工程材料的選用

第11章工程材料的選用11.1機(jī)械零件的失效分析完全不能工作雖仍能工作，但已不能完成指定的功能或工作低效；有嚴(yán)重?fù)p傷，不能確保安全工作1.什么是失效：失去設(shè)計(jì)要求的功能失效形式過量變形失效過量彈性變形過量塑性變形斷裂失效韌性斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂蠕變斷裂疲勞斷裂低應(yīng)力斷裂脆性斷裂表面損傷失效磨損接觸疲勞腐蝕2.失效的基本形式3.零件失效的原因設(shè)計(jì)缺陷選材不當(dāng)或材質(zhì)存在缺陷制造工藝問題裝配調(diào)試因素運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素4.失效分析的一般程序⑴現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：收集失效零部件的殘骸，調(diào)查零部件的服役條件和失效過程；⑵整理資料及進(jìn)行初步檢驗(yàn)：對(duì)所收集信息、資料進(jìn)行整理；進(jìn)行宏觀外形與尺寸的觀察和測(cè)量，拍照留據(jù)，確定重點(diǎn)分析的部位。⑶對(duì)所選樣品進(jìn)行檢測(cè)及分析⑷試驗(yàn)研究⑸綜合分析韌性斷口脆性斷口螺栓的斷裂韌性扭轉(zhuǎn)過載斷口疲勞斷口（a）二次樹枝狀裂紋（b）晶間開裂應(yīng)力腐蝕斷口軸類零件的失效方式常見的滾動(dòng)軸承失效形式接觸疲勞失效磨損失效腐蝕失效斷裂失效輪齒折斷齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面塑性變形齒輪的失效齒面磨損11.2選材的基本原則與方法1.選材的基本過程2.選材的原則使用性能原則根據(jù)零件的工作條件、失效形式，確定零件的使用性能要求工藝性能原則材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝（鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處理）的要求經(jīng)濟(jì)性原則

應(yīng)考慮材料的價(jià)格、零件的總成本

、國(guó)家的資源等因素

機(jī)床齒輪工作條件:轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)，無強(qiáng)烈沖擊性能指標(biāo):心部HBS220~250，齒面硬度≥HRC52選材:

45、40Cr工藝路線:鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→輪齒高頻淬火及低溫回火→精磨最終組織:心部：回火S齒面：回火M

說明：沖擊小的低速齒輪可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等3.典型工件的選材及應(yīng)用實(shí)例1）齒輪類零件載重汽車變速箱齒輪工作條件:受力較大，受沖擊頻繁性能指標(biāo):耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度、沖擊韌性等均要求比機(jī)床齒輪高(σb>1000MPa，aK≥50J

，齒面硬度≥HRC55)選材:

20CrMnTi、20Cr

工藝路線:

鍛造→正火→機(jī)加工→滲C、淬火＋低溫回火→噴丸→磨削最終組織:心部：回火M+F

齒面：回火M+碳化物+A’

機(jī)床主軸工作條件與性能要求:

受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力，載荷和轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，一般綜合機(jī)械性能即可；大端軸頸、錐孔與卡盤、頂尖間有摩擦，要求硬度和耐磨性高。選材與工藝普通車床（輕載）主軸——45，調(diào)質(zhì)或正火+軸頸高頻表面淬火。鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→軸頸表面淬火＋低溫回火→磨削心部：回火S軸頸表面：回火M銑床（中載）主軸——40Cr，調(diào)質(zhì)+軸頸高頻表面淬火。組合機(jī)床（重載）主軸——20CrMnTi、20Cr，滲C+淬火+回火處理。精密鏜床（高精度）主軸——38CrMoAl，調(diào)質(zhì)+N化+時(shí)效。C620車床主軸2）軸類零件性能——高硬度、高耐磨性，紅硬性和強(qiáng)韌性要求不高選材——碳素工具鋼，T8、T10、T12等工藝——鍛造→球化退火→機(jī)加工→淬火—低溫回火最終組織——回火M+顆粒狀碳化物+A’

手工刃具（手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡(jiǎn)單、低速刃具）3）刃具性能——高硬度、高耐磨性，一定的熱硬性和韌性選材——9SiCr、CrWMn工藝——鍛造→球化退火→機(jī)加工→淬火—低溫回火最終組織——回火M+顆粒狀碳化物+A’板牙絲錐低速切削、形狀較復(fù)雜的刃具（絲錐、板牙、拉刀等T工作<300oC）性能——高硬度、高耐磨性，高熱硬性、高精度；較高的強(qiáng)度、韌性選材——高速鋼(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)

、硬質(zhì)合金、陶瓷工藝——鍛造→球化退火→粗加工→淬火+回火→精加工→表面處理

高速切削用的刃具(高速車刀、鉆頭、銑刀等T工作<600oC)

性能——受力不大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜選材——鑄鐵、鑄鋼工藝——鑄造成型4）箱體類

性能——承受多種力的作用，要求綜合性能好選材——45、40Cr、球墨鑄鐵工藝——鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工最終組織

——回火索氏體5）連桿V型發(fā)動(dòng)機(jī)連桿柴油機(jī)連桿性能——用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷需要高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度選材——輕型汽車65Mn、60Si2Mn

中型或重型汽車50CrMn,55SiMnVB

重型載重汽車55SiMnMoV,55SiMnMoVNb工藝

——下料→壓力成型→淬火+中溫回火→噴丸強(qiáng)化最終組織

——