材料成型原理

1、零件的失效 選材的原則 典型零件的選材 零件的失效u什么是失效什么是失效：失去設計要求的功能失去設計要求的功能u失效的基本類型失效的基本類型u失效的主要原因失效的主要原因完全不能工作完全不能工作雖仍能工作雖仍能工作，但但已已不能完成指定的不能完成指定的功能或工作低效；功能或工作低效；有嚴重損傷，不能確保安全工作有嚴重損傷，不能確保安全工作斷裂失效斷裂失效過量過量變形失效變形失效（畸變失效）（畸變失效）表面損傷失效表面損傷失效設計缺陷設計缺陷選材不當或材質(zhì)存在缺陷選材不當或材質(zhì)存在缺陷制造工藝問題制造工藝問題裝配調(diào)試因素裝配調(diào)試因素運轉(zhuǎn)維修因素運轉(zhuǎn)維修因素典型零件的工作條件、失效形式及主要機械性

2、能指標典型零件的工作條件、失效形式及主要機械性能指標零件工作條件常見失效形式性能要求應力種類載荷性質(zhì)受載狀態(tài)螺栓拉、剪靜載-過量變形，斷裂強度，塑性傳動軸彎、扭循環(huán)沖擊軸頸摩擦疲勞斷裂，過量變形 軸頸磨損綜合力學性能傳動齒輪壓、彎循環(huán)沖擊摩擦振動斷齒，磨損，疲勞斷裂，接觸疲勞表面高硬度及疲勞極限 心部強度及韌性彈簧扭、彎交變沖擊振動彈性失穩(wěn)，疲勞破壞彈性極限，屈強比 疲勞極限螺栓的脆性斷裂韌性扭轉(zhuǎn)過載斷口卸荷槽部位腐蝕裂紋的宏觀形貌特征卸荷槽部位裂紋及金相組織形貌特征 裂紋在掃描電鏡下的形貌特征鐵路貨車搖枕出現(xiàn)裂紋的宏觀位置搖枕斷口宏觀照片目測可見的兩條亮線和焊補區(qū) 常見的滾動軸承失效形式接觸

3、疲勞失效接觸疲勞失效磨損失效磨損失效腐蝕失效腐蝕失效斷裂失效斷裂失效輪齒折斷輪齒折斷齒面點蝕齒面點蝕齒面磨損齒面磨損齒面膠合齒面膠合齒面塑性變形齒面塑性變形齒輪的失效齒輪的失效材料的選用u使用性能原則使用性能原則 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u工藝性能原則工藝性能原則材料的工藝性能應滿足生產(chǎn)工藝（鑄、鍛、焊、機加工、熱處理）（鑄、鍛、焊、機加工、熱處理）的要求u經(jīng)濟性原則經(jīng)濟性原則 應考慮材料的價格、零件的總成本 、國家的資源等因素 選材的原則u 機床齒輪機床齒輪 工作條件工作條件轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)，無強烈沖擊 性能指標性能指標心部HBS220250，齒面硬度

4、HRC52選材選材 45、 40Cr工藝路線工藝路線 鍛造正火正火粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工輪齒高頻淬火及低溫回火輪齒高頻淬火及低溫回火精磨 最終組織最終組織 心部：回火S齒面：回火M 說明：沖擊載荷小的低速齒輪也可采用說明：沖擊載荷小的低速齒輪也可采用HT250HT250、HT350HT350、QT500-5QT500-5、QT600-2QT600-2等鑄鐵制造等鑄鐵制造u 載重汽車變速箱齒輪載重汽車變速箱齒輪工作條件工作條件受力較大，受沖擊頻繁。 性能指標性能指標耐磨性、疲勞強度、心部強度、沖擊韌性等均要求比機床齒輪高 （b1000MPa，aKU250J ，齒面硬度HRC55 ）選材選材 20C

5、rMnTi、20Cr 工藝路線工藝路線 鍛造正火正火機加工滲滲C、淬火低溫回火淬火低溫回火噴丸磨削 最終組織最終組織 心部：回火M + F齒面：回火M + 碳化物 + Ar 典型工件的選材與工藝典型工件的選材與工藝u 機床主軸機床主軸工作條件與性能要求工作條件與性能要求 ：受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復合應力，載荷和轉(zhuǎn)速不高，沖擊載荷不大，一般綜合機械性能即可；大端軸頸、錐孔與卡盤、頂尖間有摩擦，要有較高硬度和耐磨性。選材與工藝：選材與工藝：l普通車床（輕載）主軸普通車床（輕載）主軸 45，調(diào)質(zhì)或正火+軸頸高頻表面淬火。 鍛造正火正火粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工軸頸軸頸表面淬火低溫回火表面淬火低溫回火磨削 心部：

6、回火S軸頸表面：回火Ml銑床（中載）主軸銑床（中載）主軸 40Cr，調(diào)質(zhì)+軸頸高頻表面淬火。l組合機床（重載）主軸組合機床（重載）主軸 20CrMnTi 、20Cr，滲C+淬火+回火處理。l精密鏜床（高精度）主軸精密鏜床（高精度）主軸 38CrMoAl ，調(diào)質(zhì) + N化 + 時效。典型工件的選材及工藝典型工件的選材及工藝C620車床主軸典型工件的選材及工藝典型工件的選材及工藝u 175A型農(nóng)用柴油機型農(nóng)用柴油機曲軸曲軸 性能性能功率和承受載荷不大；軸頸部要有較高硬度及耐磨 b750MPa，整體硬度240260HBS，軸頸表面硬度 (HRC55) 選材選材QT700-2 工藝工藝 鑄造高溫正火高

7、溫回火機加工軸頸 N化 最終組織最終組織 P + G + 少量F 熱處理工藝熱處理工藝 880920正火 + 500600回火 + 軸頸 N化典型工件的選材及工藝典型工件的選材及工藝u 連桿連桿 性能性能承受多種力的作用，要求綜合性能好 選材選材45、40Cr、球墨鑄鐵 工藝工藝 鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工 最終組織最終組織 回火索氏體u 手手工工刃具刃具（手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡單、低速刃具） 性能性能高硬度、高耐磨性，紅硬性和強韌性要求不高 選材選材碳素工具鋼，T8、T10、T12等 工藝工藝 鍛造球化退火機加工淬火低溫回火 最終組織最終組織 回火M 典型工件的選材及工藝典型工件

8、的選材及工藝u 低速切削、形狀較復雜的刃具低速切削、形狀較復雜的刃具 （絲錐、板牙、拉刀等 T工作 300 C） 性能性能高硬度、高耐磨性，一定的熱硬性和韌性 選材選材9SiCr、CrWMn 工藝工藝 鍛造球化退火機加工淬火低溫回火 最終組織最終組織 回火M板牙絲錐u高速切削用的刃具高速切削用的刃具（高速車刀、鉆頭、銑刀等 T工作750MPa，整體硬度整體硬度240260HBS， 軸頸表面硬度軸頸表面硬度625HV (HRC55), 2%, aKU150kJ/m2。選材選材 QT700-2熱處理工藝熱處理工藝 880920正火正火 + 500600回火回火 + 軸頸軸頸 N化化最終組織最終組織

9、 P + G + 少量少量F 工藝路線工藝路線 鑄造鑄造高溫正火高溫正火高溫回火高溫回火機加工機加工軸頸軸頸 N化化 課堂練習課堂練習2、齒輪選材、齒輪選材性能要求性能要求 齒面硬度（決定彎曲、接觸疲勞強度，耐磨性）齒面硬度（決定彎曲、接觸疲勞強度，耐磨性）強度，韌性。強度，韌性。 選材選材調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) + 表面淬火表面淬火 + 低溫回火低溫回火 滲滲C鋼鋼 硬度、韌性高。硬度、韌性高。實例實例 載重汽車變速箱齒輪載重汽車變速箱齒輪性能指標性能指標 b1000MPa，aKU250J ，齒面硬度齒面硬度HRC55 。選材選材 20CrMnTi，b 1080MPa ， aKU2 55J，

10、齒面齒面HRC5863 。最終熱處理工藝最終熱處理工藝 930滲滲C + 預冷預冷830油淬油淬 + 200回火回火最終組織最終組織 心部：回火心部：回火M + F齒面：回火齒面：回火M + 碳化物碳化物 + A 工藝路線工藝路線 鍛造鍛造正火正火機加工機加工滲滲C、淬火低溫回火淬火低溫回火噴丸噴丸磨削磨削3、機床主軸選材、機床主軸選材性能要求性能要求 強度、塑韌性，疲勞強度，軸頸耐磨性。強度、塑韌性，疲勞強度，軸頸耐磨性。普通車床（輕載）主軸普通車床（輕載）主軸 45鋼調(diào)質(zhì)或正火，軸頸高頻表面淬火。鋼調(diào)質(zhì)或正火，軸頸高頻表面淬火。銑床（中載）主軸銑床（中載）主軸 40Cr等調(diào)質(zhì)，軸頸高頻表面淬火。等調(diào)質(zhì)，軸頸高頻表面淬火。組合機床（重載）主軸組合機床（重載）主軸 20CrMnTi ，經(jīng)滲經(jīng)滲C、淬火、回火處理。淬火、回火處理。精密鏜床（高精度）主軸精密鏜床（高精度）主軸 38CrMoAl ，調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) + N化化 + 時效。時效。實例實例 C620 車床主軸，綜合機械性能一般；大端軸頸等部位耐磨性高車床主軸，綜合機械性能一般；大端軸頸等部位耐磨性高性能指標性能指標 硬度硬度220