機(jī)電工程學(xué)院

第十一章金屬零件的選材及工藝分析

§1機(jī)械零件的失效分析

§2選用材料的一般原則

§3典型零件的選材與工藝本章在前面各章已介紹過的內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過闡述選材的一般原則和方法、選材時(shí)應(yīng)注意的問題以及與選材密切相關(guān)的零件失效分析等內(nèi)容，為選材能力的培養(yǎng)提供必要的基本知識(shí)。01:45:0301:45:0301:45:0301:45:0301:45:03概述材料的選擇與應(yīng)用是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工作中重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，自始至終地影響整個(gè)設(shè)計(jì)過程。選材的核心問題是在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的前提下，保證材料的使用性能與零件（產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)功能相適應(yīng)。掌握各類工程材料的特性、正確選用材料及相宜的加工方法（路線）是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程人員（廣義地應(yīng)是對(duì)所有的從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)人員）的基本要求。

01:45:03一、基本概念§1機(jī)械零件的失效分析在使用過程中，因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計(jì)功能，使其低效工作或無法工作或提前退役的現(xiàn)象即稱為失效。

失效分析的目的就是要分析零件的失效原因并提出相應(yīng)的防止和改進(jìn)措施，其結(jié)論對(duì)零件的設(shè)計(jì)、選材、加工與使用都有重大的指導(dǎo)意義。01:45:03二、失效形式四類：過量變形、斷裂、表面損傷和物理性能降級(jí)。

對(duì)結(jié)構(gòu)材料的失效而言，前三種是最主要的；其中斷裂失效（尤其是脆性斷裂）因其危險(xiǎn)性而易受重視、且研究最多，疲勞斷裂最普遍，是斷裂失效的主要方式。對(duì)于功能材料，物理性能降級(jí)是其主要失效形式，但也存在斷裂與腐蝕、磨損等問題。01:45:03下列任何一種情況的發(fā)生，都可以認(rèn)為零件已經(jīng)失效：零件完全破壞，不能繼續(xù)工作零件嚴(yán)重?fù)p傷，不能保證工作安全零件雖能安全工作，但工作低效01:45:03（一）、零件失效的基本形式零件的失效形式比較復(fù)雜，根據(jù)零件破壞的特點(diǎn)、所受載荷的類型以及外在條件，零件的失效形式可歸納為變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類型。表面損傷失效斷裂失效變形失效應(yīng)力腐蝕斷裂失效蠕變斷裂失效疲勞斷裂失效低應(yīng)力脆斷失效塑性斷裂失效塑性變形失效彈性變形失效磨損失效表面疲勞失效腐蝕失效零件失效01:45:03（二））、失失效分分析的的主要要方法法失效分分析的的目的的是揭揭示零零件失失效的的根本本原因因，影影響失失效的的因素素很多多，要要利用用宏觀觀和微微觀的的研究究手段段進(jìn)行行系統(tǒng)統(tǒng)的分分析。。服役條件失效零件失效分析失效類型失效原因工業(yè)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)提高零件失效抗力加強(qiáng)管理改進(jìn)工藝提高主要抗力指標(biāo)改進(jìn)設(shè)計(jì)工藝使用材料設(shè)計(jì)03:21:10失效分析的的主要方法法1、無損檢檢測(cè)無損檢測(cè)是是針對(duì)材料料在冶金、、加工、使使用過程中中產(chǎn)生的缺缺陷和裂紋紋用無損探探傷法進(jìn)行行檢查，以以查清其狀狀態(tài)及分布布。2、斷口分分析斷口分析是對(duì)斷口進(jìn)進(jìn)行全面的的宏觀（肉肉眼、低倍倍顯微鏡））及微觀（（高倍顯微微鏡、電子子顯微鏡））觀察分析析，確定裂裂紋的發(fā)源源地、擴(kuò)展展區(qū)和最終終斷裂區(qū)，，判斷出斷斷裂的性質(zhì)質(zhì)和機(jī)理。。脆性斷口韌性斷口疲勞斷口03:21:113、金相相分析通過觀察察分析零零件（特特別是失失效源周周圍）顯顯微組織織構(gòu)成情情況，如如組織組組成物的的形態(tài)、、粗細(xì)、、數(shù)量、、分布及及其均勻勻性等，，辨析各各種組織織缺陷及及失效源源周圍組組織的變變化，對(duì)對(duì)組織是是否正常常作出判判斷。4、化學(xué)學(xué)分析檢驗(yàn)材料料整體或或局部區(qū)區(qū)域的成成分是否否符合設(shè)設(shè)計(jì)要求求。5、力學(xué)學(xué)分析檢查分析析失效零零件的的應(yīng)力分分布、承承載能力力以及脆脆斷傾向向等。03:21:11三、失效效原因四個(gè)主要要方面：：設(shè)計(jì)、材材料、加加工與使使用03:21:11材料選用用原則(一)使用性能原則——首要原則（二）工工藝性能能原則（三）經(jīng)經(jīng)濟(jì)性原原則———（四）環(huán)環(huán)境與資資源原則則根本原則則§2選選材的的一般原原則03:21:11一、使用用性能選選材原則則分析零件件的工作作條件，，確定其其使用性性能：①受力情況況：如載荷性性質(zhì)（靜靜載、動(dòng)動(dòng)載、交交變載荷荷）、形形式（拉拉壓、彎彎曲、扭扭轉(zhuǎn)、剪剪切）、、分布（（均勻分分布、集集中分布布）與大大小，應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)；②工作環(huán)境境：如溫度（（常溫、、高溫、、低溫或或變溫）），介質(zhì)質(zhì)（有無無腐蝕介介質(zhì)、潤潤滑劑））；③其它要求求：如導(dǎo)熱性性、密度度與磁性性等。在在全面分分析工作作條件的的基礎(chǔ)上上確定零零件的使使用性能能，如交交變載荷荷下要求求疲勞性性能、沖沖擊載荷荷下工作作要求韌韌性、酸酸堿等腐腐蝕介質(zhì)質(zhì)中工作作則要求求耐蝕性性等。03:21:1103:21:11二、工藝藝性能選選材原則則材料的工藝性能能可定義為為材料經(jīng)經(jīng)濟(jì)地適適應(yīng)各種種加工工工藝而獲獲得規(guī)定定的使用用性能和和外形的的能力，，因此工工藝性能能影響了了零件的的內(nèi)在性性能、外外部質(zhì)量量以及生生產(chǎn)成本本和生產(chǎn)產(chǎn)效率等等。材料選擇與工工藝方法法的確定應(yīng)應(yīng)同步進(jìn)進(jìn)行，工工藝性能能也是選選材時(shí)應(yīng)應(yīng)考慮的的因素。。理想情況況下，所所選材料料應(yīng)具有有良好的的工藝性性能，即即技術(shù)難難度小、、工藝簡簡單、能能量消耗耗低、材材料利用用率高，，保證甚甚至提高高產(chǎn)品的的質(zhì)量。。03:21:11二、工藝藝性能選選材原則則（金屬屬材料））1.鑄造性能能凡相圖上上液-固相線間間距越小小、越接接近共晶晶成分的的合金均均具有較較好的鑄鑄造性能能。因此此鑄鐵、、鑄造鋁鋁合金、、鑄造銅銅合金的的鑄造性性能優(yōu)良良；在應(yīng)應(yīng)用最廣廣泛的鋼鋼鐵材料料中，鑄鑄鐵的鑄鑄造性能能優(yōu)于鑄鑄鋼，在在鋼的范范圍，中中、低碳碳鋼的鑄鑄造性能能又優(yōu)于于高碳鋼鋼，故高高碳鋼較較少用做做鑄件。。03:21:112.壓力力加工性性能包括變形形抗力，，變形溫溫度范圍圍，產(chǎn)生生缺陷的的可能性性及加熱熱、冷卻卻要求等等。一般般來說，，鑄鐵不不可壓力力加工，，而鋼可可以壓力力加工但但工藝性性能有較較大差異異，隨著著鋼中碳碳及合金金元素的的含量增增高，其其壓力加加工性能能變差；；故高碳碳鋼或高高碳高合合金鋼一一般只進(jìn)進(jìn)行熱壓壓力加工工，且熱熱加工性性能也較較差，如如高鉻鋼鋼、高速速鋼等；；高溫合合金因合合金含量量更高，，故熱壓壓力加工工性能更更差。變變形鋁合合金和大大多數(shù)銅銅合金，，像低碳碳鋼一樣樣具有較較好的壓壓力加工工性能。。03:21:113.焊焊接接性性能能鋼鐵鐵材材料料的的焊焊接接性性隨隨其其碳碳和和合合金金元元素素含含量量的的提提高高而而變變差差，，因因此此鋼鋼比比鑄鑄鐵鐵易易于于焊焊接接，，且且低低碳碳鋼鋼焊焊接接性性能能最最好好、、中中碳碳鋼鋼次次之之，，高高碳碳鋼鋼最最差差。。鋁鋁合合金金、、銅銅合合金金的的焊焊接接性性能能一一般般不不好好，，應(yīng)應(yīng)采采用用一一些些高高級(jí)級(jí)的的焊焊接接方方法法（（如如氬氬弧弧焊焊））或或特特殊殊措措施施進(jìn)進(jìn)行行焊焊接接。。03:21:114.機(jī)機(jī)械加加工性性能主要指指切削削加工工性和和磨削削加工工性，，其中中切削削加工工性最最重要要。一一般來來說材材料的的硬度度越高高、加加工硬硬化能能力越越強(qiáng)、、切屑屑不易易斷排排、刀刀具越越易磨磨損，，其切切削加加工性性能就就越差差。在在鋼鐵鐵材料料中，，易切切削鋼鋼、灰灰鑄鐵鐵和硬硬度處處于180～230HBS范圍的鋼具具有較較好的的切削削加工工性能能；而而奧氏氏體不不銹鋼鋼、高高碳高高合金金鋼(高鉻鉻鋼、、高速速鋼、、高錳錳耐磨磨鋼)的切切削加加工性性能較較差。。鋁、、鎂合合金及及部分分銅合合金具具有優(yōu)優(yōu)良的的切削削加工工性能能。03:21:115.熱熱處理理工藝藝性能能必須首首先區(qū)區(qū)分是是否可可進(jìn)行行熱處處理強(qiáng)強(qiáng)化，，如純純鋁、、純銅銅、部部分銅銅合金金、單單相奧奧氏體體不銹銹鋼一一般不不可熱熱處理理強(qiáng)化化；對(duì)對(duì)可熱熱處理理強(qiáng)化化的材材料而而言，，熱處處理工工藝性性能相相當(dāng)?shù)牡闹匾?3:21:11三、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性能選選材原原則質(zhì)優(yōu)、、價(jià)廉廉、壽壽命高高，是是保證證產(chǎn)品品具有有競爭爭力的的重要要條件件；在在選擇擇材料料和制制定相相應(yīng)的的加工工工藝藝時(shí)，，應(yīng)考考慮選選材的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性原原則。。所謂經(jīng)濟(jì)性性選材材原則，，不僅僅是指指選擇擇價(jià)格格最便便宜的的材料料、或或是生生產(chǎn)成成本最最低的的產(chǎn)品品，而而是指指運(yùn)用用價(jià)值值分析析的方方法，，綜合合考慮慮材料料對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品的的功能能與成成本的的影響響，以以達(dá)到到最佳佳的技技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)效效益。。03:21:11經(jīng)濟(jì)性能選選材原則舉舉例價(jià)值工程原原理：價(jià)值值=功能/成本Q235A-不銹鋼F-不銹鋼價(jià)格/使用年限5000元/年40000元/10年15000元/6年年成本/材料損耗5000400025003000元/停產(chǎn)損失80004300300030000元/停產(chǎn)損失3500070007500？？？03:21:11四環(huán)境與資資源原則1.能源源和資源消消耗少世界能源儲(chǔ)儲(chǔ)藏量石油天然氣煤鈾可開采儲(chǔ)量9970億桶138萬億m31，039，272噸200萬噸可開采年限45.5年64年219年74年主要產(chǎn)地及儲(chǔ)量比例中東66.4%獨(dú)聯(lián)體、中東70%美、蘇、中、澳>70%重要金屬的的世界儲(chǔ)量量儲(chǔ)量（106t）可用年數(shù)再生率(%)Fe1×10610931.7Al11703516.9Cu3082440.9Zn1231821.2Mo5.436Ag0.21441.0Cr775112Ti1475103:21:112.環(huán)境境污染小材料礦物燃料能耗排碳量MJ/KgMJ/m3Kg/tKg/m3木材1.5~2.8750~139030~5615~28混凝土2.0480050120鋼材35266,0007005320一次鋁4351,100,000870022,000再生鋁1333,000一定性能水水平下的材材料能耗木材混凝土鋼塑料鋁、鎂及鈦合金Eρ/b24145100~500475-1002710-1029E──生產(chǎn)產(chǎn)每公斤材材料的能耗耗 ρ───材料密密度b──抗拉強(qiáng)強(qiáng)度生產(chǎn)各種材材料消耗的的能量及碳碳的排放量量03:21:11一、工程材材料的應(yīng)用用概況§3典典型零件選選材與工藝藝分析金屬材料、、高分子材材料、陶瓷

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1/10、鋁的1/20），密度低、彈性較好且減振、耐磨，故適合于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(dòng)齒輪、軸承、緊固件、密封件和輪胎等。

03:21:11陶瓷材料硬而脆、加加工性能差差，也不能能用作重要要的受力零零件；目前主要應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域是建筑陶瓷瓷和功能材材料。陶瓷材料具具有高熱硬硬性及化學(xué)學(xué)穩(wěn)定性，，可用作耐耐熱、耐磨磨、耐蝕的的零件，如如燃燒器噴噴嘴、刀具具與模具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21世紀(jì)是“第二個(gè)石器時(shí)代”。陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料，目前尚處開發(fā)應(yīng)用階段。03:21:11復(fù)合材料克服了高分分子材料和和陶瓷材料料的不足，，綜合了各各種不同材材料的優(yōu)良良性能，具有高高的比強(qiáng)度度、比剛度度、抗疲勞勞、減振、、耐磨性能能優(yōu)良等特特點(diǎn)。尤其其是金屬基基復(fù)合材料料，從力學(xué)學(xué)性能角03:21:11金屬材料,尤其是鋼鋼鐵材料，，與其它工工程材料相相比，在力力學(xué)性能、、工藝性能能和生產(chǎn)成成本這三者者之間保持持著最佳的的平衡，具具有最強(qiáng)的的競爭力，，故金屬材材料仍然是是機(jī)械工程程材料的主主力軍。從從這個(gè)意義義上來講，，人類仍然然生活在以以鋼鐵材料料為主的““鐵器時(shí)代代”。以載載重汽車用用材的重量量為例，鋼鋼占65％％、鑄鐵占占20％、、有色金屬屬占3％、、非金屬材材料約占12％。在在輕型汽車車和轎車中中，非金屬屬材料的用用量雖有所所增加，但但金屬材料料仍占主體體。03:21:11二、齒齒輪類類零件件選材材應(yīng)用極極廣的的重要要機(jī)械械零件件，其其主要要作用用有傳傳遞扭扭矩（（力或或能）），改改變運(yùn)運(yùn)動(dòng)速速度或或方向向。不同的的齒輪輪，其其工工作條條件、、失效效形形式和和性能能要求求各各有不不同。。03:21:11齒輪類類零件件的性性能要要求1．工作作條件件①傳遞扭扭矩，，齒根根部承承受較較大的的交變變彎曲曲應(yīng)力力；②齒面嚙嚙合并并發(fā)生生相對(duì)對(duì)滑動(dòng)動(dòng)與滾滾動(dòng)，，承受受較大大的交交變接接觸應(yīng)應(yīng)力及及強(qiáng)烈烈的摩摩擦；；③啟動(dòng)、、換檔檔或嚙嚙合不不良，，齒輪輪承受受一定定的沖沖擊力力；④有時(shí)有其其它特殊殊條件要要求，如如耐高、、低溫要要求，耐耐蝕要求求，抗磁磁性要求求等。03:21:112．主要失失效形式式①斷裂——包括交變彎彎曲應(yīng)力引引起的輪齒齒疲勞斷裂裂和沖擊過過載導(dǎo)致的的崩齒與開開裂；②齒面損損傷——包括交變接接觸應(yīng)力引引起的表面面接觸疲勞勞（麻點(diǎn)剝剝落）和強(qiáng)強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)導(dǎo)致的齒面面過度磨損損；③其它特殊失效，如腐蝕介介質(zhì)引起的的齒面腐蝕蝕現(xiàn)象。03:21:113．主要性性能要求①高的彎彎曲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度，防止止輪齒的疲疲勞斷裂。。②足夠高高的齒面接接觸疲勞極極限和高的的硬度、耐耐磨性，以以防齒面損損傷。③足夠的的齒心部強(qiáng)強(qiáng)韌性，以以防沖擊過過載斷裂。。03:21:11（1）鍛鋼齒輪的主要要材料。鍛鍛造可改善善鋼的組織織并形成有有益的加工工流線，力力學(xué)性能優(yōu)優(yōu)良。重要要用途的齒齒輪大多采采用鍛鋼制制造。主要包括：：①低碳鋼及低低碳合金鋼鋼20、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等，可通過過退火或正正火來改善善切削加工工性能，通通過滲碳后后淬火＋低低溫回火來來保證齒輪輪的使用性性能。具有有表面高硬硬度(56～62HRC)和高耐磨磨性、高的的彎曲疲勞勞極限和接接觸疲勞極極限，心部部具有足夠夠高的強(qiáng)韌韌性；故適適合于制造造高速、大大沖擊的中中載和重載載齒輪。03:21:11②中碳鋼表面面淬火齒輪輪的工作速度度、載荷及及受沖擊的的程度應(yīng)低低于低碳鋼鋼滲碳淬火火齒輪。其其中Q275只宜制作低低速、輕載載、無沖擊擊的非重要要齒輪，一一般在正火火狀態(tài)直接接使用；40、45鋼可用作低低中速、輕輕中載、小小沖擊的齒齒輪，依據(jù)據(jù)具體工作作條件不同同，可在正正火、調(diào)質(zhì)質(zhì)、表面淬淬火狀態(tài)下下使用；40Cr、40MnB合金鋼的綜綜合力學(xué)性性能優(yōu)于40、45碳鋼，可用用做相對(duì)重重要的齒輪輪，多在表表面淬火狀狀態(tài)使用，，少數(shù)情況況也可在調(diào)調(diào)質(zhì)狀態(tài)使使用。③中碳氮化鋼鋼40Cr、、35CrMo、38CrMoAl鋼鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)質(zhì)處理后再再表面滲氮氮處理，力力學(xué)性能優(yōu)優(yōu)良、變形形微小，主主要用做高高精度、高高速齒輪。。03:21:11（2）鑄鋼鑄鋼齒輪的力學(xué)性能比鍛鋼差，較較少使用，，但對(duì)某些些尺寸大(＞Ф500mm)、形狀復(fù)復(fù)雜的齒輪輪，采用鑄鑄鋼較為合合理。常用用鑄鋼牌號(hào)號(hào)有ZG270—500、ZG310—570、ZG40Cr等。鑄鋼齒齒輪加工后后一般也是是進(jìn)行表面面淬火＋低低溫回火處處理，但對(duì)對(duì)性能要求求不高、低低速齒輪，，也可在調(diào)調(diào)質(zhì)狀態(tài)、、甚至正火火狀態(tài)下使使用。03:21:11（3）鑄鐵灰鑄鐵齒輪輪具有優(yōu)良良的減摩性性、減振性性，工藝性性能好且成成本低，其其主要缺點(diǎn)點(diǎn)是強(qiáng)韌性性欠佳，故故多用于制制作低速、、輕載、不不受沖擊的的非重要齒齒輪。常用用牌號(hào)有HT200、HT250、HT350等；由于球球墨鑄鐵的的強(qiáng)韌性較較好，故采采用QT600-3、QT500-7代替部分鑄鑄鋼齒輪的的趨勢(shì)越來來越大。鑄鑄鐵齒輪的的熱處理方方法類似于于鑄鋼齒輪輪。03:21:11（4）非鐵金屬屬在儀器儀表表及某些特特殊條件下下工作的輕輕載齒輪，，由于有耐耐蝕、無磁磁、防爆等等特殊要求求，可采用用一些耐磨磨性較好的的有色金屬屬材料制造造，其中最最主要的是是銅合金，，如黃銅(如H62)、鋁青銅銅(如QAl9-4)、錫青銅銅(如QSn6.5-0.1)、硅青銅銅(如QSi3-1)等。03:21:11（5）粉粉末冶金金材料粉末冶金金齒輪材材料可實(shí)實(shí)現(xiàn)精密密的少、、無切削削加工方方法，特特別是隨隨著粉末末熱鍛新新技術(shù)的的應(yīng)用，，所制造造的齒輪輪力學(xué)性性能優(yōu)良良、技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)效效益高。。粉末冶冶金材料料一般適適用于大大批量生生產(chǎn)的小小齒輪，，如汽車車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的定時(shí)時(shí)齒輪（（材料Fe-C0.9）、分分電器齒齒輪（材材料Fe-C0.9-Cu2.0））、農(nóng)用用柴油機(jī)機(jī)中的凸凸輪軸齒齒輪（材材料Fe-Cu-C））、聯(lián)合合收割機(jī)機(jī)中的油油泵齒輪輪。03:21:11對(duì)開式傳動(dòng)動(dòng)齒輪，或或低速、、輕載、、不受沖沖擊或沖沖擊較小小的齒輪輪，宜選選相對(duì)價(jià)價(jià)廉的材材料，如如鑄鐵、、碳鋼等等；對(duì)閉式傳動(dòng)動(dòng)齒輪，或或中高速速、中重重載、承承受一定定甚至較較大沖擊擊的齒輪輪，則宜宜選用相相對(duì)較好好的材料料，如優(yōu)優(yōu)質(zhì)碳鋼鋼或合金金鋼、并并須進(jìn)行行表面強(qiáng)強(qiáng)化處理理；在齒輪副選材時(shí)，，為使兩兩者壽命命相近并并防止咬咬合現(xiàn)象象，大、、小齒輪輪宜選不不同的材材料，且且兩者硬硬度要求求也應(yīng)有有所差異異，通常常小齒輪輪應(yīng)選相相好的材材料、硬硬度要求求較高一一些。03:21:1103:21:111.機(jī)床齒輪輪運(yùn)行平穩(wěn)穩(wěn)無強(qiáng)烈烈沖擊、、載荷不不大、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速中等等，對(duì)表表面耐磨磨性和心心部韌性性要求不不太高。。大多采采用碳鋼鋼(40、45鋼)制造，，經(jīng)正火火或調(diào)質(zhì)質(zhì)處理后后再進(jìn)行行表面淬淬火＋低低溫回火火，其齒齒面硬度度可達(dá)50HRC，齒心硬硬度為220～～250HBS，可滿足足性能要要求；對(duì)對(duì)部分性性能要求求較高的的齒輪，，也可選選用中碳碳合金鋼鋼(40Cr、40MnB、40MnVB等)制造造，其齒齒面硬度度可提高高到58HRC左右、心心部強(qiáng)韌韌性也有有所改善善；極少少數(shù)高速速、高精精度、重重載齒輪輪，還可可選用中中碳氮化化鋼(如如35CrMo、38CrMoAlA等)進(jìn)行行表面滲滲氮處理理制造。。03:21:11機(jī)床齒輪輪的簡明明加工工工藝路線線：下料→鍛造→→正火→→粗加工工→調(diào)質(zhì)質(zhì)→精加加工→→表面淬淬火＋低低溫回火火→精磨磨正火可使鍛造造組織均均勻化、、便于切切削加工工、可作為表表面淬火火前的預(yù)預(yù)備組織織、并保保證齒心心的強(qiáng)韌韌性。調(diào)質(zhì)處理可使使齒輪具具有較高高的綜合合力學(xué)性性能，改改善齒心心的強(qiáng)韌韌性進(jìn)而而使齒輪輪能承受受較大的的彎曲載載荷和沖沖擊載荷荷。表面淬火火可提高齒齒輪表面面的硬度度，耐磨磨性和疲疲勞性能能。低溫回火火的作用主主要是消消除淬火火應(yīng)力。。03:21:112.汽車車、、拖拖拉拉機(jī)機(jī)齒齒輪輪工作作條條件件惡惡劣劣，，特特別別是是主主傳傳動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的齒齒輪輪；；受受力力較較大大，，易易過過載載，，變變速速時(shí)時(shí)受受到到頻頻繁繁的的強(qiáng)強(qiáng)烈烈沖沖擊擊；；對(duì)對(duì)材材料料的的耐耐磨磨性性、、疲疲勞勞性性能能、、心心部部強(qiáng)強(qiáng)韌韌性性的的要要求求高高，，采采用用中中碳碳鋼鋼表表面面淬淬火火已已難難滿滿足足使使用用的的需需要要；；通通常常選選用用合合金金滲滲碳碳鋼鋼(20Cr、、20MnVB、、20CrMnTi、20CrMnMo)制制造造，，經(jīng)經(jīng)滲滲碳碳淬淬火火＋＋低低溫溫回回火火處處理理后后，，齒齒面面硬硬度度可可達(dá)達(dá)58～～62HRC，，心心部部硬硬度度30～～45HRC。。對(duì)對(duì)飛飛機(jī)機(jī)、、坦坦克克等等特特別別重重要要齒齒輪輪，，則則可可采采用用高高淬淬透透性性滲滲碳碳鋼鋼（（如如18Cr2Ni4WA））來來制制造造。。03:21:11采用用20CrMnTi制制造造汽汽車車齒齒輪輪，簡簡明明工藝藝路路線線為：：下料料→→鍛鍛造造→→正正火火→→切切削削加加工工→→滲滲碳碳→→淬淬火火＋＋低低溫溫回回火火→→噴噴丸丸→→磨磨削削加加工工滲碳碳淬淬火火處處理理可可使使齒齒面面具具有有高高硬硬度度、、高高耐耐磨磨性性和和高高的的疲疲勞勞性性能能，，而而心心部部保保持持良良好好的的強(qiáng)強(qiáng)韌韌性性；；噴噴丸丸作作為為進(jìn)進(jìn)一一步步強(qiáng)強(qiáng)化化手手段段，，可可使使齒齒面面硬硬度度提提高高1～3HRC，增加加表層層殘余余壓應(yīng)應(yīng)力，，進(jìn)而而提高高疲勞勞極限限。03:21:11三、軸軸類零零件選選材1．工作條條件①交變變彎曲曲載荷荷，扭扭轉(zhuǎn)載載荷或或拉-壓載荷荷；②②相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)表面面(如如軸頸頸、花花鍵部部位)發(fā)生生摩擦擦；③③因機(jī)機(jī)器開開-停、過過載等等，承承受一一定的的沖擊擊載荷荷；2．主要失失效①疲勞勞斷裂裂為多多數(shù)、、沖擊擊過載載斷裂裂為少少數(shù)；；②磨磨損相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)表表面過過度磨磨損；；③過過量變變形極少數(shù)數(shù)情況況下會(huì)會(huì)發(fā)生生因強(qiáng)強(qiáng)度不不足的的過量量塑性性變形形失效效和剛剛度不不足的的過量量彈性性變形形失效效。3．性能要要求①高的的疲勞勞極限限；②②綜合合力學(xué)學(xué)性能能好；；③局局部承承受摩摩擦部部分應(yīng)應(yīng)具有有較高高的硬硬度和和耐磨磨性。。03:21:11軸類零零件實(shí)實(shí)物03:21:11三、軸軸類零零件常常用材材料-鋼鐵鐵1．鍛鍛鋼優(yōu)質(zhì)中碳或中碳合合金調(diào)調(diào)質(zhì)鋼鋼是軸類類材料料的主主體：：35、40、、45、50(45鋼鋼最常常見)等碳碳鋼具具有較較高的的綜合合力學(xué)學(xué)性能能且價(jià)價(jià)格低低廉，，故應(yīng)應(yīng)用廣廣泛；；對(duì)受受力不不大或或不重重要的的軸，，為進(jìn)進(jìn)一步步降低低成本本，也也可采采用Q235、、Q255、Q275等等普通通碳鋼鋼制造造；對(duì)對(duì)受力力較大大、尺尺寸較較大、、形狀狀復(fù)雜雜的重重要軸軸，可可選用用綜合合力學(xué)學(xué)性能能更好好的合合金調(diào)調(diào)質(zhì)鋼鋼來制制造，，如40Cr、、40MnVB等，，對(duì)其其中精精度要要求極極高的的軸要要采用用專用用氮化化鋼（（如38CrMoAlA）制制造。。03:21:11中碳鋼鋼軸的的熱處理理特點(diǎn)是是：正正火或或調(diào)質(zhì)質(zhì)保證證軸的的綜合合力學(xué)學(xué)性能能(強(qiáng)強(qiáng)韌性性)，，然后后對(duì)易易磨損損的相相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)部部位進(jìn)進(jìn)行表表面強(qiáng)強(qiáng)化處處理(表面面淬火火、滲滲氮或或表面面滾壓壓、形形變強(qiáng)強(qiáng)化等等)。。少數(shù)情情況下下還可可選用用低碳碳鋼或或高碳碳鋼來來制造造軸類類零件件。如如當(dāng)軸軸受到到強(qiáng)烈烈沖擊擊載荷荷作用用時(shí)，，宜用用低碳鋼鋼（如20Cr、、20CrMnTi）滲碳制造；；而當(dāng)當(dāng)軸所所受沖沖擊作作用較較小而而相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)部位位要求求更高高的耐耐磨性性時(shí)，，則宜宜用高高碳鋼鋼制造造（如如GCr15、、9Mn2V等等）。。03:21:112．鑄鑄鋼形狀復(fù)復(fù)雜、、尺寸寸較大大的軸軸，可可采用用鑄鋼鋼來制制造，，如ZG230-450。鑄鑄鋼軸軸比鍛鍛鋼軸軸的綜綜合力力學(xué)性性能(主要要是韌韌性)要低低。3．鑄鑄鐵由于大大多數(shù)數(shù)軸很很少以以沖擊擊過載載而斷斷裂的的形式式失效效，故故近幾幾十年年來愈愈來愈愈多地地采用用球墨墨鑄鐵鐵(如如QT700-2)和高高強(qiáng)度度灰鑄鑄鐵(HT350、、KTZ550—06等等)來來代替替鋼作作為軸軸(尤尤其是是曲軸軸)的的材料料。鑄鑄鐵軸軸的剛剛度和和耐磨磨性不不低，，且具具有缺缺口敏敏感性性低、、減振振減摩摩、切切削加加工性性好且且生產(chǎn)產(chǎn)成本本低等等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，選選材時(shí)時(shí)值得得重視視。03:21:11軸類零零件選選材時(shí)時(shí)應(yīng)注注意以以下幾幾點(diǎn)：：①以剛度度為主主、輕輕載、、非重重要軸軸，為降降低成成本，，可選選用碳碳鋼(如45鋼)、、鑄鐵鐵(如如QT700-2)、甚甚至普普通質(zhì)質(zhì)量碳碳鋼(如Q275)制造造；一一般進(jìn)進(jìn)行正正火或或調(diào)質(zhì)質(zhì)處理理，若若需提提高相相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)部部位的的耐磨磨性，，可對(duì)對(duì)其進(jìn)進(jìn)行表表面淬淬火。。②以耐磨磨性為為主的的軸，可選選碳含含量較較高的的鋼(如65Mn、9Mn2V)或低低碳鋼鋼(20Cr、20CrMnTi)滲碳碳制造造，對(duì)對(duì)其中中精度度有極極高要要求的的軸，，則應(yīng)應(yīng)選38CrMoAlA滲氮制制造。。③主要受受彎扭扭載荷荷的軸軸，無需需選淬淬透性性大的的鋼種種，可可選45、40Cr即可；；而對(duì)對(duì)受拉拉-壓載荷荷的軸軸，特特別當(dāng)當(dāng)其尺尺寸較較大、、形狀狀較復(fù)復(fù)雜時(shí)時(shí)，則則應(yīng)選選用淬淬透性性較高高的鋼鋼種，，如40CrNiMo。④主要受受明顯顯、強(qiáng)強(qiáng)烈沖沖擊的的軸，宜用用低碳碳鋼滲滲碳制制造。。03:21:11機(jī)床主軸