材料成型原理

材料的選用零件的失效選材的原則典型零件的選材

零件的失效什么是失效：失去設(shè)計(jì)要求的功能失效的基本類型失效的主要原因①完全不能工作②雖仍能工作，但已不能完成指定的功能或工作低效；③有嚴(yán)重?fù)p傷，不能確保安全工作①斷裂失效②過(guò)量變形失效（畸變失效）③表面損傷失效①設(shè)計(jì)缺陷②選材不當(dāng)或材質(zhì)存在缺陷③制造工藝問題④裝配調(diào)試因素⑤運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素典型零件的工作條件、失效形式及主要機(jī)械性能指標(biāo)零件工作條件常見失效形式性能要求應(yīng)力

種類載荷

性質(zhì)受載

狀態(tài)螺栓拉、剪靜載--過(guò)量變形，斷裂強(qiáng)度，塑性傳動(dòng)軸彎、扭循環(huán)

沖擊軸頸

摩擦疲勞斷裂，過(guò)量變形

軸頸磨損綜合力學(xué)性能傳動(dòng)齒輪壓、彎循環(huán)

沖擊摩擦

振動(dòng)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(qiáng)度及韌性彈簧扭、彎交變

沖擊振動(dòng)彈性失穩(wěn)，

疲勞破壞彈性極限，屈強(qiáng)比

疲勞極限螺栓的脆性斷裂韌性扭轉(zhuǎn)過(guò)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(cè)可見的兩條亮線和焊補(bǔ)區(qū)

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)蝕齒面磨損齒面膠合齒面塑性變形齒輪的失效材料的選用使用性能原則

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

選材的原則機(jī)床齒輪工作條件——轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)，無(wú)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(shuō)明：沖擊載荷小的低速齒輪也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等鑄鐵制造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，aKU2≥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+Ar

典型工件的選材與工藝機(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，沖擊載荷不大，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，要有較高硬度和耐磨性。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。

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

175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸

性能——功率和承受載荷不大；軸頸部要有較高硬度及耐磨

σb>750MPa，整體硬度240～260HBS，軸頸表面硬度≥(HRC55)

選材——QT700-2工藝——鑄造→高溫正火→高溫回火→機(jī)加工→軸頸

N化

最終組織

——P+G+少量F

熱處理工藝

——880~920℃正火+500～600℃回火+軸頸

N化典型工件的選材及工藝連桿

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

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）

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

典型工件的選材及工藝

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，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板牙絲錐高速切削用的刃具（高速車刀、鉆頭、銑刀等

T工作<600oC)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

齒輪滾刀典型工件的選材及工藝典型彈簧選材

汽車板簧

——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

——回火T自行車彈簧——承受載荷小,精度要求不高選材——60、65、65Mn

工藝——下料→冷拔加工成型→淬火+中溫回火

最終組織

——回火T

板彈簧拉伸螺旋彈簧1、內(nèi)燃機(jī)曲軸選材性能要求——強(qiáng)度，韌性，彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸耐磨性。選材——調(diào)質(zhì)鋼（韌性高）、球墨鑄鐵。實(shí)例——175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸性能指標(biāo)——σb>750MPa，整體硬度240～260HBS，

軸頸表面硬度≥625HV(HRC55),δ≥2%,aKU≥150kJ/m2。選材——QT700-2熱處理工藝——880~920℃正火+500～600℃回火+軸頸

N化最終組織——P+G+

少量F

工藝路線——鑄造→高溫正火→高溫回火→機(jī)加工→軸頸

N化

課堂練習(xí)2、齒輪選材性能要求——齒面硬度（決定彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度，耐磨性）強(qiáng)度，韌性。選材

調(diào)質(zhì)鋼——調(diào)質(zhì)+表面淬火+低溫回火滲C鋼——硬度、韌性高。實(shí)例——載重汽車變速箱齒輪性能指標(biāo)——σb>1000MPa，aKU2≥50J

，齒面硬度≥HRC55。選材——20CrMnTi，σb

>1080MPa

，aKU2≥

55J，齒面HRC≥58~63。最終熱處理工藝——930℃滲C+預(yù)冷830℃油淬+200℃回火最終組織——心部：回火M+F齒面：回火M+碳化物+A'

工藝路線——鍛造→正火→機(jī)加工→滲C、淬火＋低溫回火→噴丸→磨削3、機(jī)床主軸選材性能要求——強(qiáng)度、塑韌性，疲勞強(qiáng)度，軸頸耐磨性。

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。銑床（中載）主軸——40Cr等調(diào)質(zhì)，軸頸高頻表面淬火。組合機(jī)床（重載）主軸——20CrMnTi，經(jīng)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)