1、第七章第七章 機(jī)械零件的失效與機(jī)械零件的失效與選用選用7.1 機(jī)械零件的失效及失效分析機(jī)械零件的失效及失效分析7.2 機(jī)械零件選材原那么機(jī)械零件選材原那么7.3 典型零件的加工工藝典型零件的加工工藝失效：零件在運(yùn)用過程中由于某種緣由而不能圓滿完成失效：零件在運(yùn)用過程中由于某種緣由而不能圓滿完成指定的功能的景象。指定的功能的景象。 失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故 7.1 機(jī)械零件的失效及失效分析機(jī)械零件的失效及失效分析7.1.1 零件失效方式零件失效方式零件失效的方式及其失效機(jī)理零件失效的方式及其失效機(jī)理一、畸變失效一、畸變失效 畸變是指在某種程度上減弱了零件規(guī)定畸變是指在某種程度上減弱了零件

2、規(guī)定功能的變形。功能的變形。 1. 彈性畸變失效彈性畸變失效剛度剛度2. 塑性畸變失效塑性畸變失效強(qiáng)度強(qiáng)度 3. 翹曲畸變失效翹曲畸變失效二、斷裂失效二、斷裂失效1韌性斷裂韌性斷裂斷裂前發(fā)生明顯的宏觀上的塑性變形斷裂前發(fā)生明顯的宏觀上的塑性變形斷口特征：明顯縮頸，杯錐狀、灰暗斷口特征：明顯縮頸，杯錐狀、灰暗2脆性斷裂脆性斷裂斷裂前未發(fā)生明顯的宏觀上的塑性變形，斷裂前未發(fā)生明顯的宏觀上的塑性變形，或產(chǎn)生很小的永久變形或產(chǎn)生很小的永久變形斷口特征：斷口平整、光亮斷口特征：斷口平整、光亮3韌性韌性脆性斷裂脆性斷裂1. 斷裂失效的分類按斷裂性質(zhì)斷裂失效的分類按斷裂性質(zhì)1 1沿晶斷裂沿晶斷裂指多晶體資料

3、的裂紋萌生與指多晶體資料的裂紋萌生與擴(kuò)展是在晶界處發(fā)生的分?jǐn)U展是在晶界處發(fā)生的分別過程別過程2 2穿晶斷裂穿晶斷裂指裂紋萌生和擴(kuò)展是在晶粒指裂紋萌生和擴(kuò)展是在晶粒內(nèi)部發(fā)生的斷裂。內(nèi)部發(fā)生的斷裂。3 3混晶斷裂混晶斷裂1. 斷裂失效的分類按斷裂途徑斷裂失效的分類按斷裂途徑2. 斷口分析方法斷口分析方法 斷裂失效分析的中心和導(dǎo)游斷裂失效分析的中心和導(dǎo)游斷口三要素?cái)嗫谌?F - 纖維狀區(qū)纖維狀區(qū) R - 放射狀區(qū)脆性特征放射狀區(qū)脆性特征 S - 剪切唇區(qū)灰色剪切唇區(qū)灰色3. 斷裂的微觀特征斷裂的微觀特征脆性斷裂斷口脆性斷裂斷口(解理花樣解理花樣)沿晶斷口沿晶斷口(冰糖花樣冰糖花樣)韌性斷裂斷口韌

4、窩韌性斷裂斷口韌窩滑移分別之蛇形滑移滑移分別之蛇形滑移 三、磨損失效三、磨損失效磨損：相對運(yùn)動時兩金屬外表不斷損耗，使金屬外表磨損：相對運(yùn)動時兩金屬外表不斷損耗，使金屬外表形狀和尺寸改動的景象。形狀和尺寸改動的景象。 活塞環(huán)與缸套之間的摩擦活塞環(huán)與缸套之間的摩擦 1. 磨損失效的根本類型磨損失效的根本類型1粘著磨損粘著磨損2磨料磨損磨料磨損3外表疲勞磨損外表疲勞磨損4沖刷磨損沖刷磨損5腐蝕磨損腐蝕磨損粘著磨損表示圖粘著磨損表示圖部分粘結(jié)部分粘結(jié)(固相粘著固相粘著)，使資料從，使資料從一個外表轉(zhuǎn)移到另一外表或撕下一個外表轉(zhuǎn)移到另一外表或撕下作為磨料留在兩個外表之間作為磨料留在兩個外表之間1粘著磨

5、損粘著磨損粘著磨損磨痕粘著磨損磨痕外來硬顆粒或外表微突體的作用外來硬顆?；蛲獗砦⑼惑w的作用呵斥外表損傷的磨損。呵斥外表損傷的磨損。主要特征是外表被犁削構(gòu)成溝漕。主要特征是外表被犁削構(gòu)成溝漕。2磨粒料磨損磨粒料磨損磨粒磨損表示圖磨粒磨損表示圖磨粒磨損磨痕磨粒磨損磨痕磨料磨損是最常見的、危害最為嚴(yán)重的磨損方式。在各類磨料磨損是最常見的、危害最為嚴(yán)重的磨損方式。在各類磨損方式中，磨料磨損大約占磨損方式中，磨料磨損大約占50%50%。 沖刷磨損表示圖沖刷磨損表示圖接觸面作滾動或滾動滑動復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓接觸面作滾動或滾動滑動復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力作用下，使資料外表疲勞而產(chǎn)生資料損失。應(yīng)力作

6、用下，使資料外表疲勞而產(chǎn)生資料損失。齒輪副、凸輪副、滾動軸承的滾動體與外座圈、輪箍齒輪副、凸輪副、滾動軸承的滾動體與外座圈、輪箍與鋼軌等都能夠產(chǎn)生外表疲勞磨損。構(gòu)成麻坑。與鋼軌等都能夠產(chǎn)生外表疲勞磨損。構(gòu)成麻坑。3外表疲勞磨損外表疲勞磨損4沖刷磨損沖刷磨損 含固態(tài)粒子的流體含固態(tài)粒子的流體(常為液體常為液體) 沖刷呵斥外表資料損失沖刷呵斥外表資料損失5腐蝕磨損腐蝕磨損摩擦的同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反響，產(chǎn)生表摩擦的同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反響，產(chǎn)生表層金屬的損失或遷移景象。層金屬的損失或遷移景象。 1摩擦副材質(zhì)摩擦副材質(zhì) 互溶性；互溶性； 外表強(qiáng)化處置情況；外表強(qiáng)化處置情況； 表層

7、組織和構(gòu)造缺陷。表層組織和構(gòu)造缺陷。 2工況參數(shù)工況參數(shù) 接觸應(yīng)力、滑動間隔和滑動速度、溫度、介質(zhì)條接觸應(yīng)力、滑動間隔和滑動速度、溫度、介質(zhì)條件與光滑等。件與光滑等。2. 影響磨損失效的根本要素影響磨損失效的根本要素1. 均勻腐蝕均勻腐蝕全面腐蝕全面腐蝕2. 點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕部分腐蝕部分腐蝕3. 晶間腐蝕晶間腐蝕部分腐蝕部分腐蝕四、腐蝕失效四、腐蝕失效腐蝕：資料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用產(chǎn)腐蝕：資料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用產(chǎn)生的損壞或蛻變景象。生的損壞或蛻變景象。 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%齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞軸瓦磨損軸

8、瓦磨損失效統(tǒng)計(jì)：失效統(tǒng)計(jì)：7.1.2 失效分析的根本方法失效分析的根本方法義務(wù)：找出失效的主要緣由，制定改良措施。義務(wù)：找出失效的主要緣由，制定改良措施。導(dǎo)致零件失效的主要緣由的表示圖導(dǎo)致零件失效的主要緣由的表示圖1.1.事故調(diào)查事故調(diào)查 失效現(xiàn)場；背景資料。失效現(xiàn)場；背景資料。2.2.資料搜集資料搜集3.3.實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析 失效機(jī)械的構(gòu)造分析失效機(jī)械的構(gòu)造分析宏觀和微觀斷口分析宏觀和微觀斷口分析失效件資料的成分分析失效件資料的成分分析金相分析金相分析失效件資料的組成相分析失效件資料的組成相分析失效件資料的力學(xué)性能檢測、應(yīng)力分析、測定失效件資料的力學(xué)性能檢測、應(yīng)力分析、測定4 4、分析結(jié)果提

9、交：提出失效性質(zhì)、失效緣由，預(yù)防措施、分析結(jié)果提交：提出失效性質(zhì)、失效緣由，預(yù)防措施或建議，提交失效分析報(bào)告。或建議，提交失效分析報(bào)告。失效分析程序：失效分析程序：7.2 機(jī)械零件選材原那么機(jī)械零件選材原那么7.2.1 運(yùn)用性能原那么首要原那么運(yùn)用性能原那么首要原那么 資料的運(yùn)用性能應(yīng)滿足運(yùn)用要求資料的運(yùn)用性能應(yīng)滿足運(yùn)用要求運(yùn)用性能是零件在運(yùn)用形狀下資料應(yīng)該具有的機(jī)運(yùn)用性能是零件在運(yùn)用形狀下資料應(yīng)該具有的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。械性能、物理性能和化學(xué)性能。大量機(jī)器零件大量機(jī)器零件和工程構(gòu)件和工程構(gòu)件特殊條件下特殊條件下任務(wù)的零件任務(wù)的零件 1 1受力情況受力情況 載荷的類型載荷的類型(

10、(例如動載、靜載、例如動載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等) )和大?。惠d荷的方式拉伸和大??；載荷的方式拉伸；載荷的特點(diǎn)均勻、集中等。；載荷的特點(diǎn)均勻、集中等。 2 2環(huán)境情況環(huán)境情況 溫度特性、介質(zhì)情況等。溫度特性、介質(zhì)情況等。 3 3特殊要求特殊要求 對導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度對導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。、外觀等的要求。 零件運(yùn)用時的任務(wù)條件零件運(yùn)用時的任務(wù)條件零件根據(jù)運(yùn)用性能選材的步驟零件根據(jù)運(yùn)用性能選材的步驟u零件任務(wù)條件和失效方式分析，確定運(yùn)用性能要求；零件任務(wù)條件和失效方式分析，確定運(yùn)用性能要求；u性能要求目的化：如強(qiáng)硬度、塑韌性等的詳細(xì)數(shù)值。性能

11、要求目的化：如強(qiáng)硬度、塑韌性等的詳細(xì)數(shù)值。u幾何外形、尺寸及載荷，計(jì)算應(yīng)力分布；幾何外形、尺寸及載荷，計(jì)算應(yīng)力分布；u利用手冊選材。利用手冊選材。 局限性：力學(xué)性能與零件尺寸有關(guān)局限性：力學(xué)性能與零件尺寸有關(guān)零件零件任務(wù)條件任務(wù)條件常見失效方式常見失效方式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)受載受載形狀形狀螺栓螺栓拉、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，過量變形疲勞斷裂，過量變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

12、，斷齒，磨損，疲勞斷裂，接觸疲勞疲勞斷裂，接觸疲勞外表高硬度及疲勞極外表高硬度及疲勞極限心部強(qiáng)度及韌性限心部強(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)比疲勞極限疲勞極限7.2.2 工藝性能原那么工藝性能原那么滿足消費(fèi)工藝的要求滿足消費(fèi)工藝的要求圖圖8-4 8-4 高分子資料的加工工藝道路高分子資料的加工工藝道路 圖圖8-5 8-5 陶瓷資料的加工工藝道路陶瓷資料的加工工藝道路金屬資料零件選材的工藝性能原那么金屬資料零件選材的工藝性能原那么 圖圖8-6 8-6 金屬資料的加工工藝道路金屬資料的加工工藝道路3. 精細(xì)金屬

13、零件的工藝道路精細(xì)絲杠、鏜床主軸精細(xì)金屬零件的工藝道路精細(xì)絲杠、鏜床主軸 毛坯毛坯預(yù)先熱處置預(yù)先熱處置(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最終熱處最終熱處置置(淬火、低溫回火、固溶、時效或滲碳淬火、低溫回火、固溶、時效或滲碳)半精加工半精加工穩(wěn)定化處置或氮化穩(wěn)定化處置或氮化精加工精加工穩(wěn)定化處置穩(wěn)定化處置零件。零件。1. 普通金屬零件的工藝道路普通金屬零件的工藝道路 毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工零件。零件。2. 性能要求較高的金屬零件的工藝道路軸、齒輪性能要求較高的金屬零件的工藝道路軸、齒輪 等等 毛坯毛坯預(yù)先熱處置預(yù)先熱處置(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最終熱處置最終熱

14、處置(淬淬火火+回火，固溶時效或滲碳等回火，固溶時效或滲碳等)精加工精加工零件。零件。工藝性能工藝性能 ：鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處置：鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處置 一、資料的價錢一、資料的價錢 應(yīng)該盡量低。占應(yīng)該盡量低。占30%70%7.2.3 經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境友好性原那么經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境友好性原那么三、國家的資源三、國家的資源 來源豐富并顧及我國資源情況。來源豐富并顧及我國資源情況。四、資料的環(huán)境友好與循環(huán)運(yùn)用四、資料的環(huán)境友好與循環(huán)運(yùn)用提倡綠色制造，運(yùn)用資料與環(huán)境友好，不污染環(huán)境，可循提倡綠色制造，運(yùn)用資料與環(huán)境友好，不污染環(huán)境，可循環(huán)運(yùn)用。運(yùn)用可降解性塑料。環(huán)運(yùn)用。運(yùn)用可降解性塑料。二、零件的總本

15、錢二、零件的總本錢 消費(fèi)和運(yùn)用的總本錢最低。消費(fèi)和運(yùn)用的總本錢最低。 與其運(yùn)用壽命、分量、加工費(fèi)用、研討費(fèi)用、維修費(fèi)用與其運(yùn)用壽命、分量、加工費(fèi)用、研討費(fèi)用、維修費(fèi)用和資料價錢有關(guān)。和資料價錢有關(guān)。7.3.1 7.3.1 齒輪選材齒輪選材7.3.2 7.3.2 軸類零件選材軸類零件選材7.3.3 7.3.3 彈簧選材彈簧選材7.3.4 7.3.4 刃具選材刃具選材7.3 典型工件的選材與工藝典型工件的選材與工藝7.3.1 齒輪選材齒輪選材1 1 齒輪的任務(wù)條件齒輪的任務(wù)條件(1) (1) 由于傳送扭矩，齒根接受由于傳送扭矩，齒根接受很大的交變彎曲應(yīng)力；很大的交變彎曲應(yīng)力；(2) (2) 換擋、

16、啟動或嚙合不均時，換擋、啟動或嚙合不均時，齒部接受一定沖擊載荷；齒部接受一定沖擊載荷；(3) (3) 齒面相互滾動或滑動接觸，齒面相互滾動或滑動接觸，接受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦接受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力作用。力作用。2 2 齒輪的失效方式齒輪的失效方式(1)疲勞斷裂疲勞斷裂 (2)齒面磨損齒面磨損(3)齒面接觸疲勞破壞齒面接觸疲勞破壞 (4)過載斷裂過載斷裂(1)(1)高的彎曲疲勞強(qiáng)度；高的彎曲疲勞強(qiáng)度；(2)(2)高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性；高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性；(3)(3)較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。(4)(4)較好的熱處置工藝性能，例如熱處置變形小等。較好的熱處置工藝

17、性能，例如熱處置變形小等。3 3 齒輪資料的性能要求齒輪資料的性能要求 性能要求主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度和性能要求主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。外表硬度越高，疲勞強(qiáng)度也越高。接觸疲勞強(qiáng)度。外表硬度越高，疲勞強(qiáng)度也越高。 齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過載斷裂。過載斷裂。 4 齒輪類零件的選材齒輪類零件的選材選用低、中碳鋼或其合金鋼，外表強(qiáng)化處置選用低、中碳鋼或其合金鋼，外表強(qiáng)化處置u傳送動力，改動運(yùn)動速度和方向傳送動力，改動運(yùn)動速度和方向u任務(wù)條件較好，轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，任務(wù)條件較好，轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，

18、任務(wù)平穩(wěn)無劇烈沖擊。任務(wù)平穩(wěn)無劇烈沖擊。u可選中碳鋼可選中碳鋼4545鋼制造，為了提高鋼制造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼淬透性，也可選用中碳合金鋼40Cr40Cr鋼鋼5 5 典型齒輪選材舉例典型齒輪選材舉例工藝道路：工藝道路： 下料一鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工下料一鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工一輪齒高頻淬火一輪齒高頻淬火+ +低溫回火一精磨低溫回火一精磨1 1機(jī)床齒輪機(jī)床齒輪機(jī)床變速箱齒輪機(jī)床變速箱齒輪 熱處置的目的熱處置的目的正火處置可消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，便于切削正火處置可消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，便于切削加工。加工。調(diào)質(zhì)處置可使齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能，心調(diào)質(zhì)處置可使

19、齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能，心部有足夠的強(qiáng)度和韌性。部有足夠的強(qiáng)度和韌性。高頻淬火高頻淬火+ +低溫回火是決議齒輪外表性能的關(guān)鍵工低溫回火是決議齒輪外表性能的關(guān)鍵工序。經(jīng)過高頻淬火，提高輪齒外表硬度，提高外序。經(jīng)過高頻淬火，提高輪齒外表硬度，提高外表耐磨性，并使輪齒外表有剩余壓應(yīng)力存在，從表耐磨性，并使輪齒外表有剩余壓應(yīng)力存在，從而提高了抗疲勞破壞的才干。低溫回火消除淬火而提高了抗疲勞破壞的才干。低溫回火消除淬火應(yīng)力。應(yīng)力。工藝道路：工藝道路： 下料一鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工下料一鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工一輪齒高頻淬火一輪齒高頻淬火+ +低溫回火一精磨低溫回火一精磨例例 題題u

20、C618機(jī)床變速箱齒輪尺寸不大，厚機(jī)床變速箱齒輪尺寸不大，厚15mm任務(wù)時轉(zhuǎn)任務(wù)時轉(zhuǎn)速較高，性能要求如下：齒的外表硬度速較高，性能要求如下：齒的外表硬度5056HRC，齒，齒心部硬度心部硬度2225HRC，整體強(qiáng)度，整體強(qiáng)度b=760800MPa，整體韌性整體韌性K=4060J/cm2 。請從以下資料中進(jìn)展合。請從以下資料中進(jìn)展合理選用，并制定其工藝流程：理選用，并制定其工藝流程：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。選用選用4545鋼制造，較為適宜。鋼制造，較為適宜。其加工工藝道路為：下料其加工工藝道路為：下料鍛造鍛造正火正火84084

21、0860860空冷空冷機(jī)加工機(jī)加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)840840860860水淬，水淬，500500550550回火回火精加工精加工高頻外表淬火高頻外表淬火880880900900水冷水冷低溫回火低溫回火200200回火回火精磨。精磨。2汽車齒輪汽車齒輪u汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度以及沖擊耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等，均要求比機(jī)床齒輪高。韌性等，均要求比機(jī)床齒輪高。u采用低碳合金鋼進(jìn)展?jié)B碳處置來作重采用低碳合金鋼進(jìn)展?jié)B碳處置來作重要齒輪。要齒輪。20Cr20Cr或或20CrMnTi20CrMnTi齒輪的工藝道路為：齒輪的工藝道路

22、為：下料一鍛造一正火一切削加工一滲碳、淬火及低溫回下料一鍛造一正火一切削加工一滲碳、淬火及低溫回火一噴丸一磨削加工火一噴丸一磨削加工汽車后橋齒輪汽車后橋齒輪 熱處置目的：熱處置目的：正火：消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，使同批坯料正火：消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，使同批坯料具有一樣的硬度，便于切削加工，改善齒輪外具有一樣的硬度，便于切削加工，改善齒輪外表加工質(zhì)量。表加工質(zhì)量。滲碳、淬火及低溫回火：滲碳后外表碳含量大滲碳、淬火及低溫回火：滲碳后外表碳含量大大提高，保證淬火后得到高硬度，提高耐磨性大提高，保證淬火后得到高硬度，提高耐磨性和接觸疲勞抗力。由于合金元素提高淬透性，和接觸疲勞抗力。由于合金元素提高淬

23、透性，淬火、回火后可使心部獲得較高的強(qiáng)度和足夠淬火、回火后可使心部獲得較高的強(qiáng)度和足夠的沖擊韌性。的沖擊韌性。噴丸處置增大表層壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)噴丸處置增大表層壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度，并去除氧化皮。度，并去除氧化皮。下料一鍛造一正火一切削加工一滲碳、淬火及低溫回下料一鍛造一正火一切削加工一滲碳、淬火及低溫回火一噴丸一磨削加工火一噴丸一磨削加工例例 題題n有一載重汽車變速箱齒輪，運(yùn)用中受一定沖擊，負(fù)載較重，有一載重汽車變速箱齒輪，運(yùn)用中受一定沖擊，負(fù)載較重，齒外表要求耐磨，硬度為齒外表要求耐磨，硬度為5863HRC，齒心部硬度，齒心部硬度3345HRC，其他力學(xué)性能要求為，其他力學(xué)性能

24、要求為:b 1000Mpa ，-1440Mpa ， a K 95J/cm2 。試從以下資料中選擇制。試從以下資料中選擇制造該齒輪的適宜鋼種，制定工藝流程，分析每步熱處置的造該齒輪的適宜鋼種，制定工藝流程，分析每步熱處置的目的及其組織。目的及其組織。 35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。 制造該齒輪的適宜鋼種為制造該齒輪的適宜鋼種為20CrMnTin加工工藝道路：加工工藝道路：n下料下料鍛造鍛造正火正火950950970970空冷空冷機(jī)加工機(jī)加工滲碳滲碳920920950950滲碳滲碳6 68 8小時小時預(yù)冷淬火預(yù)冷至預(yù)冷淬火預(yù)冷至870

25、870880880油冷油冷低溫回火低溫回火噴丸噴丸磨削。磨削。n熱處置的目的及相應(yīng)組織：熱處置的目的及相應(yīng)組織：n正火：細(xì)化、均勻組織，改善鍛造后組織，提高其切削加工正火：細(xì)化、均勻組織，改善鍛造后組織，提高其切削加工性。組織為性。組織為S S 。n滲碳：外表獲得高碳，保證經(jīng)淬火后得到高硬度、高耐磨性。滲碳：外表獲得高碳，保證經(jīng)淬火后得到高硬度、高耐磨性。滲碳溫度下對應(yīng)的組織為。滲碳溫度下對應(yīng)的組織為。n預(yù)冷淬火：齒外表獲得高硬度、高耐磨性，組織為高碳預(yù)冷淬火：齒外表獲得高硬度、高耐磨性，組織為高碳+ +碳化物碳化物+ + 剩余剩余A A；齒心部強(qiáng)、韌結(jié)合，組織為低碳；齒心部強(qiáng)、韌結(jié)合，組織為

26、低碳+F+T+F+T。n低溫回火：減少淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織，組織為：外表低溫回火：減少淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織，組織為：外表M M回回+ +碳碳化物化物+ + 剩余剩余A A ，心部，心部M M回回+ F + T + F + T 。(1)(1)軸類零件任務(wù)時主要受交變彎曲和改動應(yīng)力的復(fù)協(xié)作用；軸類零件任務(wù)時主要受交變彎曲和改動應(yīng)力的復(fù)協(xié)作用；(2)(2)軸與軸上零件有相對運(yùn)動，相互間存在摩擦和磨損；軸與軸上零件有相對運(yùn)動，相互間存在摩擦和磨損；(3)(3)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生振動，使軸接受沖擊載荷；軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生振動，使軸接受沖擊載荷；(4)(4)多數(shù)軸會接受一定的過載載荷。多數(shù)軸會接受

27、一定的過載載荷。7.3.2 7.3.2 軸類零件選材軸類零件選材1 1 軸類零件的任務(wù)條件軸類零件的任務(wù)條件(1)(1)長期交變載荷下的疲勞斷裂長期交變載荷下的疲勞斷裂 (2)(2)過量變形甚至斷裂過量變形甚至斷裂; ;(3)(3)外表過度磨損等。外表過度磨損等。2 2 軸類零件的失效方式軸類零件的失效方式(1)(1)良好的綜合機(jī)械性能良好的綜合機(jī)械性能(2)(2)高的疲勞強(qiáng)度高的疲勞強(qiáng)度(3)(3)高耐磨性高耐磨性(4)(4)良好的切削加工性能，價錢廉價。良好的切削加工性能，價錢廉價。3 3 軸類零件的性能要求軸類零件的性能要求軸頸被埋嵌在軸承中的硬粒子磨損軸頸被埋嵌在軸承中的硬粒子磨損l普

28、通軸類零件：普通軸類零件：l 碳鋼：碳鋼： 35、40、45、50 鋼鋼l熱處置：正火、調(diào)質(zhì)或外表淬火熱處置：正火、調(diào)質(zhì)或外表淬火性能目的：強(qiáng)度、沖擊韌性和外表耐磨性。性能目的：強(qiáng)度、沖擊韌性和外表耐磨性。資料：普通用經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造。資料：普通用經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造。l載荷較大，限制外形、尺寸和分量，或軸頸耐磨性要求高：載荷較大，限制外形、尺寸和分量，或軸頸耐磨性要求高：l合金鋼合金鋼l例：例：20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等等4 4 軸類零件資料及選材方法軸類零件資料及選材方法l球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵也可作曲軸的資料。球墨

29、鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵也可作曲軸的資料。5 5 典型軸的選材典型軸的選材 1機(jī)床主軸選材機(jī)床主軸選材C620車床主軸車床主軸交變彎曲和改動，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大交變彎曲和改動，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大具有普通綜合機(jī)械性能，大端軸頸等部位耐磨性高具有普通綜合機(jī)械性能，大端軸頸等部位耐磨性高 選材：選材：45鋼鋼 熱處置：調(diào)質(zhì)處置，有摩擦部位進(jìn)展外表淬火熱處置：調(diào)質(zhì)處置，有摩擦部位進(jìn)展外表淬火 性能目的性能目的 硬度硬度220250HB，軸頸，軸頸52HRC 。 工藝道路工藝道路 鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工外外表淬火低溫回火表淬火低溫回火磨削磨削 最終組織

30、最終組織 心部：心部：S回軸頸外表：回軸頸外表：M回回 假設(shè)這類機(jī)床主軸的載荷較大，可用假設(shè)這類機(jī)床主軸的載荷較大，可用40Cr鋼制造。鋼制造。 當(dāng)接受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時，那么可采用合金當(dāng)接受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時，那么可采用合金滲碳鋼制造，如滲碳鋼制造，如20Cr或或20CrMnTi等等受力：彎曲、改動、剪切、沖擊等交變應(yīng)力受力：彎曲、改動、剪切、沖擊等交變應(yīng)力 外形極不規(guī)那么，應(yīng)力分布很不均勻外形極不規(guī)那么，應(yīng)力分布很不均勻 曲軸頸與軸承發(fā)生滑動摩擦。曲軸頸與軸承發(fā)生滑動摩擦。失效方式：疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損失效方式：疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損資料要求：高強(qiáng)度，一定的沖擊韌性，足夠

31、的彎曲、改資料要求：高強(qiáng)度，一定的沖擊韌性，足夠的彎曲、改動疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸還應(yīng)有高的硬度和耐磨性。動疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸還應(yīng)有高的硬度和耐磨性。2內(nèi)燃機(jī)曲軸選材內(nèi)燃機(jī)曲軸選材實(shí)踐消費(fèi)中按制造工藝分鍛鋼曲軸和鑄造曲軸兩種實(shí)踐消費(fèi)中按制造工藝分鍛鋼曲軸和鑄造曲軸兩種鍛鋼曲軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼，如鍛鋼曲軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼，如35、40、45、35Mn2、40Cr，35CrMo鋼等。鋼等。工藝道路：模鍛工藝道路：模鍛- 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)- 切削加工切削加工- 軸頸外表淬火軸頸外表淬火+低溫回火低溫回火 磨削磨削鑄造曲軸：鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵以及合鑄造曲軸：鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可

32、鍛鑄鐵以及合金鑄鐵等制造，如金鑄鐵等制造，如ZG45、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4。工藝道路：鑄造一高溫正火一高溫回火一切削加工一工藝道路：鑄造一高溫正火一高溫回火一切削加工一軸頸氣體滲氮軸頸氣體滲氮高溫正火高溫正火獲得細(xì)獲得細(xì)P基體的組織，以滿足強(qiáng)度要求基體的組織，以滿足強(qiáng)度要求高溫回火高溫回火消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力軸頸氣體滲氮軸頸氣體滲氮在保證不改動組織及加工精度的前提在保證不改動組織及加工精度的前提下提高軸頸外表硬度和耐磨性。下提高軸頸外表硬度和耐磨性。 例例 題題n175A175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸-載荷不大載荷

33、不大n性能目的性能目的 ：b750MPab750MPa，整體硬度，整體硬度240240260HBS260HBS，軸頸外，軸頸外表硬度表硬度625HV (HRC55),2%, aKU150kJ/m2625HV (HRC55),2%, aKU150kJ/m2牌號牌號基體基體機(jī)械性能機(jī)械性能 bMPa 0.2MPa 5%akkJ/m2HB QT400-17F F40025017600 179 QT420-10F42042027010300 207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202 160160229-302QT700-2P7004902 160160229

34、-302QT800-2P8005602 160160241-321 QT1200-1下下B B12008401300 38HRC38HRCn選材選材 QT700-2 QT700-2n熱處置工藝熱處置工藝 高溫正火高溫正火950 + 950 + 高溫回火高溫回火560 + 560 + 軸軸頸氮化頸氮化570 570 n最終組織最終組織 P + G + P + G + 少量少量F F n工藝道路工藝道路 鑄造鑄造高溫正火高溫正火高溫回火高溫回火機(jī)加工機(jī)加工軸軸頸氮化頸氮化思索題思索題1. 欲做以下零件：小彈簧、高速軸承、螺釘、手鋸條、齒輪，試為其欲做以下零件：小彈簧、高速軸承、螺釘、手鋸條、齒輪，

35、試為其各選一資料待選資料：各選一資料待選資料： ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T10 。2. 某汽車變速箱齒輪，要求某汽車變速箱齒輪，要求b1080MPa，aKU255J，齒面硬度，齒面硬度HRC58 ，試選一資料，制定最終熱處置工藝，分析每步熱處置，試選一資料，制定最終熱處置工藝，分析每步熱處置后組織。后組織。3.選材設(shè)計(jì)一個車床主軸。要求：該主軸受交變彎曲和改動的復(fù)合應(yīng)力，選材設(shè)計(jì)一個車床主軸。要求：該主軸受交變彎曲和改動的復(fù)合應(yīng)力，載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，軸肩位置需求耐磨，經(jīng)適當(dāng)載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，軸肩位置需求耐磨，經(jīng)適當(dāng)熱處置后能有良好的綜

36、合機(jī)械性能，請選材，并設(shè)計(jì)熱處置工序，熱處置后能有良好的綜合機(jī)械性能，請選材，并設(shè)計(jì)熱處置工序，分析每步熱處置后組織。分析每步熱處置后組織。第第2、3題的待選資料：題的待選資料：H70 、 20CrMnTi 、 T10 、 GCr15 、 60Si2Mn 、45 、Q390 、 2Cr13 、 LC4 、40Cr 、 Cr12MoV 答：選材答：選材 20CrMnTi 20CrMnTi，b1100MPab1100MPa， aKU255J aKU255J ，齒面，齒面HRC5863 HRC5863 。熱處置工藝熱處置工藝 930 930滲滲C + C + 預(yù)冷預(yù)冷830830油淬油淬 + 200

37、 + 200回火回火最終組織最終組織 心部：心部：M M回回+ F+ F齒面：齒面：M M回回+ + 碳化物碳化物 + A + A 答：選材答：選材 45 45 。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)精加工精加工部分外表淬火部分外表淬火+ +低溫回火低溫回火精磨精磨廢品廢品 1. 1. 彈簧的任務(wù)條件、失效方式及性能要求彈簧的任務(wù)條件、失效方式及性能要求 1 1任務(wù)條件任務(wù)條件 1 1彈簧在外力作用下，資料將接受彎曲應(yīng)力或彈簧在外力作用下，資料將接受彎曲應(yīng)力或改動應(yīng)力。改動應(yīng)力。 2 2接受交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用。接受交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用。 3 3某些彈簧遭到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用

38、。某些彈簧遭到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用。 7.3.3 7.3.3 彈簧類零件的選材彈簧類零件的選材 2 2主要失效方式主要失效方式 1 1塑性變形塑性變形 2 2疲勞斷裂疲勞斷裂 3 3快速脆性斷裂快速脆性斷裂 4 4腐蝕介質(zhì)中運(yùn)用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效；高溫下的彈腐蝕介質(zhì)中運(yùn)用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效；高溫下的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形?；梢壮霈F(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。 3 3對彈簧用材性能要求對彈簧用材性能要求 1 1高的彈性極限和屈強(qiáng)比高的彈性極限和屈強(qiáng)比s/bs/b。 2 2高的疲勞強(qiáng)度。高的疲勞強(qiáng)度。 3 3某些彈簧需求良好的耐蝕性和耐熱性。某些彈簧需求良好的

39、耐蝕性和耐熱性。 2. 彈簧零件的選材 1汽車板簧 普通選用65Mn、60Si2Mn鋼制造。重型載重汽車大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb鋼制造。 2火車螺旋彈簧 可運(yùn)用50CrMn、55MnMo等鋼制造。 1. 1. 刃具的任務(wù)條件、失效方式及性能要求刃具的任務(wù)條件、失效方式及性能要求 1 1任務(wù)條件任務(wù)條件 1 1刃具在切削資料時，接受很大的彎曲應(yīng)力，某些刃刃具在切削資料時，接受很大的彎曲應(yīng)力，某些刃具如鉆頭、鉸刀還會遭到較大的改動應(yīng)力。具如鉆頭、鉸刀還會遭到較大的改動應(yīng)力。 2 2刃具刃部與被切削資料劇烈摩擦，刃具刃部與被切削資料劇烈摩擦， 刃部溫度可升到刃部溫度可升到500 500 C C600 600 C C。 3 3機(jī)用刃具往往接受較大的沖擊與震動。機(jī)用刃具往往接受較大的沖擊與震動。7.3.4 7.3.4 刃具選材刃具選材 2 2主要失效方式主要失效方式 1 1磨損磨損 2 2斷裂斷裂 3 3刃部軟化刃部軟化3 3對刃具資料的性能要求對刃具資料的性能要求高硬度，高耐磨性。硬度普通要大于高硬度，高耐磨性。硬度普通要大于62 HRC62 HRC；高的紅硬性；高的紅硬性；強(qiáng)韌性好；強(qiáng)韌性好；高的淬透性?？刹?/p>