第十一章工程材料的選用

1、第十一章第十一章 工程材料的選用工程材料的選用第一節(jié)第一節(jié) 零件的失效分析零件的失效分析失效失效：零件由于某種原因喪失預(yù)定功能的現(xiàn)象。：零件由于某種原因喪失預(yù)定功能的現(xiàn)象。失效分析的目的就是找出零件損傷的原因，并提失效分析的目的就是找出零件損傷的原因，并提出相應(yīng)的改進措施。出相應(yīng)的改進措施。包括：包括： 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 嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作很不安全嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作很不安全 雖能安全工作，但已不能滿意地起到預(yù)定的作用雖能安全工作，但已不能滿意地起到預(yù)定的作用第一節(jié)第一節(jié) 零件的失效分析零件的失效分析一、失效的形式一、失效的形式第一節(jié)第一節(jié) 零件的失效分析零件

2、的失效分析二、零件失效的原二、零件失效的原因因第一節(jié)第一節(jié) 零件的失效分析零件的失效分析三、失效分析的一般方法：三、失效分析的一般方法：收集失效零件的殘體，觀測并記錄損壞的部位收集失效零件的殘體，觀測并記錄損壞的部位、尺寸變化和斷口宏觀特征；收集表面剝落物、尺寸變化和斷口宏觀特征；收集表面剝落物和腐蝕產(chǎn)物，必要時照相留據(jù)；和腐蝕產(chǎn)物，必要時照相留據(jù)；了解零件的工作環(huán)境和失效經(jīng)過，觀察相鄰零了解零件的工作環(huán)境和失效經(jīng)過，觀察相鄰零件的損壞情況，判斷損壞的順序；件的損壞情況，判斷損壞的順序；審查有關(guān)零件的設(shè)計、材料、加工、安裝、使審查有關(guān)零件的設(shè)計、材料、加工、安裝、使用、維護等方面的資料；用、維

3、護等方面的資料；試驗研究，取得數(shù)據(jù)，判斷失效的原因，提出試驗研究，取得數(shù)據(jù)，判斷失效的原因，提出改進措施，寫出分析報告。改進措施，寫出分析報告。第一節(jié)第一節(jié) 零件的失效分析零件的失效分析失效分析所需測試的項目：失效分析所需測試的項目：化學(xué)分析：檢驗材料成分與設(shè)計要求是否相符?；瘜W(xué)分析：檢驗材料成分與設(shè)計要求是否相符。斷口分析：顯微鏡觀察斷口分析：顯微鏡觀察裂紋的發(fā)源地、擴展區(qū)裂紋的發(fā)源地、擴展區(qū)和最終裂紋區(qū)的斷裂性質(zhì)。和最終裂紋區(qū)的斷裂性質(zhì)。宏觀健全性檢查：缺陷（縮孔、縮松、氣泡、白宏觀健全性檢查：缺陷（縮孔、縮松、氣泡、白點、夾雜物；流線分布、鍛造裂紋；氧化、脫碳點、夾雜物；流線分布、鍛造裂

4、紋；氧化、脫碳、淬火裂紋等）。、淬火裂紋等）。顯微分析：鑒別各種組織缺陷，判斷是否正常。顯微分析：鑒別各種組織缺陷，判斷是否正常。應(yīng)力分析：檢查失效零件的應(yīng)力分布。應(yīng)力分析：檢查失效零件的應(yīng)力分布。力學(xué)性能測試：測定力學(xué)性能指標(biāo)。力學(xué)性能測試：測定力學(xué)性能指標(biāo)。斷裂力學(xué)分析：斷裂韌度的測定斷裂力學(xué)分析：斷裂韌度的測定 第二節(jié)第二節(jié) 選材的一般原則和步驟選材的一般原則和步驟能否滿足必需的使用性能；能否滿足必需的使用性能；能否具有良好的工藝性能；能否具有良好的工藝性能；能否實現(xiàn)最低成本。能否實現(xiàn)最低成本。一、選材的一般原則一、選材的一般原則1、使用性能、使用性能 主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具

5、有的機械主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的機械性能、物理性能和化學(xué)性能。是選材的主要因素。性能、物理性能和化學(xué)性能。是選材的主要因素。 使用性能的要求，是在分析零件工作條件和失效形使用性能的要求，是在分析零件工作條件和失效形式的基礎(chǔ)上提出來的。式的基礎(chǔ)上提出來的。第二節(jié)第二節(jié) 選材的一般原則和步驟選材的一般原則和步驟第二節(jié)第二節(jié) 選材的一般原則和步驟選材的一般原則和步驟2、工藝性能、工藝性能 表示材料加工的難易程度。在選材中，同使用性表示材料加工的難易程度。在選材中，同使用性能比較，工藝性能常處于次要地位。能比較，工藝性能常處于次要地位。 金屬材料：鑄造、壓力加工、焊接、機械加工、金屬材料

6、：鑄造、壓力加工、焊接、機械加工、熱處理等加工方式熱處理等加工方式 陶瓷材料：粉末壓制燒結(jié)成型、磨削加工、熱陶瓷材料：粉末壓制燒結(jié)成型、磨削加工、熱處理處理 高分子材料：熱壓、注塑、熱擠等方法成型，高分子材料：熱壓、注塑、熱擠等方法成型，有的再進行切削加工、焊接等加工過程有的再進行切削加工、焊接等加工過程第二節(jié)第二節(jié) 選材的一般原則和步驟選材的一般原則和步驟3、經(jīng)濟性、經(jīng)濟性 材料的價格：零件材料的價格無疑應(yīng)該盡量低。材料的價格：零件材料的價格無疑應(yīng)該盡量低。 零件的總成本：與其使用壽命、重量、加工費用零件的總成本：與其使用壽命、重量、加工費用、研究費用、維修費用和材料價格有關(guān)。、研究費用、維

7、修費用和材料價格有關(guān)。 國家的資源：材料來源豐富并顧及我國資源情況國家的資源：材料來源豐富并顧及我國資源情況，盡量選用耗能低的材料，盡量選用耗能低的材料二、選材的一般方法二、選材的一般方法第三節(jié)第三節(jié) 典型零件選材及工藝分析典型零件選材及工藝分析1機床主軸機床主軸 C620車床主軸及熱處理技術(shù)條件車床主軸及熱處理技術(shù)條件 第三節(jié)第三節(jié) 典型零件選材及工藝分析典型零件選材及工藝分析分析：機床主軸是典型的受扭轉(zhuǎn)分析：機床主軸是典型的受扭轉(zhuǎn)-彎曲復(fù)合作用的彎曲復(fù)合作用的軸件，它受的應(yīng)力不大軸件，它受的應(yīng)力不大(中等載荷中等載荷)，承受的沖擊載，承受的沖擊載荷也不大，如果使用滑動軸承，軸頸處要求耐磨。

8、荷也不大，如果使用滑動軸承，軸頸處要求耐磨。因此大多采用因此大多采用45鋼鋼制造，并進行制造，并進行調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)處理，軸頸處由處理，軸頸處由表表面淬火面淬火來強化。載來強化。載荷較大時則用荷較大時則用40Cr等低合金結(jié)構(gòu)鋼來等低合金結(jié)構(gòu)鋼來制造。制造。C620機床機床第三節(jié)第三節(jié) 典型零件選材及工藝分析典型零件選材及工藝分析對對C620車床主軸的選材結(jié)果如下：車床主軸的選材結(jié)果如下： 材料：材料：45鋼。鋼。 熱處理：整體調(diào)質(zhì)，軸頸及錐孔表面淬火。熱處理：整體調(diào)質(zhì)，軸頸及錐孔表面淬火。 性能要求：整體硬度性能要求：整體硬度220240 HBS；軸頸及錐；軸頸及錐孔處硬度孔處硬度52HRC。 工藝路

9、線：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表面淬火+低溫回火低溫回火磨削磨削第三節(jié)第三節(jié) 典型零件選材及工藝分析典型零件選材及工藝分析130載重車半軸簡圖載重車半軸簡圖 2、汽車半軸、汽車半軸第三節(jié)第三節(jié) 典型零件選材及工藝分析典型零件選材及工藝分析分析：汽車半軸是典型的受扭矩的軸件，但工作分析：汽車半軸是典型的受扭矩的軸件，但工作應(yīng)力較大，且受相當(dāng)大的沖擊載荷。最大直徑達(dá)應(yīng)力較大，且受相當(dāng)大的沖擊載荷。最大直徑達(dá)50mm左右，用左右，用45鋼制造時，即使水淬也只能使表鋼制造時，即使水淬也只能使表面淬透深度為面淬透深度為10%半徑。半徑。為了提高淬透性，并為了提高淬透性，并在油中淬火防止變形在油中淬火防止變形和開裂，中、小型汽和開裂，中、小型汽車的半軸一般用車的半軸一般用40Cr制造，重型車用制造，重型車用40CrMnMo等淬透性等淬透性很高的鋼制造。很高的鋼制造。 汽車