、韌性就要下降，當(dāng)塑、韌性下降到一定值時，在低應(yīng)力的作用下材料也易降，當(dāng)塑、韌性下降到一定值時，在低應(yīng)力的作用下材料也易產(chǎn)生微裂紋，從而使得承載能力下降。所以，在對零件進(jìn)行選產(chǎn)生微裂紋，從而使得承載能力下降。所以，在對零件進(jìn)行選材時一定要考慮力學(xué)性能指標(biāo)的材時一定要考慮力學(xué)性能指標(biāo)的綜合作用綜合作用，充分考慮零件力學(xué)，充分考慮零件力學(xué)性能的性能的強(qiáng)韌性配合強(qiáng)韌性配合。為了保證零件的安全，要求

13、零件既具有高。為了保證零件的安全，要求零件既具有高強(qiáng)度又具有較高的韌性。一般只是根據(jù)下列原則定性的確定，強(qiáng)度又具有較高的韌性。一般只是根據(jù)下列原則定性的確定，其可靠性往往仍需按實際試驗來驗證。其可靠性往往仍需按實際試驗來驗證。 對于對于靜載荷靜載荷，結(jié)構(gòu)上存在非尖銳缺口，結(jié)構(gòu)上存在非尖銳缺口( (如結(jié)構(gòu)小孔、鍵槽、如結(jié)構(gòu)小孔、鍵槽、凸肩等凸肩等) )的零件，高的塑性可以降低局部的應(yīng)力集中，防止零的零件，高的塑性可以降低局部的應(yīng)力集中，防止零件產(chǎn)生微裂紋。所選材料應(yīng)有一定的塑性和韌性。件產(chǎn)生微裂紋。所選材料應(yīng)有一定的塑性和韌性。 對于對于承受小能量多次沖擊的零件承受小能量多次沖擊的零件，以及結(jié)構(gòu)

14、上存在尖銳缺，以及結(jié)構(gòu)上存在尖銳缺口和內(nèi)部口和內(nèi)部存在裂紋存在裂紋的零件，強(qiáng)度（的零件，強(qiáng)度（疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度）是）是非常重要的因素。非常重要的因素。 對于在對于在低溫下工作的零件低溫下工作的零件，常選擇韌性較大的材料。，常選擇韌性較大的材料。對于大多數(shù)的零件來說，在保證強(qiáng)度的同時，應(yīng)合理地確定對于大多數(shù)的零件來說，在保證強(qiáng)度的同時，應(yīng)合理地確定塑性與韌性，以充分發(fā)揮材料的潛能。塑性與韌性，以充分發(fā)揮材料的潛能。14:35材料的工藝性能材料的工藝性能可定義為材料適應(yīng)各種可定義為材料適應(yīng)各種加工工藝加工工藝而獲得規(guī)定的而獲得規(guī)定的使用性能和外形的能力，因此工藝性能影響了零件的

15、內(nèi)在性能使用性能和外形的能力，因此工藝性能影響了零件的內(nèi)在性能、外部質(zhì)量以及生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等。、外部質(zhì)量以及生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等。材料選擇與工藝方法的確定應(yīng)同步進(jìn)行，工藝性能也是選材時材料選擇與工藝方法的確定應(yīng)同步進(jìn)行，工藝性能也是選材時應(yīng)考慮的因素。應(yīng)考慮的因素。理想情況下，所選材料應(yīng)具有良好的工藝性能，即技術(shù)難度小理想情況下，所選材料應(yīng)具有良好的工藝性能，即技術(shù)難度小、工藝簡單、能量消耗低、材料利用率高，保證甚至提高產(chǎn)品、工藝簡單、能量消耗低、材料利用率高，保證甚至提高產(chǎn)品的質(zhì)量。的質(zhì)量。*1.1.鑄造性能鑄造性能 凡相圖上液凡相圖上液- -固相線間距固相線間距越小越小、越、越接近接近

16、共晶成分的合金均具有共晶成分的合金均具有較較好好的鑄造性能。因此的鑄造性能。因此鑄鐵、鑄造鋁合金、鑄造銅合金鑄鐵、鑄造鋁合金、鑄造銅合金的鑄造的鑄造性能優(yōu)良；在應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料中，性能優(yōu)良；在應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料中，鑄鐵鑄鐵的鑄造性能優(yōu)于的鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，鑄鋼，在鋼的范圍，在鋼的范圍，中、低碳鋼中、低碳鋼的鑄造性能又優(yōu)于的鑄造性能又優(yōu)于高碳鋼高碳鋼，故，故高碳鋼高碳鋼較少用做鑄件。較少用做鑄件。*2.2.壓力加工性能壓力加工性能 包括包括變形抗力變形抗力，變形溫度范圍變形溫度范圍，產(chǎn)生缺陷的可能性及加熱、產(chǎn)生缺陷的可能性及加熱、冷卻要求冷卻要求等。一般來說，等。一般來說，鑄鐵鑄鐵不可壓力

17、加工，而鋼可以壓力不可壓力加工，而鋼可以壓力加工但工藝性能有較大差異，隨著鋼中碳及合金元素的含量加工但工藝性能有較大差異，隨著鋼中碳及合金元素的含量增高，其壓力加工性能變差；故增高，其壓力加工性能變差；故高碳鋼或高碳高合金鋼高碳鋼或高碳高合金鋼一般一般只進(jìn)行熱壓力加工，且熱加工性能也較差，如高鉻鋼、高速只進(jìn)行熱壓力加工，且熱加工性能也較差，如高鉻鋼、高速鋼等。鋼等。變形鋁合金和大多數(shù)銅合金變形鋁合金和大多數(shù)銅合金，像低碳鋼一樣具有較好，像低碳鋼一樣具有較好的壓力加工性能。的壓力加工性能。* 3.3.焊接性能焊接性能 鋼鐵材料的焊接性隨其碳和合金元素含量的提高而變差，因鋼鐵材料的焊接性隨其碳和合

18、金元素含量的提高而變差，因此鋼比鑄鐵易于焊接，且低碳鋼焊接性能最好、中碳鋼次之此鋼比鑄鐵易于焊接，且低碳鋼焊接性能最好、中碳鋼次之，高碳鋼最差。鋁合金、銅合金的焊接性能一般不好，應(yīng)采，高碳鋼最差。鋁合金、銅合金的焊接性能一般不好，應(yīng)采用一些高級的焊接方法（如氬弧焊）或特殊措施進(jìn)行焊接用一些高級的焊接方法（如氬弧焊）或特殊措施進(jìn)行焊接。 4.4.機(jī)械加工性能機(jī)械加工性能 主要指切削加工性和磨削加工性，其中切削加工性最重要。一主要指切削加工性和磨削加工性，其中切削加工性最重要。一般來說材料的硬度越高、加工硬化能力越強(qiáng)、切屑不易斷排、般來說材料的硬度越高、加工硬化能力越強(qiáng)、切屑不易斷排、刀具越易磨損

19、，其切削加工性能就越差。在鋼鐵材料中，易切刀具越易磨損，其切削加工性能就越差。在鋼鐵材料中，易切削鋼、灰鑄鐵和硬度處于削鋼、灰鑄鐵和硬度處于180180230HBS230HBS范圍的鋼具有較好的范圍的鋼具有較好的切削加工性能；而奧氏體不銹鋼、高碳高合金鋼切削加工性能；而奧氏體不銹鋼、高碳高合金鋼( (高鉻鋼、高高鉻鋼、高速鋼、高錳耐磨鋼速鋼、高錳耐磨鋼) )的切削加工性能較差。鋁、鎂合金及部分的切削加工性能較差。鋁、鎂合金及部分銅合金具有優(yōu)良的切削加工性能銅合金具有優(yōu)良的切削加工性能。 5.5.熱處理工藝性能熱處理工藝性能 必須首先區(qū)分是否可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，如純鋁、純銅、部分必須首先區(qū)分是否可

20、進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，如純鋁、純銅、部分銅合金、單相奧氏體不銹鋼一般不可熱處理強(qiáng)化；對可熱處銅合金、單相奧氏體不銹鋼一般不可熱處理強(qiáng)化；對可熱處理強(qiáng)化的材料而言，熱處理工藝性能相當(dāng)?shù)闹匾?。理?qiáng)化的材料而言，熱處理工藝性能相當(dāng)?shù)闹匾? 質(zhì)優(yōu)、價廉、壽命高，是保證產(chǎn)品具有競爭力的重要條質(zhì)優(yōu)、價廉、壽命高，是保證產(chǎn)品具有競爭力的重要條件；在選擇材料和制定相應(yīng)的加工工藝時，應(yīng)考慮選材的經(jīng)件；在選擇材料和制定相應(yīng)的加工工藝時，應(yīng)考慮選材的經(jīng)濟(jì)性原則。濟(jì)性原則。 所謂經(jīng)濟(jì)性選材原則，不僅是指選擇價格最便宜的材料所謂經(jīng)濟(jì)性選材原則，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、或是生產(chǎn)成本最低的

21、產(chǎn)品，而是指運(yùn)用價值分析運(yùn)用價值分析的方法，的方法，綜合考慮材料對產(chǎn)品的功能與成本的影響，以達(dá)到最佳的技綜合考慮材料對產(chǎn)品的功能與成本的影響，以達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 產(chǎn)品成本分析產(chǎn)品成本分析 占總成本的占總成本的3070%3070%制造（加工）成本制造（加工）成本 約占零件成本的約占零件成本的30%30%加工成本加工成本 = = 工具與設(shè)備費用工具與設(shè)備費用 + + 每件產(chǎn)品成本每件產(chǎn)品成本 生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量材材 料料元元 / / kgkg材材 料料元元 / / kgkg鉑鉑290,000290,000 ZnZn3434金金160,000160,000 鋁鋁2121銀銀3,50

22、03,500 4040CrCr3.73.7鈦鈦200 200 碳鋼碳鋼3.33.3銅銅68 68 生鐵生鐵2.32.3 貫穿材料生產(chǎn)、使用、廢棄的全過程貫穿材料生產(chǎn)、使用、廢棄的全過程1. 1. 減少材料使用量、延長零件壽命、材料再利用。減少材料使用量、延長零件壽命、材料再利用。 重要金屬的世界儲量重要金屬的世界儲量 2. 2. 能源消耗少能源消耗少 可用年數(shù)可用年數(shù) 再生率再生率(%)(%)FeFe12812831.731.7AlAl353516.916.9CuCu323240.940.9ZnZn242421.221.2W W4747AgAg151541.041.0MnMn1414NiNi4

23、9493. 3. 環(huán)境污染小環(huán)境污染小廢氣排放少廢氣排放少材料回收及降解材料回收及降解 金屬材料、高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料金屬材料、高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料是目前最主是目前最主要的四大類工程材料。要的四大類工程材料。 高分子材料高分子材料的強(qiáng)度與剛度低、尺寸穩(wěn)定性較差且易老化，在的強(qiáng)度與剛度低、尺寸穩(wěn)定性較差且易老化，在工程上一般不用于受力較大的、重要的結(jié)構(gòu)零件。但由于其原工程上一般不用于受力較大的、重要的結(jié)構(gòu)零件。但由于其原料豐富、生產(chǎn)能耗較低（為鋼的料豐富、生產(chǎn)能耗較低（為鋼的1/101/10、鋁的、鋁的1/201/20），密度低），密度低、彈性較好且減振、耐磨，故、彈性較好且

24、減振、耐磨，故適合于適合于制造受力不大的普通結(jié)構(gòu)制造受力不大的普通結(jié)構(gòu)件及減振、耐磨或密封零件，如輕載傳動齒輪、軸承、緊固件件及減振、耐磨或密封零件，如輕載傳動齒輪、軸承、緊固件、密封件和輪胎等。、密封件和輪胎等。 陶瓷材料陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件；目前主要應(yīng)用領(lǐng)域是建筑陶瓷和功能材料。；目前主要應(yīng)用領(lǐng)域是建筑陶瓷和功能材料。 陶瓷材料具有陶瓷材料具有高熱硬性高熱硬性及及化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性，可用作耐熱、耐磨、，可用作耐熱、耐磨、耐蝕的零件，如燃燒器噴嘴、刀具與模具、石油化工容器等。耐蝕的零件，如燃燒器噴嘴、刀具與模具、石

25、油化工容器等。由于陶瓷功能材料具有極其廣闊的應(yīng)用前景，在高新技術(shù)產(chǎn)品由于陶瓷功能材料具有極其廣闊的應(yīng)用前景，在高新技術(shù)產(chǎn)品中占據(jù)重要地位，故有人認(rèn)為中占據(jù)重要地位，故有人認(rèn)為2121世紀(jì)是世紀(jì)是“第二個石器時代第二個石器時代”。陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料，目前尚處開發(fā)應(yīng)用階段。陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料，目前尚處開發(fā)應(yīng)用階段。 * 復(fù)合材料復(fù)合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，綜合了克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，綜合了各種不同材料的優(yōu)良性能，具有高的各種不同材料的優(yōu)良性能，具有高的比強(qiáng)度、比剛度、抗疲比強(qiáng)度、比剛度、抗疲勞、減振、耐磨性勞、減振、耐磨性能優(yōu)良等特點。尤其是能優(yōu)良等特點。尤其是金屬基復(fù)合材料

26、金屬基復(fù)合材料，從力學(xué)性能角度看，可能是最理想的機(jī)械工程材料。但復(fù)合從力學(xué)性能角度看，可能是最理想的機(jī)械工程材料。但復(fù)合材料價格昂貴，除在航天航空、船舶、武器裝備等國防工業(yè)材料價格昂貴，除在航天航空、船舶、武器裝備等國防工業(yè)中的重要結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用外，在一般的民用工業(yè)上應(yīng)用有限。中的重要結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用外，在一般的民用工業(yè)上應(yīng)用有限。但應(yīng)注意的是，隨著復(fù)合材料的生產(chǎn)成本降低，其應(yīng)用潛力但應(yīng)注意的是，隨著復(fù)合材料的生產(chǎn)成本降低，其應(yīng)用潛力巨大、前景極其廣闊。巨大、前景極其廣闊。 * 金屬材料金屬材料, ,尤其是鋼鐵材料，與其它工程材料相比，在力學(xué)尤其是鋼鐵材料，與其它工程材料相比，在力學(xué)性能、工藝性能和

27、生產(chǎn)成本這三者之間保持著最佳的平衡，具性能、工藝性能和生產(chǎn)成本這三者之間保持著最佳的平衡，具有最強(qiáng)的競爭力，故金屬材料仍然是機(jī)械工程材料的主力軍。有最強(qiáng)的競爭力，故金屬材料仍然是機(jī)械工程材料的主力軍。從這個意義上來講，人類仍然生活在以鋼鐵材料為主的從這個意義上來講，人類仍然生活在以鋼鐵材料為主的“鐵器鐵器時代時代”。以載重汽車用材的重量為例，鋼占。以載重汽車用材的重量為例，鋼占6565、鑄鐵占、鑄鐵占2020、有色金屬占、有色金屬占3 3、非金屬材料約占、非金屬材料約占1212。在輕型汽車和轎。在輕型汽車和轎車中，非金屬材料的用量雖有所增加，但金屬材料仍占主體。車中，非金屬材料的用量雖有所增加

28、，但金屬材料仍占主體。 應(yīng)用極廣的重要機(jī)械零件，其主要作用有傳遞扭矩（力或能應(yīng)用極廣的重要機(jī)械零件，其主要作用有傳遞扭矩（力或能），改變運(yùn)動速度或方向。），改變運(yùn)動速度或方向。 不同的齒輪，其工作條件、失效形式和性能要求各有不同。不同的齒輪，其工作條件、失效形式和性能要求各有不同。 1 1工作條件工作條件 傳遞扭矩，齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力；傳遞扭矩，齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力； 齒面嚙合并發(fā)生相對滑動與滾動，承受較大的交變接觸應(yīng)齒面嚙合并發(fā)生相對滑動與滾動，承受較大的交變接觸應(yīng)力及強(qiáng)烈的摩擦；力及強(qiáng)烈的摩擦； 啟動、換檔或嚙合不良，齒輪承受一定的沖擊力；啟動、換檔或嚙合不良，齒輪承受一

29、定的沖擊力； 有時有其它特殊條件要求，如耐高、低溫要求，耐蝕要求有時有其它特殊條件要求，如耐高、低溫要求，耐蝕要求，抗磁性要求等。，抗磁性要求等。2 2主要失效形式主要失效形式 斷裂斷裂包括交變彎曲應(yīng)力引起的輪齒疲勞斷裂和沖擊過包括交變彎曲應(yīng)力引起的輪齒疲勞斷裂和沖擊過載導(dǎo)致的崩齒與開裂；載導(dǎo)致的崩齒與開裂； 齒面損傷齒面損傷包括交變接觸應(yīng)力引起的表面接觸疲勞（麻包括交變接觸應(yīng)力引起的表面接觸疲勞（麻點剝落）和強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)致的齒面過度磨損；點剝落）和強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)致的齒面過度磨損； 其它特殊失效，如腐蝕介質(zhì)引起的齒面腐蝕現(xiàn)象。其它特殊失效，如腐蝕介質(zhì)引起的齒面腐蝕現(xiàn)象。3 3主要性能要求主要性能要求

30、 高的彎曲疲勞強(qiáng)度，防止輪齒的疲勞斷裂。高的彎曲疲勞強(qiáng)度，防止輪齒的疲勞斷裂。 足夠高的齒面接觸疲勞極限和高的硬度、耐磨性，以防齒足夠高的齒面接觸疲勞極限和高的硬度、耐磨性，以防齒面損傷。面損傷。 足夠的齒心部強(qiáng)韌性，以防沖擊過載斷裂。足夠的齒心部強(qiáng)韌性，以防沖擊過載斷裂。 （1 1）鍛鋼）鍛鋼 齒輪的主要材料。鍛造可改善鋼的組織并形成有益的加工流線齒輪的主要材料。鍛造可改善鋼的組織并形成有益的加工流線，力學(xué)性能優(yōu)良。重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造。，力學(xué)性能優(yōu)良。重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造。 主要包括：主要包括： 低碳鋼及低碳合金鋼低碳鋼及低碳合金鋼 2020、20Cr20Cr、20Cr

31、MnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA等，可通過退火或正等，可通過退火或正火來改善切削加工性能，通過滲碳后淬火低溫回火來保證齒火來改善切削加工性能，通過滲碳后淬火低溫回火來保證齒輪的使用性能。具有表面高硬度輪的使用性能。具有表面高硬度(56(5662HRC)62HRC)和高耐磨性、和高耐磨性、高的彎曲疲勞極限和接觸疲勞極限，心部具有足夠高的強(qiáng)韌性高的彎曲疲勞極限和接觸疲勞極限，心部具有足夠高的強(qiáng)韌性；故適合于制造；故適合于制造高速、大沖擊的中載和重載齒輪高速、大沖擊的中載和重載齒輪。 中碳鋼中碳鋼4040、4545鋼可用作鋼可用作低中速、輕中載、小沖擊低中速、輕中載

32、、小沖擊的齒輪，依據(jù)具體的齒輪，依據(jù)具體工作條件不同，可在正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火狀態(tài)下使用；工作條件不同，可在正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火狀態(tài)下使用；40Cr40Cr、40MnB40MnB合金鋼的綜合力學(xué)性能優(yōu)于合金鋼的綜合力學(xué)性能優(yōu)于4040、4545碳鋼，可碳鋼，可用做相對重要的齒輪，多在表面淬火狀態(tài)使用，少數(shù)情況也可用做相對重要的齒輪，多在表面淬火狀態(tài)使用，少數(shù)情況也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用。中碳氮化鋼中碳氮化鋼40Cr40Cr、35CrMo35CrMo、38CrMoAl38CrMoAl鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后再表面滲氮處理，力學(xué)性能優(yōu)良、變形微小，主要用做后再表面滲氮處理，力學(xué)性能

33、優(yōu)良、變形微小，主要用做高高精度、高速齒輪精度、高速齒輪。（2 2）鑄鋼）鑄鋼 鑄鋼鑄鋼 齒齒 輪輪 的的 力力 學(xué)學(xué) 性性 能能 比比 鍛鋼差，較少使用，但對某些尺鍛鋼差，較少使用，但對某些尺寸大寸大( (500mm)500mm)、形狀復(fù)雜的齒輪，采用鑄鋼較為合理。、形狀復(fù)雜的齒輪，采用鑄鋼較為合理。常用鑄鋼牌號有常用鑄鋼牌號有ZG270500ZG270500、ZG310570ZG310570、ZG40CrZG40Cr等等。鑄鋼齒輪加工后一般也是進(jìn)行表面淬火低溫回火處理，。鑄鋼齒輪加工后一般也是進(jìn)行表面淬火低溫回火處理，但對性能要求不高、低速齒輪，也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)、甚至正火但對性能要求不高、低

34、速齒輪，也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)、甚至正火狀態(tài)下使用。狀態(tài)下使用。（3 3）鑄鐵）鑄鐵 灰鑄鐵齒輪具有優(yōu)良的灰鑄鐵齒輪具有優(yōu)良的減摩性、減振性，工藝性能好且成本低減摩性、減振性，工藝性能好且成本低，其主要缺點是強(qiáng)韌性欠佳，故多用于制作，其主要缺點是強(qiáng)韌性欠佳，故多用于制作低速、輕載、不受低速、輕載、不受沖擊沖擊的非重要齒輪。常用牌號有的非重要齒輪。常用牌號有HT200HT200、HT250HT250、HT350HT350等等；由于；由于球墨鑄鐵球墨鑄鐵的的強(qiáng)韌性強(qiáng)韌性較好，故采用較好，故采用QT600-3QT600-3、QT500-7QT500-7代替部分鑄鋼齒輪的趨勢越來越大。鑄鐵齒輪的熱處理方法類代

35、替部分鑄鋼齒輪的趨勢越來越大。鑄鐵齒輪的熱處理方法類似于鑄鋼齒輪。似于鑄鋼齒輪。（4 4）非鐵金屬）非鐵金屬 在在儀器儀表儀器儀表及某些特殊條件下工作的輕載齒輪，由于有耐蝕、及某些特殊條件下工作的輕載齒輪，由于有耐蝕、無磁、防爆等特殊要求，可采用一些耐磨性較好的有色金無磁、防爆等特殊要求，可采用一些耐磨性較好的有色金屬材料制造，其中最主要的是屬材料制造，其中最主要的是銅合金銅合金，如黃銅，如黃銅( (如如H62)H62)、鋁、鋁青銅青銅( (如如QAl9-4)QAl9-4)、錫青銅、錫青銅( (如如QSn6.5-0.1)QSn6.5-0.1)、硅青銅、硅青銅( (如如QSi3-1)QSi3-1

36、)等等。（5 5）粉末冶金材料）粉末冶金材料 粉末冶金齒輪材料可實現(xiàn)精密的少、無切削加工方法，特別是粉末冶金齒輪材料可實現(xiàn)精密的少、無切削加工方法，特別是隨著粉末熱鍛新技術(shù)的應(yīng)用，所制造的齒輪力學(xué)性能優(yōu)良、技隨著粉末熱鍛新技術(shù)的應(yīng)用，所制造的齒輪力學(xué)性能優(yōu)良、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益高。粉末冶金材料一般適用于大批量生產(chǎn)的小齒輪術(shù)經(jīng)濟(jì)效益高。粉末冶金材料一般適用于大批量生產(chǎn)的小齒輪，如汽車發(fā)動機(jī)的定時齒輪（材料，如汽車發(fā)動機(jī)的定時齒輪（材料Fe-C0.9Fe-C0.9）、分電器齒輪（）、分電器齒輪（材料材料Fe-C0.9-Cu2.0Fe-C0.9-Cu2.0）、農(nóng)用柴油機(jī)中的凸輪軸齒輪（材料）、農(nóng)用柴油機(jī)中

37、的凸輪軸齒輪（材料Fe-Cu-CFe-Cu-C）、聯(lián)合收割機(jī)中的油泵齒輪。）、聯(lián)合收割機(jī)中的油泵齒輪。 對對開式傳動開式傳動齒輪，或齒輪，或低速、輕載、不受沖擊或沖擊較小低速、輕載、不受沖擊或沖擊較小的齒的齒輪，宜選相對價廉的材料，如鑄鐵、碳鋼等；輪，宜選相對價廉的材料，如鑄鐵、碳鋼等；對對閉式傳動閉式傳動齒輪，或齒輪，或中高速、中重載、承受一定甚至較大沖中高速、中重載、承受一定甚至較大沖擊擊的齒輪，則宜選用相對較好的材料，如優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼的齒輪，則宜選用相對較好的材料，如優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼、并須進(jìn)行表面強(qiáng)化處理；、并須進(jìn)行表面強(qiáng)化處理；在在齒輪副選材齒輪副選材時，為使兩者壽命相近并防止咬合現(xiàn)

38、象，大、時，為使兩者壽命相近并防止咬合現(xiàn)象，大、小齒輪宜選不同的材料，且兩者硬度要求也應(yīng)有所差異，通小齒輪宜選不同的材料，且兩者硬度要求也應(yīng)有所差異，通常小齒輪應(yīng)選相好的材料、硬度要求較高一些。常小齒輪應(yīng)選相好的材料、硬度要求較高一些。 *1.1.機(jī)床齒輪機(jī)床齒輪 運(yùn)行平穩(wěn)無強(qiáng)烈沖擊、載荷不大、轉(zhuǎn)速中等，對運(yùn)行平穩(wěn)無強(qiáng)烈沖擊、載荷不大、轉(zhuǎn)速中等，對表面耐磨性和心部韌性要求不太高。大多采用表面耐磨性和心部韌性要求不太高。大多采用碳鋼碳鋼(40(40、4545鋼鋼) )制造，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行表面淬火低溫回火，其制造，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行表面淬火低溫回火，其齒面硬度可達(dá)齒面硬度可達(dá)50H

39、RC50HRC，齒心硬度為，齒心硬度為220220250HBS250HBS，可滿足，可滿足性能要求；對部分性能要求較高的齒輪，也可選用性能要求；對部分性能要求較高的齒輪，也可選用中碳合金鋼中碳合金鋼(40Cr(40Cr、40MnB40MnB、40MnVB40MnVB等等) )制造，其齒面硬度可提高到制造，其齒面硬度可提高到58HRC58HRC左右、心部強(qiáng)韌性也有所改善；極少數(shù)高速、高精度左右、心部強(qiáng)韌性也有所改善；極少數(shù)高速、高精度、重載齒輪，還可選用、重載齒輪，還可選用中碳氮化鋼中碳氮化鋼( (如如35CrMo35CrMo、38CrMoAlA38CrMoAlA等等) )進(jìn)行表面滲氮處理制造。

40、進(jìn)行表面滲氮處理制造。機(jī)床齒輪的簡明加工工藝路線：機(jī)床齒輪的簡明加工工藝路線：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 工表面淬火低溫回火表面淬火低溫回火精磨精磨正火正火可使鍛造組織均勻化、便于切削加工、可作為表面淬火可使鍛造組織均勻化、便于切削加工、可作為表面淬火前的預(yù)備組織、并保證齒心的強(qiáng)韌性。前的預(yù)備組織、并保證齒心的強(qiáng)韌性。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，改善齒心的強(qiáng)可使齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能，改善齒心的強(qiáng)韌性進(jìn)而使齒輪能承受較大的彎曲載荷和沖擊載荷。韌性進(jìn)而使齒輪能承受較大的彎曲載荷和沖擊載荷。表面淬火表面淬火

41、可提高齒輪表面的硬度，耐磨性和疲勞性能?？商岣啐X輪表面的硬度，耐磨性和疲勞性能。低溫回火低溫回火的作用主要是消除淬火應(yīng)力。的作用主要是消除淬火應(yīng)力。 2.2.汽車、拖拉機(jī)齒輪汽車、拖拉機(jī)齒輪 工作條件惡劣，特別是主傳動系統(tǒng)中工作條件惡劣，特別是主傳動系統(tǒng)中的齒輪；受力較大，易過載，變速時受到頻繁的強(qiáng)烈沖擊的齒輪；受力較大，易過載，變速時受到頻繁的強(qiáng)烈沖擊；對材料的耐磨性、疲勞性能、心部強(qiáng)韌性的要求高，采；對材料的耐磨性、疲勞性能、心部強(qiáng)韌性的要求高，采用用中碳鋼表面淬火中碳鋼表面淬火已已難難滿足使用的需要；通常選用滿足使用的需要；通常選用合金滲合金滲碳鋼碳鋼(20Cr(20Cr、20MnVB2

42、0MnVB、20CrMnTi20CrMnTi、20CrMnMo)20CrMnMo)制造，制造，經(jīng)經(jīng)滲碳淬火低溫回火滲碳淬火低溫回火處理后，齒面硬度可達(dá)處理后，齒面硬度可達(dá)585862HRC62HRC，心部硬度，心部硬度303045HRC45HRC。對飛機(jī)、坦克等特別重要齒輪，。對飛機(jī)、坦克等特別重要齒輪，則可采用高淬透性滲碳鋼（如則可采用高淬透性滲碳鋼（如18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA）來制造。）來制造。 采用采用20CrMnTi20CrMnTi制造汽車齒輪，簡明工藝路線為：制造汽車齒輪，簡明工藝路線為： 下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火低溫回火淬火低溫回火噴丸噴

43、丸磨削加工磨削加工 滲碳淬火處理可使齒面具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞性能滲碳淬火處理可使齒面具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞性能，而心部保持良好的強(qiáng)韌性；噴丸作為進(jìn)一步強(qiáng)化手段，可使，而心部保持良好的強(qiáng)韌性；噴丸作為進(jìn)一步強(qiáng)化手段，可使齒面硬度提高齒面硬度提高1 13HRC3HRC，增加表層殘余壓應(yīng)力，進(jìn)而提高疲，增加表層殘余壓應(yīng)力，進(jìn)而提高疲勞極限。勞極限。 1 1工作條件工作條件交變彎曲載荷，扭轉(zhuǎn)載荷或拉交變彎曲載荷，扭轉(zhuǎn)載荷或拉- -壓載荷；相對壓載荷；相對運(yùn)動表面運(yùn)動表面( (如軸頸、花鍵部位如軸頸、花鍵部位) )發(fā)生摩擦；因機(jī)器開發(fā)生摩擦；因機(jī)器開- -停、過載停、過載等，承受一定的

44、沖擊載荷；等，承受一定的沖擊載荷；2 2主要失效主要失效疲勞斷裂疲勞斷裂為多數(shù)、沖擊過載斷裂為少數(shù)；為多數(shù)、沖擊過載斷裂為少數(shù)；磨磨損損 相對運(yùn)動表面過度磨損；相對運(yùn)動表面過度磨損；過量變形過量變形 極少數(shù)情況下會發(fā)極少數(shù)情況下會發(fā)生因強(qiáng)度不足的過量塑性變形失效和剛度不足的過量彈性變形生因強(qiáng)度不足的過量塑性變形失效和剛度不足的過量彈性變形失效。失效。3 3性能要求性能要求高的疲勞極限；綜合力學(xué)性能好；局部承高的疲勞極限；綜合力學(xué)性能好；局部承受摩擦部分應(yīng)具有較高的硬度和耐磨性。受摩擦部分應(yīng)具有較高的硬度和耐磨性。 1 1鍛鋼鍛鋼 優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)中碳或中碳合金調(diào)質(zhì)鋼中碳或中碳合金調(diào)質(zhì)鋼是軸類材料的主體

45、：是軸類材料的主體：3535、4040、4545、50(4550(45鋼最常見鋼最常見) )等碳鋼具有較高的綜合力學(xué)性等碳鋼具有較高的綜合力學(xué)性能且價格低廉，故應(yīng)用廣泛；對受力不大或不重要的軸，為進(jìn)能且價格低廉，故應(yīng)用廣泛；對受力不大或不重要的軸，為進(jìn)一步降低成本，也可采用一步降低成本，也可采用Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275等普通碳鋼制等普通碳鋼制造；對受力較大、尺寸較大、形狀復(fù)雜的重要軸，可選用綜合造；對受力較大、尺寸較大、形狀復(fù)雜的重要軸，可選用綜合力學(xué)性能更好的合金調(diào)質(zhì)鋼來制造，如力學(xué)性能更好的合金調(diào)質(zhì)鋼來制造，如40Cr40Cr、40MnVB40MnVB等，等，對

46、其中精度要求極高的軸要采用專用氮化鋼（如對其中精度要求極高的軸要采用專用氮化鋼（如38CrMoAlA38CrMoAlA）制造。）制造。 中碳鋼軸的熱處理特點中碳鋼軸的熱處理特點是：正火或調(diào)質(zhì)保證軸的綜合力學(xué)是：正火或調(diào)質(zhì)保證軸的綜合力學(xué)性能性能( (強(qiáng)韌性強(qiáng)韌性) )，然后對易磨損的相對運(yùn)動部位進(jìn)行表面強(qiáng)化處，然后對易磨損的相對運(yùn)動部位進(jìn)行表面強(qiáng)化處理理( (表面淬火、滲氮或表面滾壓、形變強(qiáng)化等表面淬火、滲氮或表面滾壓、形變強(qiáng)化等) )。 少數(shù)情況下還可選用低碳鋼或高碳鋼來制造軸類零件。如少數(shù)情況下還可選用低碳鋼或高碳鋼來制造軸類零件。如當(dāng)軸受到強(qiáng)烈當(dāng)軸受到強(qiáng)烈沖擊載荷沖擊載荷作用時，宜用作用

47、時，宜用低碳鋼低碳鋼（如（如20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi）滲碳滲碳制造；而當(dāng)軸所受制造；而當(dāng)軸所受沖擊作用較小沖擊作用較小而相對運(yùn)動而相對運(yùn)動部位要求部位要求更高的耐磨性更高的耐磨性時，則宜用時，則宜用高碳鋼高碳鋼制造（如制造（如GCr15GCr15、9Mn2V9Mn2V等）。等）。 2 2鑄鋼鑄鋼 形狀復(fù)雜、尺寸較大的軸，可采用鑄鋼來制造，形狀復(fù)雜、尺寸較大的軸，可采用鑄鋼來制造，如如ZG230-450ZG230-450。鑄鋼軸比鍛鋼軸的綜合力學(xué)性能。鑄鋼軸比鍛鋼軸的綜合力學(xué)性能( (主要是韌主要是韌性性) )要低。要低。 3 3鑄鐵鑄鐵 由于大多數(shù)軸很少以沖擊過載而斷

48、裂的形式失效由于大多數(shù)軸很少以沖擊過載而斷裂的形式失效，故近幾十年來愈來愈多地采用球墨鑄鐵，故近幾十年來愈來愈多地采用球墨鑄鐵( (如如QT700-2)QT700-2)和高和高強(qiáng)度灰鑄鐵強(qiáng)度灰鑄鐵(HT350(HT350、KTZ55006KTZ55006等等) )來代替鋼作為軸來代替鋼作為軸( (尤其尤其是曲軸是曲軸) )的材料。鑄鐵軸的剛度和耐磨性不低，且具有缺口敏的材料。鑄鐵軸的剛度和耐磨性不低，且具有缺口敏感性低、減振減摩、切削加工性好且生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，選感性低、減振減摩、切削加工性好且生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，選材時值得重視。材時值得重視。機(jī)床主軸：機(jī)床主軸： 機(jī)床主軸承受彎機(jī)床主軸承受彎-

49、 -扭復(fù)合交變載荷、扭復(fù)合交變載荷、轉(zhuǎn)速中等轉(zhuǎn)速中等并承受并承受一定一定的沖擊載荷的沖擊載荷，一般選用，一般選用4545鋼或鋼或40Cr40Cr鋼制造鋼制造(40Cr(40Cr用于載荷較用于載荷較大、尺寸較大的軸大、尺寸較大的軸) )；對于承受；對于承受重載重載、要求高精度、高尺寸穩(wěn)、要求高精度、高尺寸穩(wěn)定性及高耐磨性的主軸定性及高耐磨性的主軸( (如如鏜床主軸鏜床主軸) )，則須用，則須用38CrMoAlA38CrMoAlA鋼鋼經(jīng)滲氮處理制造。經(jīng)滲氮處理制造。 4545鋼鋼( (或或40Cr40Cr鋼鋼) )機(jī)床主軸的簡明加工路線為：機(jī)床主軸的簡明加工路線為： 下 料下 料 鍛 造鍛 造 正

50、 火正 火 粗 加 工粗 加 工 調(diào) 質(zhì)調(diào) 質(zhì) 半 精 加 工半 精 加 工表面淬火低溫回火表面淬火低溫回火精磨精磨成品成品實例實例 C620 C620 車床主軸，綜合機(jī)械性能一般；大端軸頸等車床主軸，綜合機(jī)械性能一般；大端軸頸等部位耐磨性高。部位耐磨性高。 性能指標(biāo)性能指標(biāo) 硬度硬度220220250HB250HB，軸頸軸頸52HRC 52HRC 。選材選材 45 45鋼，整體硬度鋼，整體硬度220220250HB250HB，軸頸表面淬火硬度軸頸表面淬火硬度5257HRC5257HRC。熱處理工藝熱處理工藝 840 840水淬水淬 + 600 + 600回火回火( (水或油冷）水或油冷）+

51、+ 軸頸高頻淬火軸頸高頻淬火 + 200 + 200回火回火最終組織最終組織 心部：回火心部：回火S S軸頸表面：回火軸頸表面：回火M M 工藝路線工藝路線 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表面淬火低溫回火低溫回火磨削磨削內(nèi)燃機(jī)曲軸選材內(nèi)燃機(jī)曲軸選材 1. 1. 曲軸的工作條件、性能要求、材料曲軸的工作條件、性能要求、材料 （1 1）工作條件工作條件 曲軸受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等曲軸受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力，還可造成曲軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲振動，產(chǎn)生附加應(yīng)交變應(yīng)力，還可造成曲軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲振動，產(chǎn)生附加應(yīng)力；應(yīng)力分布不均勻；曲軸頸與軸承有滑動摩擦。力；應(yīng)

52、力分布不均勻；曲軸頸與軸承有滑動摩擦。（2 2）性能要求性能要求 曲軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)曲軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損。因此材料要有高強(qiáng)度、一定的沖擊韌性、足夠彎重磨損。因此材料要有高強(qiáng)度、一定的沖擊韌性、足夠彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面有高硬度和耐磨性。曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面有高硬度和耐磨性。（3 3）曲軸材料曲軸材料 鍛鋼曲軸鍛鋼曲軸：優(yōu)質(zhì)：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼中碳鋼和中碳合金鋼，如，如3535、4040、4545、35Mn235Mn2、40Cr, 35CrMo40Cr, 35CrMo鋼等；鋼等； 鑄造曲軸鑄造曲軸：鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵

53、及合金鑄鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵鐵等等, , 如如ZG25ZG25、QT600-3QT600-3、QT700-2 QT700-2 、KTZ450-5KTZ450-5、KTZ500-4KTZ500-4等。等。2. 175A2. 175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸選材型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸選材（1 1）性能要求）性能要求 農(nóng)用柴油機(jī)曲軸功率和承受載荷不大；但滑農(nóng)用柴油機(jī)曲軸功率和承受載荷不大；但滑動軸承中工作軸頸部要有較高硬度及耐磨。要求動軸承中工作軸頸部要有較高硬度及耐磨。要求 b b750 750 MPa, MPa, 整體硬度整體硬度240 HBS240 HBS260 HBS, 260 HBS

54、, 軸頸表面硬度軸頸表面硬度625 625 HV, 2%, HV, 2%, a ak k150 kJ/m150 kJ/m2 2。 175A型柴油機(jī)曲軸簡圖型柴油機(jī)曲軸簡圖（2 2）曲軸材料）曲軸材料 QT700-2QT700-2（3 3）工藝路線）工藝路線 鑄造高溫正火高溫回火切削加工軸頸鑄造高溫正火高溫回火切削加工軸頸氣體滲氮。氣體滲氮。汽車發(fā)動機(jī)曲軸也可用汽車發(fā)動機(jī)曲軸也可用4545、40Cr40Cr鋼制造，經(jīng)過模鍛、調(diào)鋼制造，經(jīng)過模鍛、調(diào)質(zhì)、切削加工后質(zhì)、切削加工后, , 在軸頸部位進(jìn)行表面淬火。在軸頸部位進(jìn)行表面淬火。 1 1車刀車刀 車刀是最常用的切削刀具，目前用于制造刀具的主車刀是

55、最常用的切削刀具，目前用于制造刀具的主要材料是要材料是高速鋼高速鋼和和硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金兩大類，其中高速鋼應(yīng)用最多、最兩大類，其中高速鋼應(yīng)用最多、最廣。廣。 2 2絲錐與板牙絲錐與板牙 絲錐和板牙均需要高的硬度絲錐和板牙均需要高的硬度(59(5964HRC)64HRC)和耐磨性，還須足夠的強(qiáng)度和韌性。絲錐和板牙分手用和機(jī)和耐磨性，還須足夠的強(qiáng)度和韌性。絲錐和板牙分手用和機(jī)用兩種，對手用者，因切削速度較低，故熱硬性要求不高，用兩種，對手用者，因切削速度較低，故熱硬性要求不高，一般可用高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼一般可用高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T10AT10A、T12AT12A制造制造( (硬度硬度595962HR

56、C)62HRC)，對尺寸稍大、切削速度稍高的較重要絲錐，對尺寸稍大、切削速度稍高的較重要絲錐( (板牙板牙) )，則宜用低合金工具鋼，則宜用低合金工具鋼9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn制造制造( (硬度硬度606063HRC)63HRC)。對機(jī)用者，因切削速度較高。對機(jī)用者，因切削速度較高(25(2555m/min)55m/min)，有熱硬性要求，故應(yīng)選用高速鋼有熱硬性要求，故應(yīng)選用高速鋼( (如如W6Mo5Cr4V2)W6Mo5Cr4V2)制造。制造。 一般對一般對重載重載模具，應(yīng)選用高強(qiáng)度材料，如模具，應(yīng)選用高強(qiáng)度材料，如高鉻或中鉻鋼、高高鉻或中鉻鋼、高速鋼、基體鋼速鋼、基體鋼；

57、對承受；對承受強(qiáng)烈摩擦與磨損強(qiáng)烈摩擦與磨損的模具，應(yīng)選高硬度、高的模具，應(yīng)選高硬度、高耐磨性材料，如耐磨性材料，如高碳鋼、高鉻鋼、高速鋼乃至硬質(zhì)合金高碳鋼、高鉻鋼、高速鋼乃至硬質(zhì)合金；對承受；對承受較大沖擊較大沖擊的模具，應(yīng)選用高韌性材料，如選用的模具，應(yīng)選用高韌性材料，如選用中碳合金鋼中碳合金鋼（5CrW2Si5CrW2Si）、基體鋼等；對）、基體鋼等；對形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的模具的模具，宜用低，宜用低( (微微) )變形材料，如微變形鋼變形材料，如微變形鋼CrWMnCrWMn、高碳高鉻鋼、高碳高鉻鋼Cr12MoVCr12MoV、高碳中鉻鋼、高碳中鉻鋼Cr4W2M

58、oVCr4W2MoV等。等。 強(qiáng)度強(qiáng)度剛度剛度減震減震易于成形易于成形易于加工易于加工灰鑄鐵灰鑄鐵液態(tài)成形液態(tài)成形汽車用材汽車用材 汽車用材以汽車用材以金屬材料金屬材料為主，為主，塑料、橡膠、陶瓷塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材等非金屬材料也占有一定比例。料也占有一定比例。 1 1 汽車用金屬材料汽車用金屬材料汽車汽車主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)可分為四部分：可分為四部分：(1) (1) 發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī) 提供動力，由缸體、缸蓋、活塞、連桿、曲軸提供動力，由缸體、缸蓋、活塞、連桿、曲軸及配氣、燃料供給、潤滑、冷卻等系統(tǒng)組成。及配氣、燃料供給、潤滑、冷卻等系統(tǒng)組成。(2) (2) 底盤底盤 包括傳動系包括傳動系( (

59、離合器、變速箱、后橋等離合器、變速箱、后橋等) )、行駛系、行駛系( (車架、車輪等車架、車輪等) )、轉(zhuǎn)向系、轉(zhuǎn)向系( (方向盤、轉(zhuǎn)向蝸桿等方向盤、轉(zhuǎn)向蝸桿等) )和制動系和制動系( (油泵或油泵或氣泵、剎車片等氣泵、剎車片等) )。(3) (3) 車身車身 駕駛室、貨箱等。駕駛室、貨箱等。(4) (4) 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 電源、起動、點火、照明、信號、控制等。電源、起動、點火、照明、信號、控制等。汽車發(fā)動機(jī)和傳動系示意圖汽車發(fā)動機(jī)和傳動系示意圖一、缸體和缸蓋一、缸體和缸蓋缸體缸體材料應(yīng)滿足下列要求：有足夠的材料應(yīng)滿足下列要求：有足夠的強(qiáng)度和剛度強(qiáng)度和剛度；良好；良好的的鑄造性和切削性鑄造性

60、和切削性；價格低廉。缸體常用的材料有；價格低廉。缸體常用的材料有灰口鑄鐵灰口鑄鐵和和鋁合金鋁合金兩種。兩種。 缸蓋缸蓋應(yīng)選用應(yīng)選用導(dǎo)熱性好、高溫機(jī)械強(qiáng)度高、能承受反復(fù)熱應(yīng)導(dǎo)熱性好、高溫機(jī)械強(qiáng)度高、能承受反復(fù)熱應(yīng)力、鑄造性能良好力、鑄造性能良好的材料來制造。目前使用的缸蓋材料有兩的材料來制造。目前使用的缸蓋材料有兩種：一是種：一是灰鑄鐵或合金鑄鐵灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是；另一種是鋁合金鋁合金。二、缸套二、缸套 氣缸工作面用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)霘飧?。常用缸套材氣缸工作面用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)霘飧?。常用缸套材料為料為耐磨合金鑄鐵耐磨合金鑄鐵，主要有，主要有高磷鑄鐵、硼鑄鐵、合金鑄鐵高磷鑄鐵、硼