工程材料學(xué)第10章工程材料的選用ppt課件

1、第九章第九章 工程資料的選用工程資料的選用內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：本章按照失效方式與失效機(jī)理對(duì)零件失效方式進(jìn)展本章按照失效方式與失效機(jī)理對(duì)零件失效方式進(jìn)展分類，引見各種失效方式，包括畸變失效、斷裂失分類，引見各種失效方式，包括畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效。論述機(jī)械零件選材原那效、磨損失效及腐蝕失效。論述機(jī)械零件選材原那么。么。學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：了解各種失效方式畸變失效、斷裂失效、磨損失了解各種失效方式畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效的特點(diǎn)。掌握機(jī)械零件選材原那效及腐蝕失效的特點(diǎn)。掌握機(jī)械零件選材原那么么學(xué)習(xí)建議：學(xué)習(xí)建議：在學(xué)習(xí)了有關(guān)資料的根本知識(shí)和各種工程資料之后，在學(xué)習(xí)了有關(guān)

2、資料的根本知識(shí)和各種工程資料之后，本章開場(chǎng)接觸到資料的實(shí)踐運(yùn)用，學(xué)習(xí)如何正確選本章開場(chǎng)接觸到資料的實(shí)踐運(yùn)用，學(xué)習(xí)如何正確選材及工藝道路設(shè)計(jì)。該當(dāng)綜合運(yùn)用前面幾章的根底材及工藝道路設(shè)計(jì)。該當(dāng)綜合運(yùn)用前面幾章的根底知識(shí)。知識(shí)。失效：主要指某零件由于某種緣由，導(dǎo)致其尺寸、外形失效：主要指某零件由于某種緣由，導(dǎo)致其尺寸、外形或材科的組織與性能的變化而不能完美地完成指定的或材科的組織與性能的變化而不能完美地完成指定的功能。失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故事例功能。失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故事例失效幾種情況：失效幾種情況：(1)零件完全破壞，不能繼續(xù)任務(wù)；零件完全破壞，不能繼續(xù)任務(wù)；(2)雖仍能平安任務(wù)，但不能稱心地起到預(yù)期的作用

3、。雖仍能平安任務(wù)，但不能稱心地起到預(yù)期的作用。(3)零件嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)任務(wù)不平安。零件嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)任務(wù)不平安。第一節(jié)：機(jī)械零件的失效第一節(jié)：機(jī)械零件的失效一一、失效的方式失效的方式按失效方式和其相應(yīng)的失效機(jī)理分類。按失效方式和其相應(yīng)的失效機(jī)理分類。失效方式：是指失效的外在宏觀表現(xiàn)和規(guī)律，失效方式：是指失效的外在宏觀表現(xiàn)和規(guī)律，失效機(jī)理：是指引起失效的微觀的物理、化學(xué)變化過失效機(jī)理：是指引起失效的微觀的物理、化學(xué)變化過程的本質(zhì)，這種失效方式和失效機(jī)理相結(jié)合的分類就是程的本質(zhì)，這種失效方式和失效機(jī)理相結(jié)合的分類就是宏觀和微觀相結(jié)合由表及里地提示失效的物理本質(zhì)的過宏觀和微觀相結(jié)合由表及里地提示失效

4、的物理本質(zhì)的過程。程。表是根據(jù)機(jī)械零件最常見的失效方式進(jìn)展的分類，歸表是根據(jù)機(jī)械零件最常見的失效方式進(jìn)展的分類，歸納為畸變失效、斷裂失效、外表損傷失效三大類型，每納為畸變失效、斷裂失效、外表損傷失效三大類型，每一類型又可分為幾種不同的情況，同時(shí)列出了各種類型一類型又可分為幾種不同的情況，同時(shí)列出了各種類型的失效所相應(yīng)的失效機(jī)理。的失效所相應(yīng)的失效機(jī)理。第一節(jié)第一節(jié)零件失效方式零件失效方式一、一、過量變形失效過量變形失效表達(dá)：表達(dá)：(1)不能接受所規(guī)定載荷；不能接受所規(guī)定載荷；(2)不能起到規(guī)定的作用；不能起到規(guī)定的作用；(3)與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾例如：車間用的大型吊

5、車，其大車橫例如：車間用的大型吊車，其大車橫粱經(jīng)過兩邊的各兩個(gè)車輪跨支于兩邊的鋼粱經(jīng)過兩邊的各兩個(gè)車輪跨支于兩邊的鋼軌上。當(dāng)其吊物任務(wù)時(shí)，橫粱必產(chǎn)生一定軌上。當(dāng)其吊物任務(wù)時(shí)，橫粱必產(chǎn)生一定的撓度，假設(shè)超越規(guī)定的許用撓度，兩邊的撓度，假設(shè)超越規(guī)定的許用撓度，兩邊車輪由于梁的彎曲變形以及相應(yīng)粱的兩端車輪由于梁的彎曲變形以及相應(yīng)粱的兩端過大轉(zhuǎn)角變形導(dǎo)致車輪擠住了軌道呵斥過大轉(zhuǎn)角變形導(dǎo)致車輪擠住了軌道呵斥畸變失效畸變失效(運(yùn)轉(zhuǎn)干擾運(yùn)轉(zhuǎn)干擾)。1彈性畸變失效彈性畸變失效彈性畸變的變形量是在彈性范圍內(nèi)變化，彈性畸變的變形量是在彈性范圍內(nèi)變化，不恰當(dāng)?shù)淖冃瘟繉?dǎo)致失效。不恰當(dāng)?shù)淖冃瘟繉?dǎo)致失效。拉、壓變形的桿、

6、柱類零件，過大的彈拉、壓變形的桿、柱類零件，過大的彈性畸變量導(dǎo)致支承件性畸變量導(dǎo)致支承件(如軸承如軸承)過載，過載，機(jī)械因喪失尺寸精度呵斥動(dòng)作失誤。機(jī)械因喪失尺寸精度呵斥動(dòng)作失誤。彎、扭變形的軸類零件，過大的彈性畸彎、扭變形的軸類零件，過大的彈性畸變量會(huì)呵斥軸上嚙合零件的嚴(yán)重偏載，變量會(huì)呵斥軸上嚙合零件的嚴(yán)重偏載，嚙合失常。如軸承的嚴(yán)重偏載，甚至嚙合失常。如軸承的嚴(yán)重偏載，甚至咬死，導(dǎo)致傳動(dòng)失效；咬死，導(dǎo)致傳動(dòng)失效；某些控制元件，如溫控元件，予定的彈某些控制元件，如溫控元件，予定的彈性變形性變形(撓度撓度)是溫控安裝的精度的保是溫控安裝的精度的保證。證。影響彈性畸變的主要要素有：零件外形、影響

7、彈性畸變的主要要素有：零件外形、尺寸、資料的彈性模量、零件任務(wù)的尺寸、資料的彈性模量、零件任務(wù)的溫度、載荷的大小。溫度、載荷的大小。2塑性畸變失效塑性畸變失效是外加應(yīng)力超越零件資料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯是外加應(yīng)力超越零件資料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形的塑性變形(永久變形永久變形)。影響要素：影響要素：(1)材質(zhì)缺陷材質(zhì)缺陷它包括資料本身的冶金缺陷和熱加工缺陷，其中它包括資料本身的冶金缺陷和熱加工缺陷，其中較為常見的是熱處置不良造較為常見的是熱處置不良造成的缺陷。如淬火時(shí)，成的缺陷。如淬火時(shí)，加熱溫度或冷卻速度不適宜，導(dǎo)致較軟的組織的形，加熱溫度或冷卻速度不適宜，導(dǎo)致較軟的組織的形，從而未到達(dá)

8、所需的硬度和屈服強(qiáng)度。導(dǎo)致零件在任從而未到達(dá)所需的硬度和屈服強(qiáng)度。導(dǎo)致零件在任務(wù)時(shí)發(fā)生塑性疇變失效。務(wù)時(shí)發(fā)生塑性疇變失效。(2)運(yùn)用不當(dāng)運(yùn)用不當(dāng)這是導(dǎo)致塑性畸變的另一緣由。運(yùn)用不當(dāng)主要是這是導(dǎo)致塑性畸變的另一緣由。運(yùn)用不當(dāng)主要是嚴(yán)重過載和光滑不當(dāng)。如齒輪傳動(dòng)是在過高的壓力嚴(yán)重過載和光滑不當(dāng)。如齒輪傳動(dòng)是在過高的壓力或光滑缺乏的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，齒面很能夠出現(xiàn)如鱗皺、或光滑缺乏的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，齒面很能夠出現(xiàn)如鱗皺、起脊等塑性畸變，導(dǎo)致齒輪失效。起脊等塑性畸變，導(dǎo)致齒輪失效。(3)設(shè)計(jì)失誤設(shè)計(jì)失誤它主要表現(xiàn)為對(duì)載荷估計(jì)缺乏，對(duì)溫度的影響、它主要表現(xiàn)為對(duì)載荷估計(jì)缺乏，對(duì)溫度的影響、材質(zhì)缺陷估計(jì)太低，以及短少

9、對(duì)一些重要零件的全材質(zhì)缺陷估計(jì)太低，以及短少對(duì)一些重要零件的全面質(zhì)量管理要求。面質(zhì)量管理要求。3 翹曲畸變失效 是一種大小與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而最終構(gòu)成了翹曲的外形，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲畸變失效。這種畸變往往是由溫度、外加裁荷、受力截面、資料組成等所引起的不均勻性的組合，其中以溫度變化，特別是高溫所導(dǎo)致的外形翹曲最為嚴(yán)重。二、外表損傷失效二、外表損傷失效l磨損磨損相互接觸的一對(duì)金屬外表，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)相互接觸的一對(duì)金屬外表，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬外表不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金金屬外表不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬外表形狀和尺寸改動(dòng)的景象。屬外表形狀和尺寸改動(dòng)的景象。1. 粘著磨損 兩個(gè)金屬

10、外表的微凸部分在部分高壓下產(chǎn)生部分粘結(jié)(固相粘著)，使資料從一個(gè)外表轉(zhuǎn)移到另一外表或撕下作為磨料留在兩個(gè)外表之間，這一景象稱為粘著磨損。 粘著磨損表示圖粘著磨損磨痕2. 磨料磨損 配合外表之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，因外來硬顆?；蛲獗砦⑼惑w的作用呵斥外表損傷被犁削構(gòu)成溝漕的磨損稱為磨粒(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3.犁削磨損 硬資料外表的微凸點(diǎn)切削較軟資料的外表，在較軟資料的外表構(gòu)成“犁溝?；钊h(huán)與缸套存在粘著磨損、犁削磨損拉缸景象、磨料磨損。 犁削磨損磨痕犁削磨損磨痕犁削磨損表示圖犁削磨損表示圖 4. 外表疲勞磨損 兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接

11、觸壓應(yīng)力作用下，使資料外表疲勞而產(chǎn)生資料損失的景象稱為外表疲勞磨損。 5. 沖刷磨損 沖刷磨損是由于含固態(tài)粒子的流體(常為液體)沖刷呵斥外表資料損失的磨損。 6. 腐蝕磨損 腐蝕磨損是金屬在摩擦過程中，同時(shí)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。 沖刷磨損表示圖沖刷磨損表示圖 三、三、斷裂失效斷裂失效機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效稱為斷裂失效。機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效稱為斷裂失效。1、斷裂失效的分類、斷裂失效的分類塑性斷裂塑性斷裂脆性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂蠕變失效斷裂蠕變失效斷裂2、斷口的分析方法、斷口的分析方法斷口分析是斷裂失效分析的關(guān)鍵，是斷裂失效分?jǐn)嗫诜治鍪菙嗔?/p>

12、失效分析的關(guān)鍵，是斷裂失效分析的導(dǎo)游，指引斷裂失效分析少走彎路。析的導(dǎo)游，指引斷裂失效分析少走彎路。例：金屬資料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀察例：金屬資料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀察看，可以看到斷口分為：看，可以看到斷口分為：F-纖維狀區(qū)纖維狀區(qū)R-放射狀區(qū)放射狀區(qū)S-剪切唇區(qū)剪切唇區(qū)斷口 脆性斷裂實(shí)物脆性斷裂實(shí)物 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)疲勞斷裂顯微形貌疲勞斷裂顯微形貌 汽車板簧斷裂失效 板簧外表存在嚴(yán)重的熱加工缺陷-折疊。 折疊呵斥了外表裂紋。疲勞源在折疊呵斥的外表裂紋處構(gòu)成。 根據(jù)板簧的安裝條件和任務(wù)情況分析，板簧斷裂位置處于

13、應(yīng)力集中處。 裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，最后呵斥板簧疲勞斷裂。四四.腐蝕失效腐蝕失效腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種外表損耗，它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電外表損耗，它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電化學(xué)作用的結(jié)果。化學(xué)作用的結(jié)果。一均勻腐蝕一均勻腐蝕均勻腐蝕均勻腐蝕：在整個(gè)金屬的外表均勻地發(fā)生腐蝕。在整個(gè)金屬的外表均勻地發(fā)生腐蝕。腐蝕均勻性的前提是：被腐蝕的金屬外表具有均勻的腐蝕均勻性的前提是：被腐蝕的金屬外表具有均勻的化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕環(huán)境包圍金屬外表是均勻化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕環(huán)境包圍金屬外表是均勻而且不受限制。而且不受限制

14、。均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕；鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕；銅在土壤里的銹蝕。銅在土壤里的銹蝕。 二)點(diǎn)腐蝕 腐蝕集中于部分，呈鋒利小孔，向深度擴(kuò)展成孔穴甚至穿透(孔蝕)。金屬外表受破害處和未受破害處構(gòu)成“部分電池，其中受破害處是陽極，未受破害處是陰極，腐蝕電流由陽極流向周圍的陰極，陽極處很快被腐蝕成小孔。點(diǎn)腐蝕表示圖點(diǎn)腐蝕表示圖 三) 晶間腐蝕腐蝕發(fā)生于晶粒邊境或其近旁。其主要緣由是晶界處化學(xué)成分不均勻。晶間腐蝕表示圖晶間腐蝕表示圖 腐蝕失效舉例 汽車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析 彈簧資料為碳素彈簧鋼.長(zhǎng)期在含有氧、硫的水

15、油混和物中浸泡，遭到嚴(yán)重腐蝕，外表腐蝕產(chǎn)物從資料外表剝落，減少了彈簧絲的截面，同時(shí)彈簧因腐蝕而變脆。 在閥芯遭到向上的作用力F時(shí)，彈簧破斷。閥芯失去密封作用。使氣體走漏，呵斥氣壓降低，剎車失靈，呵斥嚴(yán)重事故。二、失效的根本要素二、失效的根本要素1。設(shè)計(jì)要素。設(shè)計(jì)要素為了保證產(chǎn)質(zhì)量量，必需精心設(shè)計(jì)，精心施工。為了保證產(chǎn)質(zhì)量量，必需精心設(shè)計(jì)，精心施工。根據(jù)零件在特定工況、構(gòu)造和環(huán)境等條件下能夠發(fā)生的失效方式，建立給定條件下正根據(jù)零件在特定工況、構(gòu)造和環(huán)境等條件下能夠發(fā)生的失效方式，建立給定條件下正常任務(wù)的準(zhǔn)那么，確定適宜的材質(zhì)、尺寸、構(gòu)造，提出必要的技術(shù)文件。常任務(wù)的準(zhǔn)那么，確定適宜的材質(zhì)、尺寸、

16、構(gòu)造，提出必要的技術(shù)文件。技術(shù)文件技術(shù)文件設(shè)備圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算闡明書。設(shè)備圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算闡明書。如設(shè)計(jì)有誤如設(shè)計(jì)有誤,那么機(jī)械設(shè)備或零件將不能運(yùn)用或過早失效。那么機(jī)械設(shè)備或零件將不能運(yùn)用或過早失效。2。制造。制造(工藝工藝)要素要素工藝缺陷往往是使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效的重要要素。工藝缺陷往往是使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效的重要要素。零件在鑄造過程中產(chǎn)生的疏松、夾渣；零件在鑄造過程中產(chǎn)生的疏松、夾渣；鍛造過程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋；鍛造過程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋；焊接過程中未焊透、偏析、冷熱裂紋；焊接過程中未焊透、偏析、冷熱裂紋；機(jī)加工過程的尺寸公差和外表粗糙度不適宜；機(jī)加工過程的尺寸公

17、差和外表粗糙度不適宜；熱處置產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度缺乏、回火脆性；熱處置產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度缺乏、回火脆性；精加工磨削中的磨削裂紋等。精加工磨削中的磨削裂紋等。 3、安裝調(diào)試要素 安裝過程達(dá)不到所要求的質(zhì)量目的，導(dǎo)致零件失效。 嚙合傳動(dòng)件(齒輪、桿、螺旋等)的間隙不適宜(過松或過緊，接觸形狀未調(diào)整好)； 銜接零件必要的“防松不可靠； 鉚焊構(gòu)造的必要探傷檢驗(yàn)不良； 光滑與密封安裝不良等； 初步安裝調(diào)試后，未按規(guī)定進(jìn)展逐級(jí)加載跑合。 4、材質(zhì)要素、材質(zhì)要素選材不當(dāng)使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效。選材不當(dāng)使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效。材質(zhì)內(nèi)部缺陷、毛坯加工材質(zhì)內(nèi)部缺陷、毛坯加工(鑄鍛焊鑄鍛焊

18、)工藝或冷熱加工工藝或冷熱加工(特別是熱處特別是熱處置置)工藝過程產(chǎn)生的資料內(nèi)部缺陷導(dǎo)致失效工藝過程產(chǎn)生的資料內(nèi)部缺陷導(dǎo)致失效5、運(yùn)轉(zhuǎn)維修要素、運(yùn)轉(zhuǎn)維修要素不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、忽視維修，導(dǎo)致零件失效。不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、忽視維修，導(dǎo)致零件失效。運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)(載荷、速度等載荷、速度等)的監(jiān)控能否準(zhǔn)確；的監(jiān)控能否準(zhǔn)確；定期大、中、小檢修的制度能否合理、執(zhí)行；定期大、中、小檢修的制度能否合理、執(zhí)行；光滑條件能否保證光滑條件能否保證,光滑劑和光滑方法能否選得適宜，光滑安裝光滑劑和光滑方法能否選得適宜，光滑安裝冷卻、加熱和過濾系統(tǒng)功能能否正常。冷卻、加熱和過濾系統(tǒng)功能能否正常。第三節(jié)機(jī)械零件選材

19、原那么第三節(jié)機(jī)械零件選材原那么一、運(yùn)用性能原那么一、運(yùn)用性能原那么一機(jī)械零件正確選材的運(yùn)用性能原那么一機(jī)械零件正確選材的運(yùn)用性能原那么運(yùn)用性能主要是指零件在運(yùn)用形狀下資料運(yùn)用性能主要是指零件在運(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)性應(yīng)該具有的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。能。機(jī)器零件和工程構(gòu)件，那么主要是機(jī)械性機(jī)器零件和工程構(gòu)件，那么主要是機(jī)械性能。對(duì)一些特殊條件下任務(wù)的零件，那么能。對(duì)一些特殊條件下任務(wù)的零件，那么必需根據(jù)要求思索到資料的物理、化學(xué)性必需根據(jù)要求思索到資料的物理、化學(xué)性能。能。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。二零件運(yùn)用時(shí)的任務(wù)條件二零件運(yùn)

20、用時(shí)的任務(wù)條件1受力情況受力情況主要是載荷的類型主要是載荷的類型(例如動(dòng)載、靜載、循環(huán)例如動(dòng)載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等載荷或單調(diào)載荷等)和大小；載荷的方式；和大??；載荷的方式；載荷的特點(diǎn)等。載荷的特點(diǎn)等。2環(huán)境情況環(huán)境情況主要是溫度特性、介質(zhì)情況等。主要是溫度特性、介質(zhì)情況等。3特殊要求特殊要求如對(duì)導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀如對(duì)導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。等的要求。 三零件根據(jù)運(yùn)用性能選材的步驟對(duì)零件任務(wù)條件和失效方式全面分析，確定零件對(duì)運(yùn)用性能的要求； 根據(jù)零件的幾何外形、尺寸及任務(wù)中所接受的載荷，計(jì)算出零件中的應(yīng)力分布； 由任務(wù)應(yīng)力、運(yùn)用壽命、平安性等，確定要求性能

21、的詳細(xì)數(shù)值； 利用資料手冊(cè)根據(jù)運(yùn)用性能選材。 常用零件的任務(wù)條件和失效方式 零件所要求的機(jī)械性能數(shù)據(jù)，不能簡(jiǎn)單地同手冊(cè)、書本中所給出的數(shù)據(jù)完全一樣，必需留意以下情況： 資料的性能不單與化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處置后的形狀有關(guān)。 資料的性能與試樣的尺寸有關(guān)，必需思索零件尺寸與手冊(cè)中試樣尺寸的差別，進(jìn)展適當(dāng)?shù)男拚?資料的化學(xué)成分、加工處置的工藝參數(shù)都有一定動(dòng)搖范圍。二、工藝性能原那么二、工藝性能原那么資料的工藝性能應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的要資料的工藝性能應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的要求。求。一高分子資料零件選材的工藝性能原那么一高分子資料零件選材的工藝性能原那么高分子資料成描畫易，方法較多。高分子資料成描畫易，方法

22、較多。高分子資料的切削加工性能較好，與金高分子資料的切削加工性能較好，與金屬根本一樣。不過它的導(dǎo)熱性差，在切削過屬根本一樣。不過它的導(dǎo)熱性差，在切削過程中不易散熱，易使工件溫度急劇升高，使程中不易散熱，易使工件溫度急劇升高，使其變焦其變焦(熱固性塑料熱固性塑料)或變軟或變軟(熱塑性塑料熱塑性塑料)。高分子資料主要成形工藝的比較高分子資料主要成形工藝的比較工藝工藝適用材料適用材料形狀形狀表面表面粗糙度粗糙度尺寸精度尺寸精度模具費(fèi)模具費(fèi)用用生產(chǎn)率生產(chǎn)率熱壓成形熱壓成形范圍較廣范圍較廣復(fù)雜形狀復(fù)雜形狀很低很低好好高高中等中等噴射成形噴射成形熱塑性塑料熱塑性塑料復(fù)雜形狀復(fù)雜形狀很低很低非常好非常好很高

23、很高高高熱擠成形熱擠成形熱塑性塑料熱塑性塑料棒類棒類低低一般一般低低高高真空成形真空成形熱塑性塑料熱塑性塑料棒類棒類一般一般一般一般低低低低高分子資料的加工工藝道路高分子資料的加工工藝道路 二陶瓷資料零件選材的工藝性能原那么二陶瓷資料零件選材的工藝性能原那么陶瓷資料加工的工藝道路比較簡(jiǎn)單，主要陶瓷資料加工的工藝道路比較簡(jiǎn)單，主要工藝是成形，其中包括粉漿成形、壓制成形、工藝是成形，其中包括粉漿成形、壓制成形、擠壓成形、可塑成形等。擠壓成形、可塑成形等。陶瓷資料成形后，除了可以用碳化硅或金剛陶瓷資料成形后，除了可以用碳化硅或金剛石砂磨加工外，幾乎不能進(jìn)展任何其它加工。石砂磨加工外，幾乎不能進(jìn)展任何

24、其它加工。陶瓷資料各種成形工藝比較陶瓷資料各種成形工藝比較工工 藝藝優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)粉漿成形粉漿成形可做形狀復(fù)雜件、薄塑件，成本低可做形狀復(fù)雜件、薄塑件，成本低收縮大，尺寸精度低，生產(chǎn)率低收縮大，尺寸精度低，生產(chǎn)率低壓制成形壓制成形可做形狀復(fù)雜件，有高密度和高強(qiáng)可做形狀復(fù)雜件，有高密度和高強(qiáng)度，精度較高度，精度較高設(shè)備較復(fù)雜，成本高設(shè)備較復(fù)雜，成本高擠壓成形擠壓成形成本低，生產(chǎn)率高成本低，生產(chǎn)率高不能做薄壁件，零件形狀需對(duì)稱不能做薄壁件，零件形狀需對(duì)稱可塑成形可塑成形尺寸精度高，可做形狀復(fù)雜件尺寸精度高，可做形狀復(fù)雜件成本高成本高陶瓷資料的加工工藝道路陶瓷資料的加工工藝道路 三金屬資料零件

25、選材的工藝性能原那么三金屬資料零件選材的工藝性能原那么金屬資料加工的工藝道路復(fù)雜，變化多。加工工金屬資料加工的工藝道路復(fù)雜，變化多。加工工藝不僅影響零件的成形，還大大影響其最終性能。藝不僅影響零件的成形，還大大影響其最終性能。金屬資料的加工工藝道路金屬資料的加工工藝道路 性能要求不高的金屬零件的工藝道路： 毛坯正火或退火切削加工零件。 性能要求較高的金屬零件的工藝道路： 毛坯預(yù)先熱處置(正火、退火)粗加工最終熱處置(淬火、回火，固溶時(shí)效或滲碳處置等)精加工零件。 性能要求較高的精細(xì)金屬零件的工藝道路： 這類零件除了要求有較高的運(yùn)用性能外，還要有很高的尺寸精度和外表光潔度。 毛坯預(yù)先熱處置(正火

26、、退火)粗加工最終熱處置(淬火、低溫回火、固溶、時(shí)效或滲碳)半精加工穩(wěn)定化處置或氮化精加工穩(wěn)定化處置零件。三、經(jīng)濟(jì)性原那么三、經(jīng)濟(jì)性原那么一、資料的價(jià)錢一、資料的價(jià)錢零件資料的價(jià)錢無疑應(yīng)該盡量低。零件資料的價(jià)錢無疑應(yīng)該盡量低。資料的價(jià)錢在產(chǎn)品的總本錢中占有較大的比率，普通可占產(chǎn)品價(jià)錢的資料的價(jià)錢在產(chǎn)品的總本錢中占有較大的比率，普通可占產(chǎn)品價(jià)錢的30%70%，因此，因此設(shè)計(jì)人員要非常關(guān)懷資料的市場(chǎng)價(jià)錢。設(shè)計(jì)人員要非常關(guān)懷資料的市場(chǎng)價(jià)錢。二、零件的總本錢二、零件的總本錢零件選用的資料必需保證其消費(fèi)和運(yùn)用的總本錢最低。零件選用的資料必需保證其消費(fèi)和運(yùn)用的總本錢最低。零件的總本錢與其運(yùn)用壽命、分量、加

27、工費(fèi)用、研討費(fèi)用、維修費(fèi)用和資料價(jià)錢有關(guān)。零件的總本錢與其運(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(jià)錢有關(guān)。三、國家的資源三、國家的資源隨著工業(yè)的開展，資源和能源的問題日漸突出，選用資料時(shí)必需思索，特別是對(duì)于大批隨著工業(yè)的開展，資源和能源的問題日漸突出，選用資料時(shí)必需思索，特別是對(duì)于大批量消費(fèi)的零件，所用資料應(yīng)該來源豐富并顧及我國資源情況。量消費(fèi)的零件，所用資料應(yīng)該來源豐富并顧及我國資源情況。另外，還要留意消費(fèi)所用資料的能源耗費(fèi)，盡量選用耗能低的資料。另外，還要留意消費(fèi)所用資料的能源耗費(fèi)，盡量選用耗能低的資料。l提示提示l正確選材是機(jī)械設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要義務(wù)。正確選材是機(jī)械設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要

28、義務(wù)。l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；l資料的工藝性能應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的要求；資料的工藝性能應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的要求；采用廉價(jià)的資料，把總本錢降至最低，獲采用廉價(jià)的資料，把總本錢降至最低，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。得最大的經(jīng)濟(jì)效益。第四節(jié)第四節(jié)典型零件與工具的選材分析典型零件與工具的選材分析l 構(gòu)件資料的選用，普通首先思索運(yùn)用性能，然后進(jìn)展工藝性能和經(jīng)濟(jì)性的綜合分析；詳細(xì)運(yùn)用性能確實(shí)定，那么重點(diǎn)根據(jù)是構(gòu)件的失效方式。所以，合理的選材方法l 應(yīng)按不同的失效方式分類進(jìn)展。 一、齒輪選材一、齒輪選材一齒輪的任務(wù)條件、失效方式及其對(duì)資料性能的一齒輪的任務(wù)條件、失效方式及其對(duì)資料性能的

29、要求要求1齒輪任務(wù)條件齒輪任務(wù)條件(1)由于傳送扭矩，齒根接受很大的交變彎曲應(yīng)力；由于傳送扭矩，齒根接受很大的交變彎曲應(yīng)力；(2)換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部接受一定沖擊載荷；換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部接受一定沖擊載荷；(3)齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，接受很大的接觸壓應(yīng)力齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，接受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力的作用。及摩擦力的作用。 2 齒輪的失效方式齒輪的失效方式(1)疲勞斷裂疲勞斷裂 主要從根部發(fā)生，其宏觀形貌見圖。這是齒輪嚴(yán)重主要從根部發(fā)生，其宏觀形貌見圖。這是齒輪嚴(yán)重的失效方式，經(jīng)常引起數(shù)齒甚至一切齒的斷裂。的失效方式，經(jīng)常引起數(shù)齒甚至一切齒的斷裂。(2)齒面磨損齒面磨損

30、 由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小，如下圖。由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小，如下圖。 (3)齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微型紋，微裂紋的開展，引起點(diǎn)狀剝落(或稱麻點(diǎn))見圖。 (4) 過載斷裂 主要是沖擊載荷過大呵斥的斷齒，見圖。 3齒輪的性能要求 根據(jù)任務(wù)條件及失效方式的分析 (1)高的彎曲疲勞強(qiáng)度； (2)高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性； (3)較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。 此外，還要求有較好的熱處置工藝性能，例如熱處置變形小，或變形有一定規(guī)律二二齒輪類零件的選材齒輪類零件的選材 齒輪資料要求的性能主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒

31、受沖擊過載斷裂。計(jì)算方法，根本上憑閱歷決議。 從以上兩方面思索，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它們經(jīng)外表強(qiáng)化處置后，外表有高的硬度，心部有足夠的沖擊韌性。1、機(jī)床齒輪選材舉例 機(jī)床變速箱齒輪擔(dān)負(fù)傳送動(dòng)力，改動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度和方向的義務(wù)。任務(wù)條件較好，轉(zhuǎn)速中等，載荷不大,任務(wù)平穩(wěn)無劇烈沖擊。 普通可選中碳鋼(45鋼)制造,為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼(40Cr鋼)。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。 機(jī)床齒輪除選用金屬齒輪外, 有的還可改用塑料齒輪，如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼龍齒輪, 任務(wù)時(shí)傳動(dòng)平穩(wěn), 噪聲減少, 長(zhǎng)期運(yùn)用磨損很小。機(jī)床變速

32、箱齒輪機(jī)床變速箱齒輪 工藝道路為：工藝道路為： 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)精加工精加工輪齒高頻淬輪齒高頻淬火及回火火及回火精磨精磨l 正火處置：對(duì)鍛造齒輪毛坯是必需的熱處置工序，它可消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，使同批坯料具有一樣的硬度，便于切削加工，改善齒輪外表加工質(zhì)量，對(duì)于普通齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處置工序。l調(diào)質(zhì)處置:可使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，能接受較大的交變彎曲應(yīng)力和沖擊裁荷，并可減少齒輪的淬火變形。l 高頻淬火及低溫回火:是決議齒輪外表性能的關(guān)健工序。經(jīng)過高頻淬火，輪齒外表硬度可達(dá)52HRC以上，提高了耐磨性，并使輪齒外表有剩余

33、壓應(yīng)力存在，從而提高了抗疲勞破壞的才干。l高頻淬火后進(jìn)展低溫回火:為了消除淬火應(yīng)力。2、汽車齒輪選材舉例、汽車齒輪選材舉例汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。在變速箱中，經(jīng)過它改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸和主鈾在變速箱中，經(jīng)過它改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸和主鈾齒輪的速比，在差速器中，經(jīng)過齒輪添加扭矩，齒輪的速比，在差速器中，經(jīng)過齒輪添加扭矩，并調(diào)理左右輪的轉(zhuǎn)速。全部發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力均經(jīng)并調(diào)理左右輪的轉(zhuǎn)速。全部發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力均經(jīng)過齒輪傳給車軸，推進(jìn)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，汽車過齒輪傳給車軸，推進(jìn)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)

34、度，心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等均要求比機(jī)床強(qiáng)度，心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等均要求比機(jī)床齒輪高。采用調(diào)質(zhì)鋼高頻淬火不能保證要求，齒輪高。采用調(diào)質(zhì)鋼高頻淬火不能保證要求，所以，要用低碳鋼進(jìn)展?jié)B碳處置來作重要齒輪。所以，要用低碳鋼進(jìn)展?jié)B碳處置來作重要齒輪。我國運(yùn)用最多的是合金滲碳鋼我國運(yùn)用最多的是合金滲碳鋼20cr或或20crMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。滲碳后外表碳含量大大提高保證淬火滲碳后外表碳含量大大提高保證淬火后得到高硬度，提高耐磨性和接觸疲勞后得到高硬度，提高耐磨性和接觸疲勞抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可使心部獲得

35、較高的強(qiáng)度和足夠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。汽車后橋齒輪汽車后橋齒輪 l滲碳齒輪的工藝道路為：滲碳齒輪的工藝道路為：l下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳、淬滲碳、淬火及低溫回火火及低溫回火噴丸噴丸磨削加工磨削加工l二、軸類零件選材l軸是機(jī)器上的最重要零件之一，一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，軸是機(jī)器上的最重要零件之一，一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，如齒輪、凸輪等都裝在軸上，如齒輪、凸輪等都裝在軸上，所以，軸主要起傳送運(yùn)所以，軸主要起傳送運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的作用動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的作用l1軸類件的任務(wù)條件軸類件的任務(wù)條件l(1)軸類零件任務(wù)時(shí)主要至交變彎曲和改動(dòng)應(yīng)力的復(fù)協(xié)軸類零件任務(wù)時(shí)主要至交變

36、彎曲和改動(dòng)應(yīng)力的復(fù)協(xié)作用作用l(2)軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間存在摩擦和磨損；軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間存在摩擦和磨損；l(3)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使軸接受沖擊載軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使軸接受沖擊載荷荷l(4)多數(shù)軸會(huì)接受一定的過載載荷。多數(shù)軸會(huì)接受一定的過載載荷。2 、 軸類零件的失效方式 由于軸類零件的受力情況及任務(wù)條件較復(fù)雜，所以其失效方式也是多樣的。(1)長(zhǎng)期交變載荷下的疲勞斷裂(包括改動(dòng)疲勞和彎曲疲勞斷裂，見圖)，(2)大載荷或沖擊載荷作用引起的過量變形甚至斷裂(圖)，(3)與其他零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的外表過度磨損(圖)等。 3、軸類零件的性能要求 (1)良好

37、綜合機(jī)械性能：足夠的強(qiáng)度、塑性和一定的韌性，以防止過載斷裂、沖擊斷裂； (2)高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低以防疲勞斷裂； (3)足夠的淬透性，熱處置后外表要有高硬度、高耐磨性，以防磨損失效； (4)良好的切削加工性能，價(jià)錢廉價(jià)。 4、軸類零件資料及選材方法、軸類零件資料及選材方法 1資料資料 經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造兼顧強(qiáng)度和韌性，同時(shí)思索疲勞抗力；經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造兼顧強(qiáng)度和韌性，同時(shí)思索疲勞抗力； 普通軸類零件運(yùn)用碳鋼廉價(jià)，有一定綜合機(jī)械性能、對(duì)應(yīng)力集中敏感性較小，如普通軸類零件運(yùn)用碳鋼廉價(jià)，有一定綜合機(jī)械性能、對(duì)應(yīng)力集中敏感性較小，如35、40、45、5

38、0鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或外表淬熾熱處置改善性能；鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或外表淬熾熱處置改善性能； 載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和分量，或軸頸的耐磨性等要求高時(shí)采用合金鋼，載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和分量，或軸頸的耐磨性等要求高時(shí)采用合金鋼，如如40Cr、40MnB、40CrNiMo、20Cr、20CrMnTi等；等； 可以采用球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵作曲軸的資料?？梢圆捎们蚰T鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵作曲軸的資料。 2、選擇原那么、選擇原那么 根據(jù)載荷大小、類型等決議。根據(jù)載荷大小、類型等決議。 主要受改動(dòng)、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種；主要受改動(dòng)、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種； 受軸向載荷軸，因心部受

39、力較大，應(yīng)具有較高淬透性。受軸向載荷軸，因心部受力較大，應(yīng)具有較高淬透性。4典型軸典型軸機(jī)床主軸選材機(jī)床主軸選材l以以C620車床主鈾為例進(jìn)展選材。見簡(jiǎn)圖。車床主鈾為例進(jìn)展選材。見簡(jiǎn)圖。l該主軸受交變彎曲和改動(dòng)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn)該主軸受交變彎曲和改動(dòng)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有普通綜合機(jī)械速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有普通綜合機(jī)械性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤、項(xiàng)性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤、項(xiàng)尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。l車床主軸可選用車床主軸可選用45鋼鋼.

40、l工藝道路如下：工藝道路如下：l 鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工外表淬火及外表淬火及低溫回火低溫回火磨削加工。磨削加工。l 假設(shè)這類機(jī)床主軸的載荷較大，可用40Cr鋼制造。l當(dāng)接受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時(shí)，那么可采用合金滲碳鋼制造，如20Cr或20CrMnTi等。三、三、彈簧選材彈簧選材彈簧是一種重要的機(jī)械零件。它的根本彈簧是一種重要的機(jī)械零件。它的根本作用是利用資料的彈性和彈簧本身的作用是利用資料的彈性和彈簧本身的構(gòu)造構(gòu)造特點(diǎn)，在載荷作用下產(chǎn)生變形時(shí)，把機(jī)械能特點(diǎn)，在載荷作用下產(chǎn)生變形時(shí)，把機(jī)械能或動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡埽诨謴?fù)變形時(shí)，把形或動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡埽诨謴?fù)變形時(shí)，把形

41、變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能或機(jī)械功。彈簧的種類很多，變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能或機(jī)械功。彈簧的種類很多，按外形分主要有螺旋彈簧按外形分主要有螺旋彈簧(緊縮、拉伸、改緊縮、拉伸、改動(dòng)彈簧動(dòng)彈簧)、板彈簧、片彈簧和蝸卷彈簧幾種、板彈簧、片彈簧和蝸卷彈簧幾種(圖圖)。l主要用途：主要用途：l (1)緩沖或減振緩沖或減振l 如汽車、遷延機(jī)、火車中運(yùn)用的懸掛彈簧。如汽車、遷延機(jī)、火車中運(yùn)用的懸掛彈簧。l (2)定位定位l 如機(jī)床及其夾具中利用彈簧定位銷如機(jī)床及其夾具中利用彈簧定位銷(或滾珠或滾珠)壓在定位孔壓在定位孔(或槽或槽)中。中。l (3)復(fù)原復(fù)原l 外力去除后自動(dòng)恢復(fù)到原來位置，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣門彈簧。外力去除后自動(dòng)

42、恢復(fù)到原來位置，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣門彈簧。l (4)儲(chǔ)存和釋放能量?jī)?chǔ)存和釋放能量l 如鐘表、玩具中的發(fā)條。如鐘表、玩具中的發(fā)條。l (5)測(cè)力測(cè)力l 如彈簧稱、測(cè)力計(jì)中運(yùn)用的彈簧。如彈簧稱、測(cè)力計(jì)中運(yùn)用的彈簧。 1 、 彈簧的任務(wù)條件 (1) 彈簧在外力作用下，緊縮、拉伸、改動(dòng) 時(shí)，資料將接受彎曲應(yīng)力或改動(dòng)應(yīng)力。 (2) 緩沖、減震或復(fù)原用的彈簧接受交變應(yīng) 力和沖擊載荷的作用。 (3) 某些彈簧遭到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用。2、 彈簧的失效方式彈簧的失效方式 (1)塑性變形 在外載荷作用下，資料內(nèi)部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或改動(dòng)應(yīng)力超越資料本身的屈服應(yīng)力 后，彈簧發(fā)生塑性變形。外載荷去掉后，彈簧不能恢復(fù)到原

43、始尺寸和外形。 (2)疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下，彈簧外表缺陷(裂紋、折疊、刻痕、夾雜物)處產(chǎn)生疲勞源，裂紋擴(kuò) 展后呵斥斷裂失效。(3)快速脆性斷裂快速脆性斷裂某些彈簧存在資料缺陷某些彈簧存在資料缺陷(如粗大夾雜物，過多脆性相如粗大夾雜物，過多脆性相)、加工缺陷、加工缺陷(如折疊、劃痕如折疊、劃痕)、熱處、熱處理缺陷理缺陷(淬火溫度過高導(dǎo)致晶粒粗大，回火溫度缺乏使資料韌性不淬火溫度過高導(dǎo)致晶粒粗大，回火溫度缺乏使資料韌性不夠夠)等，當(dāng)遭到過大的沖擊載荷時(shí)，發(fā)生忽然脆性斷裂。等，當(dāng)遭到過大的沖擊載荷時(shí)，發(fā)生忽然脆性斷裂。(4)腐蝕斷裂及永久變形腐蝕斷裂及永久變形在腐蝕性介質(zhì)中運(yùn)用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力

44、腐蝕斷裂失效在腐蝕性介質(zhì)中運(yùn)用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效高溫使彈簧資料的彈性模量和承載才干下降，高溫下運(yùn)用的彈簧高溫使彈簧資料的彈性模量和承載才干下降，高溫下運(yùn)用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。松弛，產(chǎn)生永久變形。3、彈簧資料的性能要求彈簧資料的性能要求(1)高的彈性極限和高的屈強(qiáng)比高的彈性極限和高的屈強(qiáng)比彈簧任務(wù)時(shí)不允許有永久變形，因此要求彈簧的彈簧任務(wù)時(shí)不允許有永久變形，因此要求彈簧的任務(wù)應(yīng)力不超越資料的彈性極限。彈性極限越大，任務(wù)應(yīng)力不超越資料的彈性極限。彈性極限越大，彈簧可接受的外載荷越大。對(duì)于接受重載荷的彈彈簧可接受的外載荷越大。對(duì)于接受重載荷的彈簧，如汽

45、車用板簧，火車用螺旋彈簧等，其資料簧，如汽車用板簧，火車用螺旋彈簧等，其資料需求高的彈性極限。當(dāng)資料直徑一樣時(shí)，碳素鋼需求高的彈性極限。當(dāng)資料直徑一樣時(shí)，碳素鋼簧鋼絲和合金彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度相差很小，但簧鋼絲和合金彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度相差很小，但屈強(qiáng)比差別較大。屈強(qiáng)比差別較大。65鋼為鋼為0.7，60Si2Mn鋼為鋼為0.75，50CrVA為為0.9。屈強(qiáng)比高，彈簧可接受更高的應(yīng)。屈強(qiáng)比高，彈簧可接受更高的應(yīng)力。力。(2)高的疲勞強(qiáng)度 彎曲疲勞強(qiáng)度和改動(dòng)疲勞強(qiáng)度越大，那么彈簧的抗疲勞性能越好。(3)好的材質(zhì)和外表質(zhì)量 夾雜物含量少，晶粒細(xì)小，外表質(zhì)量好，缺陷少，對(duì)于提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂

46、非常重要。 (4)某些彈簧需求資料有良好的耐蝕性和耐熱性 良好的耐蝕性和耐熱性可以保證在腐蝕性介質(zhì)和高溫條件下的運(yùn)用性能。4、彈簧的選材彈簧的選材l彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，運(yùn)用條件彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，運(yùn)用條件和環(huán)境各不一樣。制造彈簧的資料很多，金屬和環(huán)境各不一樣。制造彈簧的資料很多，金屬資料、非金屬資料資料、非金屬資料(如塑料、橡膠如塑料、橡膠)都可用來制都可用來制造彈簧。由于金屬資料的成型性好、容易制造，造彈簧。由于金屬資料的成型性好、容易制造，任務(wù)可靠，在實(shí)踐消費(fèi)中，多項(xiàng)選擇用彈性極任務(wù)可靠，在實(shí)踐消費(fèi)中，多項(xiàng)選擇用彈性極高的金屬資料來制造彈簧高的金屬資料來制造彈簧.1

47、、彈簧鋼、彈簧鋼根據(jù)消費(fèi)特點(diǎn)的不同，分為兩大類：根據(jù)消費(fèi)特點(diǎn)的不同，分為兩大類：熱軋彈簧：熱軋彈簧：用材是將彈簧鋼經(jīng)過熱軋方法加工成圓鋼、用材是將彈簧鋼經(jīng)過熱軋方法加工成圓鋼、方鋼、方鋼、盤條及扁鋼，制造尺寸較大、承載較重的螺旋彈盤條及扁鋼，制造尺寸較大、承載較重的螺旋彈簧或板簧。彈簧熱成型后要進(jìn)展淬火及回火處置?；苫虬寤?。彈簧熱成型后要進(jìn)展淬火及回火處置。冷軋冷軋(撥撥)彈簧：用材以盤條、鋼絲或薄鋼帶彈簧：用材以盤條、鋼絲或薄鋼帶(片片)供供應(yīng)，用來制造小型冷成型螺旋彈簧、片簧等應(yīng)，用來制造小型冷成型螺旋彈簧、片簧等.主要彈簧鋼的特點(diǎn)及用途主要彈簧鋼的特點(diǎn)及用途2、不銹鋼、不銹鋼0Cr18N

48、i9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti經(jīng)過冷軋經(jīng)過冷軋(拔拔)加工成帶或絲材加工成帶或絲材,制造在腐蝕性介質(zhì)中運(yùn)用的彈簧。制造在腐蝕性介質(zhì)中運(yùn)用的彈簧。3、黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅具有良好的導(dǎo)電性、非磁性、耐蝕性、耐低溫性具有良好的導(dǎo)電性、非磁性、耐蝕性、耐低溫性及彈性，用于制造電器、儀表彈簧及在腐蝕性介及彈性，用于制造電器、儀表彈簧及在腐蝕性介質(zhì)中任務(wù)的彈性元件。質(zhì)中任務(wù)的彈性元件。5、典型彈簧、典型彈簧汽車板簧選材汽車板簧選材 (1) 用途及性能要求 用于緩沖和吸振，接受很大 的交變應(yīng)力和沖擊載荷的作 用，需求高的屈服強(qiáng)度和疲 勞強(qiáng)度。(2) 資料

49、輕型汽車選用65Mn、60Si2Mn鋼制造； 中型或重型汽車, 板簧用50CrMn, 55SiMnVB鋼； 重型載重汽車大截面板簧用55SiMnMoV, 55SiMnMoVNb鋼制造。汽車板簧汽車板簧 (3) 工藝道路熱軋鋼帶(板)沖裁下料壓力成型淬火中溫回火噴丸強(qiáng)化淬火 溫度為850 860 (60Si2Mn鋼為870 ), 采用油冷, 淬火后組織為馬氏體?；鼗?溫度為420 500 , 組織為回火屈氏體。屈服強(qiáng)度s0.2不低于1100 MPa, 硬度為42 HRC47 HRC, 沖擊韌性ak為250 KJ/m2300 KJ/m2。四、四、刃具選材刃具選材1、刃具的任務(wù)條件刃具的任務(wù)條件切削

50、加工運(yùn)用的車刀、銑刀、切削加工運(yùn)用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工具統(tǒng)稱為刃具。具統(tǒng)稱為刃具。(1)刃具切削資料時(shí)，遭到被切削資料的劇烈刃具切削資料時(shí)，遭到被切削資料的劇烈擠壓，刃部遭到很大的彎曲應(yīng)力。某些刃擠壓，刃部遭到很大的彎曲應(yīng)力。某些刃具具(如鉆頭、鉸刀如鉆頭、鉸刀)還會(huì)遭到較大的改動(dòng)應(yīng)力還會(huì)遭到較大的改動(dòng)應(yīng)力作用。作用。(2)刃具刃部與被切削資料劇烈摩擦，刃部溫刃具刃部與被切削資料劇烈摩擦，刃部溫度可升到度可升到500一一600。(3)機(jī)用刃具往往接受較大的沖擊與震動(dòng)。機(jī)用刃具往往接受較大的沖擊與震動(dòng)。切削加工切削加工2、刃具的失效方式刃具的失效方式

51、 (1)磨損 由于磨擦，刃具刃部易磨損，這不但添加了切 削抗力，降低切削零件外表質(zhì)量，也由于刃部外形變化，使被加工另件的外形和尺寸強(qiáng)度降低。 (2)斷裂 刃具在沖擊力及震動(dòng)的作用下折斷或崩刃。 (3)刃部軟化 由于刃部溫度升高，假設(shè)刃具資料的紅硬性低或高溫性能缺乏，使刃部硬度顯著下降，喪失切削加工才干。3、刃具資料的性能要求刃具資料的性能要求(1)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62HBC；(2)高的紅硬性；高的紅硬性；(3)強(qiáng)韌性好，強(qiáng)韌性好，(4)高的淬透性；可采用較低的冷速淬火，以高的淬透性；可采用較低的冷速淬火，以防止刃具變形和開裂。防止刃具變形和開裂。

52、4、刃具的選材、刃具的選材簡(jiǎn)單、低速的手用刃具手鋸鋸條、挫刀、木工用刨刀、鑿子等對(duì)紅硬性和強(qiáng)韌性要求不高主要的運(yùn)用性能是高硬度、高耐磨性?？捎锰妓毓ぞ咪撝圃?。如T8、T10、T12鋼等。低速切削、外形較復(fù)雜的刃具絲錐、板牙、拉刀等，可用低合金刃具鋼9SiCr、CrWMn制造。因鋼中參與了Cr、W、Mn等元素，使鋼的淬透性和耐磨性大大提高，耐熱性和韌性也有所改善，可在300的溫度下運(yùn)用。高速切削用的刃具高速切削用的刃具選用高速鋼選用高速鋼(W18Cr4V、W6M05Cr4V2等等)制制造造高速鋼具有高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、高速鋼具有高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、好的強(qiáng)韌性和高的淬透性的特點(diǎn)

53、，因此在刃具好的強(qiáng)韌性和高的淬透性的特點(diǎn)，因此在刃具制造中廣泛運(yùn)用，用來制造車刀、銑刀、鉆頭制造中廣泛運(yùn)用，用來制造車刀、銑刀、鉆頭和其他復(fù)雜、精細(xì)刀具。高速鋼的硬度為和其他復(fù)雜、精細(xì)刀具。高速鋼的硬度為62HRC68HRC，切削溫度可達(dá)，切削溫度可達(dá)500550，價(jià)錢較貴。價(jià)錢較貴。用硬質(zhì)合金制造用硬質(zhì)合金制造硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物(TiC(TiC、WC)WC)和金屬用粉末冶金方法制成，常和金屬用粉末冶金方法制成，常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)有用硬質(zhì)合金的牌號(hào)有YG6YG6、YG8YG8、YT6YT6、YTl5YTl5等。硬質(zhì)合金的硬度很高等。硬質(zhì)合金的硬

54、度很高(89HRA-94HRA)(89HRA-94HRA)，耐磨性、耐熱性好，運(yùn)用溫度可達(dá)耐磨性、耐熱性好，運(yùn)用溫度可達(dá)10001000。它的切削速度比高速鋼高幾倍。硬質(zhì)合金它的切削速度比高速鋼高幾倍。硬質(zhì)合金制造刀具時(shí)的工藝性比高速鋼差。普通制制造刀具時(shí)的工藝性比高速鋼差。普通制成外形簡(jiǎn)單的刀頭，用釬焊的方法將刀頭成外形簡(jiǎn)單的刀頭，用釬焊的方法將刀頭焊接在碳鋼制造的刀桿或刀盤上。碩質(zhì)合焊接在碳鋼制造的刀桿或刀盤上。碩質(zhì)合金刀具用于高速強(qiáng)力切削和難加工資料的金刀具用于高速強(qiáng)力切削和難加工資料的切削。硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度較低，沖擊韌切削。硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度較低，沖擊韌性較差，價(jià)錢貴。性較差，價(jià)錢貴

55、。用陶瓷制造陶瓷用陶瓷制造陶瓷由于硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高，也用由于硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高，也用來制造刃具。熱壓氮化硅來制造刃具。熱壓氮化硅(Si3N4)(Si3N4)陶瓷顯微硬陶瓷顯微硬度為度為5000HV5000HV，耐熱溫度可達(dá)，耐熱溫度可達(dá)14001400。立方氮化。立方氮化硼的顯微硬度可達(dá)硼的顯微硬度可達(dá)8000HV9000HV8000HV9000HV，允許的任，允許的任務(wù)溫度達(dá)務(wù)溫度達(dá)1400150014001500。陶瓷刀具普通為正。陶瓷刀具普通為正方形、等邊三角形的外形，制成不重磨刀片，方形、等邊三角形的外形，制成不重磨刀片，裝夾在夾具中運(yùn)用。用于各種淬火鋼、冷硬

56、鑄裝夾在夾具中運(yùn)用。用于各種淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工資料的精加工和半精加工。鐵等高硬度難加工資料的精加工和半精加工。陶瓷刀具抗沖擊才干較低，易崩刃陶瓷刀具抗沖擊才干較低，易崩刃 5、齒輪滾刀選材舉例齒輪滾刀選材舉例 (1) 用途、性能要求 齒輪滾刀外形見圖，是消費(fèi)齒輪的常用刃具，用于加工外嚙合的直齒和斜齒漸 開線圓柱齒輪。其外形復(fù)雜，精度要求高。齒輪滾刀可用高速鋼W18Cr4V鋼制造。齒輪滾刀齒輪滾刀 () 資料資料 高速鋼高速鋼(W18Cr4V) ()工藝道路工藝道路 熱軋棒材下料一鍛造一球化退火一粗加工一淬火一回火一精加工一外熱軋棒材下料一鍛造一球化退火一粗加工一淬火一回火一精加工一

57、外表處置表處置 主要工藝主要工藝 (1) 鍛造鍛造 W18Cr4V鋼的始鍛溫度為鋼的始鍛溫度為1150 1200 , 終鍛溫度為終鍛溫度為900 950 。 鍛造的目的一是成形鍛造的目的一是成形, 二是破碎、細(xì)化碳化物二是破碎、細(xì)化碳化物, 使碳化物均勻分布使碳化物均勻分布, 防防止廢品刀具崩刃和掉齒。止廢品刀具崩刃和掉齒。 由于高速鋼淬透性很好由于高速鋼淬透性很好, 鍛后在空氣中冷卻即可得到淬火組織鍛后在空氣中冷卻即可得到淬火組織, 因此鍛因此鍛后應(yīng)慢冷。后應(yīng)慢冷。(2) 退火 退火溫度為870880 ，退火后的組織為索氏體基體和在其中均勻分布的細(xì)小粒狀碳化物。 退火目的是便于機(jī)加工，并為淬

58、火作好組織預(yù)備。 (3) 淬火、回火 高速鋼的淬火、回火工藝較為復(fù)雜。(4) 精加工 包括磨孔、磨端面、磨齒等磨削加工。精加工后刀具可直接運(yùn)用。 (5) 外表處置 為了提高其運(yùn)用壽命，可進(jìn)展外表處置，如：硫化處置、硫氮共滲、離子氮碳共滲離子滲硫復(fù)合處置，外表涂覆TiN、TiC涂層等。第十章第十章小結(jié)小結(jié)1.失效失效零件由于某種緣由，導(dǎo)致其尺零件由于某種緣由，導(dǎo)致其尺寸、外形、或資料的組織與性能發(fā)生寸、外形、或資料的組織與性能發(fā)生變化而不能完美地完成指定的功能。變化而不能完美地完成指定的功能。零件失效可以分為畸變失效、斷裂失零件失效可以分為畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效幾類。效、磨損失效

59、及腐蝕失效幾類。2.機(jī)械零件選材原那么：機(jī)械零件選材原那么：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。對(duì)大量機(jī)器零件和工程構(gòu)件，主要是對(duì)大量機(jī)器零件和工程構(gòu)件，主要是機(jī)械性能。對(duì)一些特殊條件下任務(wù)的機(jī)械性能。對(duì)一些特殊條件下任務(wù)的零件，必需根據(jù)要求思索資料的物理、零件，必需根據(jù)要求思索資料的物理、化學(xué)性能運(yùn)用性能原那么?；瘜W(xué)性能運(yùn)用性能原那么。資料的工藝性能應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的資料的工藝性能應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的要求工藝性能原那么。要求工藝性能原那么。必需思索資料的經(jīng)濟(jì)性。采用廉價(jià)必需思索資料的經(jīng)濟(jì)性。采用廉價(jià)的資料，把總本錢降至最低，獲得最的資料，把總本錢降至最低，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益

60、，使產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有大的經(jīng)濟(jì)效益，使產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力經(jīng)濟(jì)性原那么。最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力經(jīng)濟(jì)性原那么。3.對(duì)于特定的機(jī)械零件，根據(jù)不同的失效方式例如對(duì)于特定的機(jī)械零件，根據(jù)不同的失效方式例如彈性失穩(wěn)引起的失效、過量塑性變形引起的失效、彈性失穩(wěn)引起的失效、過量塑性變形引起的失效、快速斷裂引起的失效等，在進(jìn)展比較深化的分快速斷裂引起的失效等，在進(jìn)展比較深化的分析后，確定資料及加工工藝。析后，確定資料及加工工藝。.齒輪主要要求疲勞強(qiáng)度，特別是彎曲疲勞強(qiáng)度和齒輪主要要求疲勞強(qiáng)度，特別是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。根據(jù)受力分析，齒輪類零件選用接觸疲勞強(qiáng)度。根據(jù)受力分析，齒輪類零件選用低、中碳鋼或其合金