工程材料與熱加工21

第二章

材料的選用選材的原則零件的失效典型零件的選材及工藝路線什么是失效：失去設(shè)計(jì)要求的功能失效的基本類型完全不能工作雖仍能工作，但已不能完成指定的功能或工作低效；有嚴(yán)重?fù)p傷，不能確保安全工作斷裂失效過量變形失效（畸變失效）表面損傷失效一、零件的失效失效的主要原因設(shè)計(jì)缺陷選材不當(dāng)或材質(zhì)存在缺陷制造工藝問題裝配調(diào)試因素運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素一、零件的失效比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂一、零件的失效

斷口形貌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

零件失效實(shí)例鐵路貨車搖枕出現(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)

零件失效實(shí)例

零件失效實(shí)例常見的滾動(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磨損齒面膠合齒面塑性變形齒輪的失效齒面點(diǎn)蝕使用性能原則

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)工藝的要求

（鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處理）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

二、選材的原則工作條件:轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)，無強(qiáng)烈沖擊性能指標(biāo):心部220~250HBS，齒面硬度≥52HRC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——S回

齒面——M回※沖擊小的低速齒輪可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等三、典型零件的選材原則

機(jī)床齒輪工作條件: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，aK≥50J

，齒面硬度≥55HRC)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——M回(+F)

齒面——M回+碳化物+Ar載重汽車變速箱齒輪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，要求硬度和耐磨性高。

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：S回

軸頸表面：M回銑床（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。C620車床主軸機(jī)床主軸

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≥55HRC選材：QT700-2

工藝：

鑄造→高溫正火(880～

920℃)→高溫回火(500～600℃)→機(jī)加工→軸頸N化

最終組織

：

P+G+少量F175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸

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

——S回V型發(fā)動(dòng)機(jī)連桿奔馳連桿連桿性能——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

——M回

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）木工工具木工鑿

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

——M回

低速切削、形狀較復(fù)雜的刃具（絲錐、板牙、拉刀等

T工作<300oC）板牙絲錐拉刀性能——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

高速切削用的刃具（高速車刀、鉆頭、銑刀等

T工作<600oC）齒輪滾刀性能——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

——T回

板彈簧汽車板簧

性能——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

——T回自行車彈簧

復(fù)習(xí)思考題現(xiàn)有下列牌號(hào)的鋼材：40Cr、20、45、9SiCr、

65Mn、60Si2Mn、W18Cr4V、GCr15、20CrMnTi、

T8