零部件的失效與選材精編版

1、 n 每種機(jī)器零件都具有一定的功能，或完成規(guī)定的運(yùn)每種機(jī)器零件都具有一定的功能，或完成規(guī)定的運(yùn) 動(dòng)，或傳遞力、力矩或能量。當(dāng)零部件喪失預(yù)定的動(dòng)，或傳遞力、力矩或能量。當(dāng)零部件喪失預(yù)定的 功能時(shí)，即零件已功能時(shí)，即零件已。 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：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： l 零件完全破壞，不能繼續(xù)工作；零件完全破壞，不能繼續(xù)工作； l 零件嚴(yán)重?fù)p傷，不能保證工作安全；零件嚴(yán)重?fù)p傷，不能保證工作安全； l 零件雖能安全工作，但工作低效。零件雖能安全工作，但工作低效。 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零件的失效形式比

2、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變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類三大類 型。型。 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 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) 失效分析的目

3、的是揭示零件失效的根本原因。影響失效的因素很多，要利用失效分析的目的是揭示零件失效的根本原因。影響失效的因素很多，要利用 宏觀和微觀宏觀和微觀的研究手段進(jìn)行系統(tǒng)的分析。的研究手段進(jìn)行系統(tǒng)的分析。 以失效抗力指標(biāo)為線索的失效分析思路示意圖以失效抗力指標(biāo)為線索的失效分析思路示意圖 n該思路是材料工作者常用的、比較綜合的方法。是工程材料開(kāi)發(fā)、研究和推廣該思路是材料工作者常用的、比較綜合的方法。是工程材料開(kāi)發(fā)、研究和推廣 使用的有效方法之一。使用的有效方法之一。 失效樹(shù)分析失效樹(shù)分析 n失效分析失效分析是從結(jié)果求原因的逆向認(rèn)識(shí)失效本質(zhì)的過(guò)程。結(jié)是從結(jié)果求原因的逆向認(rèn)識(shí)失效本質(zhì)的過(guò)程。結(jié)果果和原和原因因

4、具有雙重性，失具有雙重性，失 效分析可以從原因入手，也可以從結(jié)果入手，也可以從失效的某個(gè)過(guò)程入手。效分析可以從原因入手，也可以從結(jié)果入手，也可以從失效的某個(gè)過(guò)程入手。 “順藤摸瓜順藤摸瓜” 以失效過(guò)程中間狀態(tài)的現(xiàn)象為原因，推斷過(guò)程進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果，直至過(guò)程的終點(diǎn)以失效過(guò)程中間狀態(tài)的現(xiàn)象為原因，推斷過(guò)程進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果，直至過(guò)程的終點(diǎn) 結(jié)果。結(jié)果。 “順藤找根順藤找根” 以失效過(guò)程中間狀態(tài)的現(xiàn)象為結(jié)果，推斷該過(guò)程退一步的原因，直至過(guò)程起始狀態(tài)以失效過(guò)程中間狀態(tài)的現(xiàn)象為結(jié)果，推斷該過(guò)程退一步的原因，直至過(guò)程起始狀態(tài) 的直接原因。的直接原因。 “順瓜摸藤順瓜摸藤” 從過(guò)程中的終點(diǎn)結(jié)果出發(fā)，不斷由過(guò)程

5、的結(jié)果推斷其原因。從過(guò)程中的終點(diǎn)結(jié)果出發(fā)，不斷由過(guò)程的結(jié)果推斷其原因。 “順根摸藤順根摸藤” 從過(guò)程起始狀態(tài)的原因出發(fā)，不斷由過(guò)程的原因推斷其結(jié)果。從過(guò)程起始狀態(tài)的原因出發(fā)，不斷由過(guò)程的原因推斷其結(jié)果。 還有還有“順瓜摸藤順瓜摸藤+順藤找根順藤找根”、“順根摸藤順根摸藤+順藤摸瓜順藤摸瓜”、“順藤摸瓜順藤摸瓜+順藤找根順藤找根”等。等。 無(wú)損檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)是針對(duì)材料在冶金、加工、使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷和裂紋用無(wú)是針對(duì)材料在冶金、加工、使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷和裂紋用無(wú) 損探傷法進(jìn)行檢查，以查清其狀態(tài)及分布。損探傷法進(jìn)行檢查，以查清其狀態(tài)及分布。 斷口分析斷口分析是對(duì)斷口進(jìn)行全面的宏觀（肉眼、低倍顯微鏡

6、）及微觀（高是對(duì)斷口進(jìn)行全面的宏觀（肉眼、低倍顯微鏡）及微觀（高 倍顯微鏡、電子顯微鏡）觀察分析，確定裂紋的倍顯微鏡、電子顯微鏡）觀察分析，確定裂紋的發(fā)源地、擴(kuò)展區(qū)和最發(fā)源地、擴(kuò)展區(qū)和最 終斷裂區(qū)終斷裂區(qū)，判斷出斷裂的性質(zhì)和機(jī)理。，判斷出斷裂的性質(zhì)和機(jī)理。 通過(guò)觀察分析零件（特別是失效源周圍）顯微組織構(gòu)成情況，如組織組通過(guò)觀察分析零件（特別是失效源周圍）顯微組織構(gòu)成情況，如組織組 成物的形態(tài)、粗細(xì)、數(shù)量、分布及其均勻性等，辨析各種組織缺陷及失成物的形態(tài)、粗細(xì)、數(shù)量、分布及其均勻性等，辨析各種組織缺陷及失 效源周圍組織的變化，對(duì)組織是否正常作出判斷。效源周圍組織的變化，對(duì)組織是否正常作出判斷。

7、檢驗(yàn)材料整體或局部區(qū)域的成分是否符合設(shè)計(jì)要求。檢驗(yàn)材料整體或局部區(qū)域的成分是否符合設(shè)計(jì)要求。 檢查分析失效零件的應(yīng)力分布、承載能力以及脆斷傾向等。檢查分析失效零件的應(yīng)力分布、承載能力以及脆斷傾向等。 T型法則型法則 分叉法則分叉法則 B裂紋產(chǎn)生在后裂紋產(chǎn)生在后 A裂紋產(chǎn)生在前裂紋產(chǎn)生在前 裂紋擴(kuò)展方向裂紋擴(kuò)展方向 根據(jù)人字紋路的走向和放射棱線匯聚方向確定根據(jù)人字紋路的走向和放射棱線匯聚方向確定裂紋區(qū)裂紋區(qū)。 源區(qū)源區(qū)源區(qū)源區(qū) 結(jié)晶狀，平齊而光亮，有閃亮小晶面。無(wú)明顯變形。結(jié)晶狀，平齊而光亮，有閃亮小晶面。無(wú)明顯變形。 平坦的解理臺(tái)階與河流花樣。平坦的解理臺(tái)階與河流花樣。 宏觀形貌宏觀形貌 微觀

8、解理花樣微觀解理花樣 回火脆性斷口回火脆性斷口 應(yīng)力腐蝕斷口應(yīng)力腐蝕斷口 脆性斷裂沿晶斷口脆性斷裂沿晶斷口 纖維狀，色質(zhì)灰暗纖維狀，色質(zhì)灰暗, 有明顯的塑性變形。有明顯的塑性變形。 大小不等的大小不等的韌窩韌窩。 纖維狀韌性宏觀斷口纖維狀韌性宏觀斷口 微觀典型韌窩形貌微觀典型韌窩形貌 疲勞源疲勞源 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) “貝紋貝紋”狀花樣狀花樣 瞬時(shí)斷裂區(qū)瞬時(shí)斷裂區(qū) 疲勞斷口宏觀形貌疲勞斷口宏觀形貌 疲勞斷口示意圖疲勞斷口示意圖 疲勞條紋的微觀圖象疲勞條紋的微觀圖象 齒輪是機(jī)械設(shè)備中運(yùn)用極廣的傳動(dòng)零件。齒輪是機(jī)械設(shè)備中運(yùn)用極廣的傳動(dòng)零件。齒表面受到接觸力和摩擦力齒表面受到接觸力和摩擦力

9、的作的作 用；用；齒根部受到交變彎曲應(yīng)力齒根部受到交變彎曲應(yīng)力的作用；此外由于過(guò)載和換檔時(shí)的的作用；此外由于過(guò)載和換檔時(shí)的沖擊沖擊還會(huì)還會(huì) 產(chǎn)生附加應(yīng)力。產(chǎn)生附加應(yīng)力。 齒輪的疲勞斷裂齒輪的疲勞斷裂（宏觀）（宏觀） 失效形式失效形式失失 效效 的的 原原 因因 齒面接觸齒面接觸 疲勞破壞疲勞破壞 在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂 紋，裂紋發(fā)展引起點(diǎn)狀剝落（或稱麻紋，裂紋發(fā)展引起點(diǎn)狀剝落（或稱麻 點(diǎn)）。點(diǎn)）。 疲勞斷裂疲勞斷裂 從齒根部發(fā)生，由過(guò)大的交變彎曲應(yīng)力從齒根部發(fā)生，由過(guò)大的交變彎曲應(yīng)力 所致，是齒輪最嚴(yán)重的失效形式。所致，是齒輪最嚴(yán)重的失效形式。 齒

10、面磨損齒面磨損 由于齒面接觸區(qū)摩擦，輪齒變薄。由于齒面接觸區(qū)摩擦，輪齒變薄。 過(guò)載斷裂過(guò)載斷裂 主要是沖擊載荷過(guò)大造成的斷齒。主要是沖擊載荷過(guò)大造成的斷齒。 車軸在運(yùn)行時(shí)承受著彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，車軸材料通常具有較好的塑韌性，車軸在運(yùn)行時(shí)承受著彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，車軸材料通常具有較好的塑韌性， 其形狀又有很好的對(duì)稱性，所以車軸具有疲勞斷裂的完整過(guò)程（其形狀又有很好的對(duì)稱性，所以車軸具有疲勞斷裂的完整過(guò)程（疲勞裂疲勞裂 紋形成、裂紋擴(kuò)展、最終瞬時(shí)斷裂紋形成、裂紋擴(kuò)展、最終瞬時(shí)斷裂）。）。 疲勞源在軸疲勞源在軸內(nèi)部?jī)?nèi)部，由嚴(yán)重冶金缺陷引起裂紋萌生；，由嚴(yán)重冶金缺陷引起裂紋萌生； 疲勞源在軸疲勞源在軸表面表

11、面，由表面加工缺陷引起缺口效應(yīng)，由表面加工缺陷引起缺口效應(yīng)， 致使裂紋萌生。致使裂紋萌生。 疲勞源疲勞源 斷口面基斷口面基 本與軸向本與軸向 垂直垂直 設(shè)計(jì)不當(dāng)、嚴(yán)重缺設(shè)計(jì)不當(dāng)、嚴(yán)重缺 陷或過(guò)載陷或過(guò)載 斷口特征異常斷口特征異常 軸表面軸表面 異常異常 撞傷撞傷意外損傷意外損傷 疲勞裂紋源發(fā)生在車軸內(nèi)部疲勞裂紋源發(fā)生在車軸內(nèi)部冶金缺陷（殘余縮孔、冶金缺陷（殘余縮孔、 夾渣、空洞、成份偏析、夾雜物超標(biāo)等）夾渣、空洞、成份偏析、夾雜物超標(biāo)等） 車軸車軸 疲勞疲勞 斷裂斷裂 分析分析 機(jī)加工缺陷機(jī)加工缺陷機(jī)加工不當(dāng)機(jī)加工不當(dāng) 腐蝕產(chǎn)物腐蝕產(chǎn)物環(huán)境腐蝕環(huán)境腐蝕 磨損產(chǎn)物磨損產(chǎn)物微動(dòng)摩擦微動(dòng)摩擦 化學(xué)成

12、份化學(xué)成份冶煉工藝不當(dāng)冶煉工藝不當(dāng) 力學(xué)性力學(xué)性 能不合能不合 格格 金相組織金相組織冶煉、鍛造冶煉、鍛造 或熱處理或熱處理工藝不當(dāng)工藝不當(dāng) 疲勞裂紋疲勞裂紋 源發(fā)生在源發(fā)生在 車軸表面車軸表面 斷口面與軸向成斷口面與軸向成45 角角扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)大扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)大 失效形式失效形式失失 效效 的的 原原 因因 磨耗磨耗鋼軌與車輪接觸面表層發(fā)生磨損。鋼軌與車輪接觸面表層發(fā)生磨損。 壓潰壓潰輪軌接觸壓應(yīng)力使鋼軌表面發(fā)生塑性變形。輪軌接觸壓應(yīng)力使鋼軌表面發(fā)生塑性變形。 剝離剝離 交變接觸應(yīng)力使疲勞裂紋在鋼軌表層交變接觸應(yīng)力使疲勞裂紋在鋼軌表層( (次表層次表層) ) 形成擴(kuò)展至剝落。形成擴(kuò)展至剝落。 疲勞

13、裂紋或折斷疲勞裂紋或折斷 交變應(yīng)力引起疲勞裂紋的萌生交變應(yīng)力引起疲勞裂紋的萌生, ,并可能進(jìn)一步并可能進(jìn)一步 擴(kuò)展至斷裂。擴(kuò)展至斷裂。 擦傷擦傷 輪軌接觸面發(fā)生熱機(jī)械作用輪軌接觸面發(fā)生熱機(jī)械作用, , 導(dǎo)致組織產(chǎn)生導(dǎo)致組織產(chǎn)生 相變，由珠光體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體組織。相變，由珠光體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體組織。 銹蝕銹蝕腐蝕環(huán)境作用。腐蝕環(huán)境作用。 鋼軌的失效行為鋼軌的失效行為 軌頭側(cè)面磨耗軌頭側(cè)面磨耗 軌頭踏面被壓潰及出現(xiàn)飛邊軌頭踏面被壓潰及出現(xiàn)飛邊 魚鱗狀裂紋和剝離坑魚鱗狀裂紋和剝離坑 鐵路全天候運(yùn)行，行程長(zhǎng)、工作條件較惡劣，鐵路全天候運(yùn)行，行程長(zhǎng)、工作條件較惡劣，磨耗、腐蝕、疲勞斷裂磨耗、腐蝕、疲勞

14、斷裂是其主要是其主要 失效形式。失效形式。 鋼軌使用初期出現(xiàn)的縱向劈裂等主要與鋼軌的內(nèi)部和表面質(zhì)量有關(guān)，如非鋼軌使用初期出現(xiàn)的縱向劈裂等主要與鋼軌的內(nèi)部和表面質(zhì)量有關(guān)，如非 金屬夾雜物、白點(diǎn)、偏析、殘余縮孔、翻皮、折疊等引起的核傷。金屬夾雜物、白點(diǎn)、偏析、殘余縮孔、翻皮、折疊等引起的核傷。 表面損傷（表面剝離、壓潰、擦傷、機(jī)械碰撞等）、鋼軌結(jié)構(gòu)引起的局部表面損傷（表面剝離、壓潰、擦傷、機(jī)械碰撞等）、鋼軌結(jié)構(gòu)引起的局部 高應(yīng)力可能導(dǎo)致疲勞裂紋甚至折斷。高應(yīng)力可能導(dǎo)致疲勞裂紋甚至折斷。 軌頭嚴(yán)重磨耗、壓潰等則主要與鋼軌的強(qiáng)度與負(fù)荷有關(guān)。軌頭嚴(yán)重磨耗、壓潰等則主要與鋼軌的強(qiáng)度與負(fù)荷有關(guān)。 夾雜物引起

15、的核傷斷口（白核）夾雜物引起的核傷斷口（白核） 表面剝離引起的核傷斷口表面剝離引起的核傷斷口 首次開(kāi)發(fā)生產(chǎn)一種新產(chǎn)品、新零件或新裝置；首次開(kāi)發(fā)生產(chǎn)一種新產(chǎn)品、新零件或新裝置； 現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)和更新?lián)Q代；現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)和更新?lián)Q代； 零件過(guò)早失效甚至災(zāi)難性事故發(fā)生后，需重新選材。零件過(guò)早失效甚至災(zāi)難性事故發(fā)生后，需重新選材。 n傳統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 把選材歸入設(shè)計(jì)過(guò)程的后期；把選材歸入設(shè)計(jì)過(guò)程的后期； 根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選材；根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選材； 采用過(guò)大的安全系數(shù)；采用過(guò)大的安全系數(shù)； 傾向于選用所謂傾向于選用所謂“萬(wàn)能材料萬(wàn)能材料”。 n現(xiàn)代設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì) 隨著設(shè)計(jì)理論的完善和設(shè)計(jì)過(guò)

16、程的計(jì)算機(jī)化，材料在更加接近失效極限隨著設(shè)計(jì)理論的完善和設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算機(jī)化，材料在更加接近失效極限 的范圍內(nèi)使用，選材的安全系數(shù)越來(lái)越小，難度越來(lái)越大。的范圍內(nèi)使用，選材的安全系數(shù)越來(lái)越小，難度越來(lái)越大。 使用性原則使用性原則 工藝性原則工藝性原則 經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則 環(huán)境與資源原則環(huán)境與資源原則 根本原則根本原則 首要原則首要原則 首要原則首要原則 分析零件的工作條件；分析零件的工作條件； 進(jìn)行失效分析；進(jìn)行失效分析； 確定零件對(duì)使用性能的要求；確定零件對(duì)使用性能的要求； 具體轉(zhuǎn)化為力學(xué)性能指標(biāo)（如強(qiáng)度、韌性、塑性、硬度等）；具體轉(zhuǎn)化為力學(xué)性能指標(biāo)（如強(qiáng)度、韌性、塑性、硬度等）； 根據(jù)工作

17、應(yīng)力、使用壽命或安全性，確定性能指標(biāo)的具體數(shù)值。根據(jù)工作應(yīng)力、使用壽命或安全性，確定性能指標(biāo)的具體數(shù)值。 設(shè)計(jì)中所作出的選材決定必然會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)要求，因設(shè)計(jì)中所作出的選材決定必然會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)要求，因 此選材在某種程度上此選材在某種程度上“決定決定”了制造方法。了制造方法。 一旦發(fā)現(xiàn)不能很經(jīng)濟(jì)地將選用的材料加工成所要求的形狀，那么已選一旦發(fā)現(xiàn)不能很經(jīng)濟(jì)地將選用的材料加工成所要求的形狀，那么已選 定的材料將變得毫無(wú)意義。定的材料將變得毫無(wú)意義。 機(jī)械制造機(jī)械制造采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎ淖儾牧系男螤詈托再|(zhì)，獲得合格的采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒?，改變材料的形狀和性質(zhì)，獲得合格的 零件

18、并加以合理組裝的過(guò)程。零件并加以合理組裝的過(guò)程。 流動(dòng)成形、切削成形、連接成形流動(dòng)成形、切削成形、連接成形 在各階段會(huì)有變化，并可借助于在各階段會(huì)有變化，并可借助于 熱處理及表面改性處理進(jìn)行性能熱處理及表面改性處理進(jìn)行性能 的重塑。的重塑。 l一定的形狀和尺寸一定的形狀和尺寸 l一定的性能一定的性能 l一定的精度一定的精度 n金屬材料的工藝路線金屬材料的工藝路線 粉粉 末末 冶冶 金金 焊焊 接接 塑塑 性性 成成 形形 鑄鑄 造造 毛毛 坯坯 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理 零零 件件 切削加工切削加工 最終熱處理最終熱處理 n 高分子材料的工藝路線高分子材料的工藝路線 有機(jī)物原料或型材有機(jī)物原料或型

19、材 成形加工成形加工切削加工切削加工 零零 件件 焊接等焊接等 熱壓、注塑、擠壓、噴熱壓、注塑、擠壓、噴 射、真空成形等射、真空成形等 n 陶瓷材料的工藝路線陶瓷材料的工藝路線 粉末粉末 成成 形形 加加 工工 配料配料壓制壓制燒結(jié)燒結(jié) 磨削加工磨削加工零件零件 熱處理熱處理 根本原則根本原則 產(chǎn)品消費(fèi)的總成本產(chǎn)品消費(fèi)的總成本 購(gòu)置價(jià)格購(gòu)置價(jià)格使用成本使用成本 固定成本固定成本制造廠利潤(rùn)制造廠利潤(rùn) 維護(hù)費(fèi)維護(hù)費(fèi) 維修費(fèi)維修費(fèi) 保險(xiǎn)費(fèi)保險(xiǎn)費(fèi) 折舊費(fèi)折舊費(fèi) 日常開(kāi)支日常開(kāi)支 行政費(fèi)行政費(fèi) 批發(fā)與零售費(fèi)批發(fā)與零售費(fèi) 研究與開(kāi)發(fā)費(fèi)研究與開(kāi)發(fā)費(fèi) 可變成本可變成本 （生產(chǎn)成本）（生產(chǎn)成本） 基本材料成本基

20、本材料成本 制造成本制造成本 在許多工業(yè)產(chǎn)品中，材料的價(jià)格約占產(chǎn)品價(jià)格的在許多工業(yè)產(chǎn)品中，材料的價(jià)格約占產(chǎn)品價(jià)格的3070%。 提煉和制取的成本；提煉和制取的成本； 礦物資源的儲(chǔ)量、開(kāi)采成本、礦石品位等；礦物資源的儲(chǔ)量、開(kāi)采成本、礦石品位等； 材料的提純、合金化（合成）成本材料的提純、合金化（合成）成本 ； 加工增值成本加工增值成本 ； 供求關(guān)系所造成的價(jià)格波動(dòng)。供求關(guān)系所造成的價(jià)格波動(dòng)。 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼1 鉻不銹鋼鉻不銹鋼5 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼1.25 鉻鎳不銹鋼鉻鎳不銹鋼15 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼1.31.5 灰口鑄鐵灰口鑄鐵1.4 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)

21、鋼（Cr-Ni鋼鋼 除外）除外） 1.72.5 球墨鑄鐵球墨鑄鐵1.8 鉻鎳合金結(jié)構(gòu)鋼（中鉻鎳合金結(jié)構(gòu)鋼（中 合金鋼）合金鋼） 5 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵22.2 滾珠軸承鋼滾珠軸承鋼3 鑄造鋁合金、銅合金鑄造鋁合金、銅合金810 碳素工具鋼碳素工具鋼1.6 普通黃銅普通黃銅1317 低合金工具鋼低合金工具鋼34 錫青銅、鋁青銅錫青銅、鋁青銅19 高速鋼高速鋼1620 鈦合金鈦合金5080 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金150200 工程塑料工程塑料515 n目前在機(jī)械制造業(yè)中，我國(guó)鋼材平均利用率為目前在機(jī)械制造業(yè)中，我國(guó)鋼材平均利用率為65%，而美國(guó)達(dá)到，而美國(guó)達(dá)到 80%。我國(guó)材料費(fèi)用在機(jī)械產(chǎn)品成本中占的比例

22、，普遍高于國(guó)外同。我國(guó)材料費(fèi)用在機(jī)械產(chǎn)品成本中占的比例，普遍高于國(guó)外同 類產(chǎn)品的比例。因此通過(guò)采用少、無(wú)切屑工藝，大幅度降低材料消類產(chǎn)品的比例。因此通過(guò)采用少、無(wú)切屑工藝，大幅度降低材料消 耗的成本，對(duì)于我國(guó)制造業(yè)而言具有尤為重要的意義。耗的成本，對(duì)于我國(guó)制造業(yè)而言具有尤為重要的意義。 能源和資源消耗少能源和資源消耗少 重要金屬的世界儲(chǔ)量（重要金屬的世界儲(chǔ)量（2004年）年） 世界能源儲(chǔ)藏量（2004年） 環(huán)境污染小環(huán)境污染小 材料材料 礦物燃料能耗礦物燃料能耗排碳量排碳量 MJ/kgMJ/m3kg/tkg/m3 木材木材1.52.8750139030561528 混凝土混凝土2.048005

23、0120 鋼材鋼材35266,0007005320 一次鋁一次鋁4351,100,000870022,000 再生鋁再生鋁1333,000 齒輪工作時(shí)的受力情況齒輪工作時(shí)的受力情況 l由于傳遞扭矩，齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力；由于傳遞扭矩，齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力； l齒面相互滾動(dòng)和滑動(dòng)，承受較大的接觸應(yīng)力并產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦；齒面相互滾動(dòng)和滑動(dòng)，承受較大的接觸應(yīng)力并產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦； l在換擋、啟動(dòng)或嚙合不良時(shí)，齒部承受一定的沖擊載荷；在換擋、啟動(dòng)或嚙合不良時(shí)，齒部承受一定的沖擊載荷； l因加工、安裝不當(dāng)或齒、軸變形等引起的齒面接觸不良，以及外來(lái)灰塵、金屬屑等因加工、安裝不當(dāng)或齒、軸變形等引

24、起的齒面接觸不良，以及外來(lái)灰塵、金屬屑等 硬質(zhì)微粒的侵入，都會(huì)成為附加載荷使工作條件惡化。硬質(zhì)微粒的侵入，都會(huì)成為附加載荷使工作條件惡化。 齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 根據(jù)齒輪的工作條件，其主要失效形式是根據(jù)齒輪的工作條件，其主要失效形式是斷齒斷齒，齒面剝落齒面剝落、磨損及過(guò)量塑性變形磨損及過(guò)量塑性變形等。等。 齒輪對(duì)材料性能的要求齒輪對(duì)材料性能的要求 根據(jù)齒輪的受力情況和失效形式，要求齒輪應(yīng)具備：根據(jù)齒輪的受力情況和失效形式，要求齒輪應(yīng)具備： l具有高的接觸疲勞強(qiáng)度；具有高的接觸疲勞強(qiáng)度； l高的彎曲疲勞強(qiáng)度，特別是齒根處要有足夠的強(qiáng)度；高的彎曲疲勞強(qiáng)度，特別是齒根處要有足夠的強(qiáng)度

25、； l高的齒面硬度和耐磨性；高的齒面硬度和耐磨性； l足夠的心部強(qiáng)度和韌性；足夠的心部強(qiáng)度和韌性； l淬火變形及組織內(nèi)部缺陷控制在允許的范圍內(nèi)等。淬火變形及組織內(nèi)部缺陷控制在允許的范圍內(nèi)等。 機(jī)床齒輪的選材機(jī)床齒輪的選材 機(jī)床齒輪主要用于傳遞動(dòng)力，改變運(yùn)動(dòng)速度和方向，載荷不大，工作平穩(wěn)無(wú)機(jī)床齒輪主要用于傳遞動(dòng)力，改變運(yùn)動(dòng)速度和方向，載荷不大，工作平穩(wěn)無(wú) 強(qiáng)烈沖擊，轉(zhuǎn)速也不很高，工作條件較好。一般選用強(qiáng)烈沖擊，轉(zhuǎn)速也不很高，工作條件較好。一般選用調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼制造，如制造，如4040鋼，鋼， 4545鋼，鋼，40Cr40Cr，42SiMn42SiMn等，經(jīng)調(diào)質(zhì)（或正火）、高頻感應(yīng)加熱淬火、低溫回火

26、等，經(jīng)調(diào)質(zhì)（或正火）、高頻感應(yīng)加熱淬火、低溫回火 即可達(dá)到使用要求。即可達(dá)到使用要求。 隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，機(jī)床中也出現(xiàn)了高速且承受沖擊載荷較大的重要齒輪隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，機(jī)床中也出現(xiàn)了高速且承受沖擊載荷較大的重要齒輪 （如立式車床上的一些齒輪），這種情況下，宜選（如立式車床上的一些齒輪），這種情況下，宜選20CrMnTi20CrMnTi、2020r r等等合金滲合金滲 碳鋼碳鋼制造，經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火處理使之達(dá)到使用要求。制造，經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火處理使之達(dá)到使用要求。 下料下料齒坯鍛造齒坯鍛造正火（正火（850850 870870空冷）空冷）粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) （840840860860油淬，油淬，600600650650回回 火）火）精加工精加工高頻感應(yīng)加熱淬火高頻感應(yīng)加熱淬火 （86086088