第12章 材料的選擇方法及應(yīng)用

1、第12章 工程材料的選擇方法及應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式第二節(jié)第二節(jié) 選材的基本原則選材的基本原則第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材與工藝分析典型零件選材與工藝分析第四節(jié)第四節(jié) 預(yù)防和控制熱處理變形的方法及措施預(yù)防和控制熱處理變形的方法及措施第三節(jié)第三節(jié) 熱處理方案的選擇及熱處理技術(shù)的標(biāo)注熱處理方案的選擇及熱處理技術(shù)的標(biāo)注第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 零件失效的情況：零件失效的情況： 完全破壞不能使用；完全破壞不能使用； 雖然能工作但是不能滿意地起到預(yù)定的作用；雖然能工作但是不能滿意地起到預(yù)定的作用； 損傷不嚴(yán)重但繼續(xù)工作不安全。損傷不嚴(yán)重但繼續(xù)工作不

2、安全。實(shí)例實(shí)例導(dǎo)導(dǎo)致致零零件件失失效效的的主主要要原原因因失效形式：失效形式：第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 彈性極限、曲強(qiáng)比、彈性極限、曲強(qiáng)比、疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 彈性喪失、彈性喪失、疲勞斷裂疲勞斷裂 振動(dòng)振動(dòng)循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊扭應(yīng)力（螺扭應(yīng)力（螺旋簧）、彎旋簧）、彎應(yīng)力（板簧）應(yīng)力（板簧） 彈簧彈簧表面硬度及彎曲疲勞表面硬度及彎曲疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞抗力、強(qiáng)度、接觸疲勞抗力、心部屈服強(qiáng)度、韌性心部屈服強(qiáng)度、韌性磨損、麻點(diǎn)剝磨損、麻點(diǎn)剝落、齒折斷落、齒折斷強(qiáng)烈摩強(qiáng)烈摩擦、振擦、振動(dòng)動(dòng)循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊壓、彎應(yīng)力壓、彎應(yīng)力傳動(dòng)傳動(dòng)齒輪齒輪 綜合力學(xué)性能綜合力學(xué)性能疲勞破壞、

3、過疲勞破壞、過量變形、軸頸量變形、軸頸處磨損、咬蝕處磨損、咬蝕軸頸處軸頸處摩擦、摩擦、振動(dòng)振動(dòng)循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊彎、扭應(yīng)力彎、扭應(yīng)力傳動(dòng)傳動(dòng)軸軸 屈服強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度屈服強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度過量變形、過量變形、斷裂斷裂靜靜拉、切應(yīng)力拉、切應(yīng)力普通普通緊固緊固螺栓螺栓其他其他載荷性質(zhì)載荷性質(zhì)應(yīng)力種類應(yīng)力種類要求的主要力學(xué)性能要求的主要力學(xué)性能常見失效形式常見失效形式工作條件工作條件零件零件（工（工具）具）表表11-1 幾種零件（工具）工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能幾種零件（工具）工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 抗壓疲勞強(qiáng)度、沖抗壓疲勞強(qiáng)度、沖擊

4、疲勞抗力擊疲勞抗力脆斷脆斷循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊拉、切應(yīng)拉、切應(yīng)力力連桿連桿疲勞強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、硬度、沖擊疲勞抗力、綜沖擊疲勞抗力、綜合力學(xué)性能合力學(xué)性能磨損、咬蝕、磨損、咬蝕、疲勞斷裂、疲勞斷裂、脆斷脆斷軸頸摩擦軸頸摩擦循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊彎、扭應(yīng)彎、扭應(yīng)力力曲軸曲軸接觸疲勞抗力、硬接觸疲勞抗力、硬度、耐磨性度、耐磨性磨損、麻點(diǎn)磨損、麻點(diǎn)剝落、疲勞剝落、疲勞斷裂斷裂強(qiáng)烈摩擦強(qiáng)烈摩擦循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊壓應(yīng)力壓應(yīng)力滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承高溫強(qiáng)度、熱疲勞高溫強(qiáng)度、熱疲勞抗力、韌性與紅硬抗力、韌性與紅硬性性熱疲勞、熱疲勞、磨損、脆斷磨損、脆斷高溫度、摩高溫度、摩擦、金屬液擦、金屬液腐蝕腐蝕循環(huán)、沖擊

5、循環(huán)、沖擊復(fù)雜應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力壓鑄模壓鑄模硬度、足夠的強(qiáng)度、硬度、足夠的強(qiáng)度、韌性韌性磨損、脆斷磨損、脆斷強(qiáng)烈摩擦強(qiáng)烈摩擦循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊復(fù)雜應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力冷作模具冷作模具硬度、抗壓強(qiáng)度硬度、抗壓強(qiáng)度磨損磨損摩擦、油的摩擦、油的腐蝕腐蝕循環(huán)、沖擊循環(huán)、沖擊壓應(yīng)力壓應(yīng)力油泵柱塞油泵柱塞副副續(xù)表續(xù)表11-1第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 一、過量變形一、過量變形過量彈性變形過量彈性變形 除了彈簧以外，大多數(shù)零件都必須限制，要求有足夠的剛度。除了彈簧以外，大多數(shù)零件都必須限制，要求有足夠的剛度。 如：彈性變形大的鏜床鏜杠無法保證精度。如：彈性變形大的鏜床鏜杠無法保證精度。過量塑性變

6、形過量塑性變形 是零件失效的重要形式，輕則使機(jī)器的工作情況變壞，重則是零件失效的重要形式，輕則使機(jī)器的工作情況變壞，重則使它不能繼續(xù)運(yùn)行，甚至破壞。使它不能繼續(xù)運(yùn)行，甚至破壞。 如：齒輪的塑性變形會(huì)使嚙合不良，甚至卡死、斷齒。如：齒輪的塑性變形會(huì)使嚙合不良，甚至卡死、斷齒。第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 二、斷裂二、斷裂 是金屬材料最嚴(yán)重的失效形式，特別是在沒有明顯塑性變是金屬材料最嚴(yán)重的失效形式，特別是在沒有明顯塑性變形的情況下突然發(fā)生的脆性斷裂，往往會(huì)造成災(zāi)難性事故。形的情況下突然發(fā)生的脆性斷裂，往往會(huì)造成災(zāi)難性事故。防止脆斷的方法：防止脆斷的方法：準(zhǔn)確分析零件所受應(yīng)準(zhǔn)

7、確分析零件所受應(yīng)力及應(yīng)力集中的情況，選擇滿足強(qiáng)度要力及應(yīng)力集中的情況，選擇滿足強(qiáng)度要求并具有一定塑性和韌性的材料。求并具有一定塑性和韌性的材料。斷口分析：斷口分析：是斷裂失效分析的核心，同是斷裂失效分析的核心，同時(shí)又是斷裂失效分析的向?qū)?，指引斷裂時(shí)又是斷裂失效分析的向?qū)В敢龜嗔咽Х治錾僮邚澛?。失效分析少走彎路。例：例：右圖為金屬材料的室溫拉伸或沖擊右圖為金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀察，可以看到其斷口試樣的斷口宏觀觀察，可以看到其斷口分為：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)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 不同斷

8、裂的實(shí)物比較：不同斷裂的實(shí)物比較：塑性斷裂塑性斷裂脆性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 不同斷裂的顯微特征：不同斷裂的顯微特征：塑性斷裂斷口塑性斷裂斷口（韌窩）（韌窩）疲勞斷裂斷口疲勞斷裂斷口脆性斷裂脆性斷裂a(bǔ).解解理理花花樣樣b.冰冰糖糖花花樣樣第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 TITANIC建造中的建造中的Titanic 號號TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 Titanic 號鋼板號鋼板（左圖）和（左圖）和近代船用鋼板近代船用鋼板（右圖

9、）（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 實(shí)例：汽車板簧斷裂失效實(shí)例：汽車板簧斷裂失效 板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷-折疊，疲勞源在折疊折疊，疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。根據(jù)板簧的安裝條件和工作狀況造成的表面裂紋處形成。根據(jù)板簧的安裝條件和工作狀況分析，板簧斷裂位置處于應(yīng)力集中處。裂紋在應(yīng)力作用下分析，板簧斷裂位置處于應(yīng)力集中處。裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，最后造成板簧疲勞斷裂。擴(kuò)展，最后造成板簧疲勞斷裂。第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)

10、機(jī)殼體爆炸與材料中存油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)。在缺陷有關(guān)。 1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 三、表面損傷三、表面損傷 據(jù)資料介紹，據(jù)資料介紹，70%的機(jī)器是由過量磨損而失效的。磨的機(jī)器是由過量磨損而失效的。磨損不僅消耗材料，損壞機(jī)器，而且耗費(fèi)大量能源。損不僅消耗材料，損壞機(jī)器，而且耗費(fèi)大量能源。 相互接觸的一對金屬表面，相對運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面不斷相互接觸的一對金屬表面，相對運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬表面狀態(tài)和

11、尺寸改變的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為磨損磨損?；钊h(huán)與缸套之間的摩擦活塞環(huán)與缸套之間的摩擦第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 磨損失效磨損失效1. 粘著磨損粘著磨損 兩個(gè)金屬表面的微凸兩個(gè)金屬表面的微凸部分在局部高壓下產(chǎn)生局部分在局部高壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)部粘結(jié)(固相粘著固相粘著)，使材，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕下作為磨料留在表面或撕下作為磨料留在兩個(gè)表面之間，這一現(xiàn)象兩個(gè)表面之間，這一現(xiàn)象稱為粘著磨損。稱為粘著磨損。粘著磨損示意圖粘著磨損示意圖第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 2. 磨料磨損磨料磨損 配合表面之間在相配合表面之間在相對運(yùn)動(dòng)過

12、程中，因外來對運(yùn)動(dòng)過程中，因外來硬顆?；虮砻嫖⑼惑w的硬顆粒或表面微突體的作用造成表面損傷（被作用造成表面損傷（被犁削形成溝漕）的磨損犁削形成溝漕）的磨損稱為磨粒稱為磨粒( (料料) )磨損。磨損。磨粒磨損示意圖磨粒磨損示意圖3. 犁削磨損犁削磨損 硬材料表面的微凸點(diǎn)硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面，切削較軟材料的表面，在較軟材料的表面形成在較軟材料的表面形成“犁溝犁溝”。犁削磨損示意圖犁削磨損示意圖第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 粘著磨損磨痕粘著磨損磨痕磨粒磨損磨痕磨粒磨損磨痕犁削磨損磨痕犁削磨損磨痕不同磨損的磨痕：不同磨損的磨痕：4. 表面疲勞磨損表面疲勞磨損 兩個(gè)接

13、觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面應(yīng)力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。疲勞磨損。 第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 腐蝕失效腐蝕失效 腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中發(fā)生的一種表面損耗，腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中發(fā)生的一種表面損耗，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。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。 1. 均勻腐蝕均勻腐蝕 均勻腐蝕是在整個(gè)金屬的表面均勻地發(fā)生。均勻腐蝕是在整個(gè)金屬的表面均勻地發(fā)生。

14、 腐蝕均勻性的前提：被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學(xué)成腐蝕均勻性的前提：被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕環(huán)境包圍金屬表面是均勻而且不受限制。分和顯微組織，腐蝕環(huán)境包圍金屬表面是均勻而且不受限制。 均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。如質(zhì)量保證的均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。如質(zhì)量保證的鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕。鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕。第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 2. 點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕 腐蝕集中于局部，呈尖銳腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，進(jìn)而向深度擴(kuò)成孔穴甚小孔，進(jìn)而向深度擴(kuò)成孔穴甚至穿透至穿透(孔蝕孔蝕)。 金屬表面受破壞處和未受金屬表面受破壞處和

15、未受破壞處形成破壞處形成“局部電池局部電池”，其，其中受破壞處是陽極，未受破壞中受破壞處是陽極，未受破壞處是陰極，腐蝕電流由陽極流處是陰極，腐蝕電流由陽極流向周圍的陰極，陽極處很快被向周圍的陰極，陽極處很快被腐蝕成小孔。腐蝕成小孔。點(diǎn)腐蝕示意圖點(diǎn)腐蝕示意圖 第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 3. 晶間腐蝕晶間腐蝕 腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁，其主要原因是晶界處化腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁，其主要原因是晶界處化學(xué)成分不均勻。學(xué)成分不均勻。晶間腐蝕示意圖晶間腐蝕示意圖 第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 實(shí)例：汽車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧腐蝕失效實(shí)例：汽車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧

16、腐蝕失效 彈簧材料為碳素彈簧鋼，長彈簧材料為碳素彈簧鋼，長期在含有氧、硫的水油混和物中期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，受到嚴(yán)重腐蝕，表面腐蝕浸泡，受到嚴(yán)重腐蝕，表面腐蝕產(chǎn)物從材料表面剝落，減少了彈產(chǎn)物從材料表面剝落，減少了彈簧絲的截面，同時(shí)彈簧因腐蝕而簧絲的截面，同時(shí)彈簧因腐蝕而變脆。在閥芯受到向上的作用力變脆。在閥芯受到向上的作用力F時(shí)，彈簧破斷。當(dāng)作用力去除時(shí)，彈簧破斷。當(dāng)作用力去除后，閥芯在重力和氣罐內(nèi)氣壓的后，閥芯在重力和氣罐內(nèi)氣壓的作用下，閥芯與閥座間尚能起到作用下，閥芯與閥座間尚能起到一定的密封作用。但如果車輛受一定的密封作用。但如果車輛受到強(qiáng)烈震動(dòng)，閥芯會(huì)跳離閥座，到強(qiáng)烈震動(dòng)，

17、閥芯會(huì)跳離閥座，破斷的彈簧絲會(huì)卡入閥芯、閥座破斷的彈簧絲會(huì)卡入閥芯、閥座的密封面處，使氣體泄漏，造成的密封面處，使氣體泄漏，造成氣壓降低，剎車失靈。氣壓降低，剎車失靈。第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式 第二節(jié)第二節(jié) 選材的基本原則選材的基本原則 1.1.根據(jù)零件根據(jù)零件工作條件工作條件、失效形式失效形式提出合理的提出合理的抗力指標(biāo)抗力指標(biāo)。2.2.在滿足機(jī)械性能前提下，盡量照顧在滿足機(jī)械性能前提下，盡量照顧工藝性工藝性（鑄、鍛、（鑄、鍛、焊、切削加工、熱處理），特別在批量生產(chǎn)時(shí)。焊、切削加工、熱處理），特別在批量生產(chǎn)時(shí)。b b，HBHB，-1-1，a ak k, ,s s/b

18、 b,K,K1c1c等等過量變形過量變形斷裂斷裂表面狀態(tài)、尺寸改變表面狀態(tài)、尺寸改變應(yīng)力狀態(tài)：拉、壓、彎、扭應(yīng)力狀態(tài)：拉、壓、彎、扭載荷性質(zhì)：靜、沖擊、交變載荷性質(zhì)：靜、沖擊、交變工作溫度：常、高、低溫工作溫度：常、高、低溫工作介質(zhì)：空氣、液、腐蝕工作介質(zhì)：空氣、液、腐蝕抗力指標(biāo)抗力指標(biāo)失效形式失效形式工作條件工作條件3.3.充分考慮充分考慮經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性：（1 1）盡量用本地可購材料；材料品種、規(guī)格盡量集中。）盡量用本地可購材料；材料品種、規(guī)格盡量集中。（2 2）考慮初始成本與附加成本（售后服務(wù)）的關(guān)系）考慮初始成本與附加成本（售后服務(wù)）的關(guān)系 1 1）初始成本）初始成本，質(zhì)量，質(zhì)量，附加成本

19、，附加成本； 2 2）初始成本）初始成本，質(zhì)量，質(zhì)量，附加成本，附加成本。第二節(jié)第二節(jié) 選材的基本原則選材的基本原則 第三節(jié)第三節(jié) 熱處理方案的選擇熱處理方案的選擇選擇熱處理方案遵循的原則：選擇熱處理方案遵循的原則：1 1、要求綜合力學(xué)性能好的零件：、要求綜合力學(xué)性能好的零件：調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)2 2、要求彈性好的零件、要求彈性好的零件 較大彈性變形量：較大彈性變形量：淬火中溫回火淬火中溫回火（大截面）（大截面） （彈簧鋼）（彈簧鋼） 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火（小截面）（小截面） 大彈性變形量：大彈性變形量：去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 或或淬火時(shí)效處理淬火時(shí)效處理 （銅基合金）（銅基合金）3 3、要求耐磨的零件：

20、、要求耐磨的零件：淬火低溫回火淬火低溫回火4 4、要求特殊物理性能的零件：、要求特殊物理性能的零件：根據(jù)要求進(jìn)行處理根據(jù)要求進(jìn)行處理W18Cr4V鋼的熱處理工藝過程示意圖鋼的熱處理工藝過程示意圖第三節(jié)第三節(jié) 熱處理方案的選擇熱處理方案的選擇C620車床主軸及熱處理技術(shù)條件車床主軸及熱處理技術(shù)條件1.一般標(biāo)硬度：一般標(biāo)硬度：無損、可直接在零件測試無損、可直接在零件測試 （注意與所選材料及組織一致）（注意與所選材料及組織一致） 波動(dòng)范圍：波動(dòng)范圍：HRC 5個(gè)單位；個(gè)單位；HB 3040個(gè)單位個(gè)單位 2.表面熱處理：表面熱處理：范圍、深度、表面與心部硬度及組范圍、深度、表面與心部硬度及組 織要求等

21、?？椧蟮?。第三節(jié)第三節(jié) 熱處理方案的選擇熱處理方案的選擇第四節(jié)第四節(jié) 預(yù)防和控制熱處理變形的方法和措施預(yù)防和控制熱處理變形的方法和措施變形主要是由于熱處理產(chǎn)生變形主要是由于熱處理產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力熱應(yīng)力和和組組織應(yīng)力織應(yīng)力）引起的。）引起的。熱應(yīng)力熱應(yīng)力：由于溫度差而產(chǎn)生體積收縮（膨脹）量：由于溫度差而產(chǎn)生體積收縮（膨脹）量不同所引起的內(nèi)應(yīng)力。不同所引起的內(nèi)應(yīng)力。組織應(yīng)力組織應(yīng)力：由于組織轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生體積變化不同所：由于組織轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生體積變化不同所引起的內(nèi)應(yīng)力。引起的內(nèi)應(yīng)力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮熱處理變形（甚至開裂），避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮熱處理變形（甚至開裂），避免應(yīng)力集中應(yīng)力集中 1.

22、1.避免尖角、棱角、厚薄懸殊等不合理結(jié)構(gòu)；避免尖角、棱角、厚薄懸殊等不合理結(jié)構(gòu)； 盡量采用封閉、對稱，組合等結(jié)構(gòu)。盡量采用封閉、對稱，組合等結(jié)構(gòu)。 2.2.掌握變形規(guī)律，調(diào)整加工尺寸或預(yù)留加工余量。掌握變形規(guī)律，調(diào)整加工尺寸或預(yù)留加工余量。 3.3.合理安排加工工藝路線。合理安排加工工藝路線。第四節(jié)第四節(jié) 預(yù)防和控制熱處理變形的方法和措施預(yù)防和控制熱處理變形的方法和措施第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析機(jī)械零件選材機(jī)械零件選材的一般步驟的一般步驟: 工藝過程的基本知識(shí)工藝過程的基本知識(shí)一、毛坯的選擇要考慮如下因素一、毛坯的選擇要考慮如下因素 1、零件材料

23、的工藝特征、零件材料的工藝特征 某些箱體需鑄造，軸、齒輪等多半要鍛造某些箱體需鑄造，軸、齒輪等多半要鍛造 2、零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸、零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸 軸可選用圓棒料軸可選用圓棒料 機(jī)架、大齒輪可考慮鑄鋼機(jī)架、大齒輪可考慮鑄鋼 3、生產(chǎn)批量的大小、生產(chǎn)批量的大小 例如：模鍛和自由鍛對零件數(shù)量要求不同例如：模鍛和自由鍛對零件數(shù)量要求不同 4、現(xiàn)有生產(chǎn)條件、現(xiàn)有生產(chǎn)條件第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析工藝過程的基本知識(shí)工藝過程的基本知識(shí)二、外圓面加工二、外圓面加工（a）外圓面技術(shù)要求）外圓面技術(shù)要求 1、本身精度、本身精度 尺寸、形狀尺寸、形狀

24、2、位置精度、位置精度 3、表面質(zhì)量、表面質(zhì)量（b）外圓面加工方案分析）外圓面加工方案分析 1、粗車、粗車 2、粗車、粗車半精車半精車 3、粗車、粗車半精車半精車磨磨 粗車粗車半精車半精車粗磨式半精磨粗磨式半精磨 4、粗車、粗車半精車半精車粗磨粗磨精磨精磨 5、粗車、粗車半精車半精車粗磨粗磨精磨精磨研磨研磨 6、粗車、粗車精車精車精細(xì)車精細(xì)車(有色金屬有色金屬)第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析工藝過程的基本知識(shí)工藝過程的基本知識(shí)三、孔的加工三、孔的加工（a）孔的技術(shù)要求）孔的技術(shù)要求 1、本身精度、本身精度 尺寸、形狀尺寸、形狀 2、位置精度、位置精度

25、 3、表面質(zhì)量、表面質(zhì)量 粗糙度、物理力學(xué)性能粗糙度、物理力學(xué)性能（b）孔加工方案分析）孔加工方案分析 1、粗車、粗車 2、粗車、粗車半精車半精車 3、粗車、粗車半精車半精車磨磨 粗車粗車半精車半精車粗磨式半精磨粗磨式半精磨 4、粗車、粗車半精車半精車粗磨粗磨精磨精磨 5、粗車、粗車半精車半精車粗磨粗磨精磨精磨研磨研磨 6、粗車、粗車精車精車精細(xì)車精細(xì)車(有色金屬有色金屬)第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 1. 1. 齒輪的工作條件和對性能的要求齒輪的工作條件和對性能的要求 齒輪的工作條件齒輪的工作條件 由于傳遞扭矩，齒根承受很大的

26、交變彎曲應(yīng)力；由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力； 換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部承受一定沖擊載荷；換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部承受一定沖擊載荷； 齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩 擦力的作用。擦力的作用。 齒輪的失效形式齒輪的失效形式 疲勞斷裂疲勞斷裂 主要從根部發(fā)生；主要從根部發(fā)生； 齒面磨損齒面磨損 由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變?。挥捎邶X面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變??； 齒面接觸疲勞破壞齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn) 生微裂紋，微裂紋的發(fā)展，引起點(diǎn)狀剝落生微裂紋，微裂紋的發(fā)展，引起點(diǎn)

27、狀剝落( (或稱麻點(diǎn)或稱麻點(diǎn)) )； 過載斷裂過載斷裂 主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。 第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 失失效效形形式式第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 acda a 齒面磨損齒面磨損b b 齒面咬合齒面咬合c c 塑性變形塑性變形d d 齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕b第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析

28、一、齒輪類一、齒輪類 齒輪材料的性能要求齒輪材料的性能要求 高的彎曲疲勞強(qiáng)度；高的彎曲疲勞強(qiáng)度； 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； 較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，如熱處理變形小等。此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，如熱處理變形小等。 齒輪類零件的選材齒輪類零件的選材 齒輪材料要求的性能主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞齒輪材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。表面硬度越高，疲勞強(qiáng)度也越高。齒強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。表面硬度越高，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過載斷裂。心應(yīng)有足

29、夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過載斷裂。 從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它們從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它們經(jīng)表面強(qiáng)化處理后，表面有高的強(qiáng)度和硬度，心部有好的韌經(jīng)表面強(qiáng)化處理后，表面有高的強(qiáng)度和硬度，心部有好的韌性，能滿足使用要求。此外，這類鋼的工藝性能好，經(jīng)濟(jì)上性，能滿足使用要求。此外，這類鋼的工藝性能好，經(jīng)濟(jì)上也較合理，所以是比較理想的材料。也較合理，所以是比較理想的材料。第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 2. 2. 汽車、拖拉機(jī)齒輪汽車、拖拉機(jī)齒輪汽車后橋齒輪汽車后橋齒輪 北京吉普北京吉普后橋

30、圓錐主動(dòng)齒輪后橋圓錐主動(dòng)齒輪第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 2. 汽車、拖拉機(jī)齒輪汽車、拖拉機(jī)齒輪 材料：材料：20CrMnTi 工藝路線：鍛工藝路線：鍛正火正火機(jī)加工機(jī)加工滲碳、預(yù)冷淬火滲碳、預(yù)冷淬火+ 低溫回火低溫回火噴丸噴丸(壓應(yīng)力、壓應(yīng)力、-1)磨磨 各部熱處理組織及作用：各部熱處理組織及作用： 1）正火：）正火：S+(少量少量) 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）；消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）； 調(diào)整硬度、利于切削加工。調(diào)整硬度、利于切削加工。 2）滲碳、預(yù)冷淬火）滲碳、預(yù)冷淬火+低溫回火：低溫回火： 表：表：M回回+K+

31、A (少量少量)； 心：心：M低碳低碳達(dá)到達(dá)到“表硬心韌表硬心韌”，滿足使用要求。，滿足使用要求。第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析機(jī)床變速箱齒輪機(jī)床變速箱齒輪 一、齒輪類一、齒輪類 3. 3. 機(jī)床齒輪機(jī)床齒輪第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析一、齒輪類一、齒輪類 3. 機(jī)床齒輪機(jī)床齒輪 材料：材料：45（或（或40Cr） 工藝路線：鍛工藝路線：鍛正火正火粗機(jī)加工粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精機(jī)加工精機(jī)加工 各部熱處理組織及作用：各部熱處理組織及作用： 1）正火：）正火：S+(少量少量) 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）；消除

32、鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）； 調(diào)整硬度、利于切削加工。調(diào)整硬度、利于切削加工。 2）調(diào)質(zhì)：）調(diào)質(zhì)：S回回 ，滿足整體機(jī)械性能要求：綜合機(jī)械性能，滿足整體機(jī)械性能要求：綜合機(jī)械性能 3）高頻淬火）高頻淬火+低溫回火：低溫回火： 表：表： M回回+A (少量少量)； 心：心：S回回 達(dá)到達(dá)到“表硬心韌表硬心韌”，滿足使用要求。，滿足使用要求。第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析二、軸類二、軸類 1. 1. 軸的工作條件和性能要求軸的工作條件和性能要求 軸的工作條件軸的工作條件 工作時(shí)主要受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用；工作時(shí)主要受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用；

33、 軸與軸上零件有相對運(yùn)動(dòng)軸與軸上零件有相對運(yùn)動(dòng), , 相互間存在摩擦和磨損；相互間存在摩擦和磨損； 軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng), , 使軸承受沖擊載荷；使軸承受沖擊載荷； 多數(shù)軸會(huì)承受一定的過載載荷。多數(shù)軸會(huì)承受一定的過載載荷。 軸的失效形式軸的失效形式 長期交變載荷下的疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷長期交變載荷下的疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷 裂）；裂）； 大載荷或沖擊載荷作用引起的過量變形、斷裂；大載荷或沖擊載荷作用引起的過量變形、斷裂； 與其它零件相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的表面過度磨損。與其它零件相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的表面過度磨損。第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工

34、工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析二、軸類二、軸類 失效形式：失效形式：轉(zhuǎn)軸彎曲疲勞斷口形貌轉(zhuǎn)軸彎曲疲勞斷口形貌直升飛機(jī)螺旋槳驅(qū)動(dòng)齒輪軸扭斷直升飛機(jī)螺旋槳驅(qū)動(dòng)齒輪軸扭斷 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第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析二、軸類二、軸類 軸的使用性能要求軸的使用性能要求 高的強(qiáng)度、足夠的硬度和良好的韌性；高的強(qiáng)度、足夠的硬度和良好的韌性； 高的疲勞極限；高的疲勞極限； 在相對運(yùn)動(dòng)的摩擦部位，如軸頸、花鍵等處，應(yīng)具有在相對運(yùn)動(dòng)的摩擦部位，如軸頸、花鍵等處，應(yīng)具有 高的硬度和耐磨性。高的硬度和耐磨性。 制造

35、軸類零件的材料主要是碳素結(jié)構(gòu)和合金結(jié)構(gòu)鋼，一制造軸類零件的材料主要是碳素結(jié)構(gòu)和合金結(jié)構(gòu)鋼，一般是以鍛件或軋制型材為毛胚。般是以鍛件或軋制型材為毛胚。 根據(jù)承載能力的大小選用材料，然后根據(jù)選材的不同選根據(jù)承載能力的大小選用材料，然后根據(jù)選材的不同選擇相應(yīng)的熱處理工藝。擇相應(yīng)的熱處理工藝。2. 2. 軸的選材軸的選材第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析二、軸類二、軸類3.3.軸類零件加工工藝路線及其分析軸類零件加工工藝路線及其分析 車床主軸車床主軸C620車床主軸簡圖車床主軸簡圖 第五節(jié)第五節(jié) 典型零件選材及加工工藝路線分析典型零件選材及加工工藝路線分析二、軸類二、軸類3.軸類零件加工工藝路線及其分析軸類零件加工工藝路線及其分析 車床主軸車床主軸1) 材料：材料：45（或（或40Cr）2) 工藝路線：鍛工藝路線：鍛正火正火粗機(jī)加工粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精機(jī)加工精機(jī)加工 軸頸：軸頸：高頻淬火高頻淬火+低溫回火低溫回火磨磨3) 各部熱處理組織及作用：各部熱處理組織及作用： a）正火：）正火：S+(少量少量) 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）；消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）；