《工程材料及應(yīng)用》課件第10章

第10章典型工件的選材及工藝路線設(shè)計

10.1齒輪選材10.2軸類零件選材10.3彈簧選材10.4刃具選材 10.1齒輪選材

10.1.1齒輪的工作條件、失效形式及其對材料性能的要求

1.齒輪的工作條件

齒輪主要用于傳遞扭矩和調(diào)節(jié)速度，其工作時的受力情況如下：

(1)由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力；

(2)換擋、啟動或嚙合不均時，齒根承受一定沖擊載荷；

(3)齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力的作用。

2.齒輪的失效形式

按照工作條件的不同，齒輪的失效形式主要有以下幾種：

1)疲勞斷裂

疲勞斷裂是齒輪最嚴重的失效形式，主要從根部發(fā)生，常常有一齒斷裂引起數(shù)齒甚至所有齒的斷裂。

2)齒面磨損

齒面磨損是指由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小。

3)齒面接觸疲勞破壞

在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的發(fā)展繼而引起點狀剝落(或稱麻點)。

4)過載斷裂

過載斷裂主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。

表10－1是美國的一個關(guān)于齒輪失效形式及原因的統(tǒng)計資料。結(jié)果表明，疲勞斷裂占失效齒輪總數(shù)的1/3以上，居首位；其次是表面損傷。總的來講，斷裂是齒輪失效的主要形式。

3.齒輪的性能要求

根據(jù)工作條件及失效形式的分析，可以對齒輪材料提出如下性能要求：

(1)高的彎曲疲勞強度；

(2)高的接觸疲勞強度和耐磨性；

(3)較高的強度和沖擊韌性。

表10－1美國931個齒輪失效方式及原因的統(tǒng)計結(jié)果

10.1.2齒輪類零件的選材

齒輪材料要求的性能主要是疲勞強度，尤其是彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。

強度與齒面硬度之間大致有以下關(guān)系：

式中，SB為疲勞強度；HV為齒面硬度值；k、m為與材料有關(guān)的常數(shù)。顯然，表面硬度越高，疲勞強度也越高。

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。這方面還沒有合適的計算方法，基本上憑經(jīng)驗決定。10.1.3典型齒輪選材舉例

1.機床齒輪

機床變速箱齒輪擔(dān)負傳遞動力，改變運動速度和方向的任務(wù)。工作條件較好，轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)無強烈沖擊。因此，按照經(jīng)驗，一般可選中碳鋼制造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼。它的工藝路線為：

下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→輪齒高頻淬火及回火→精密

正火處理對鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序，它可消除鍛造應(yīng)力，均勻組織，使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，改善齒輪表面加工質(zhì)量。對于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。

調(diào)質(zhì)處理可使齒輪具有較高的綜合力學(xué)性能，心部有足夠的強度和韌性，能承受較大的交變彎曲應(yīng)力和沖擊載荷，并可減少齒輪的淬火變形。

高頻淬火及低溫回火是決定齒輪表面性能的關(guān)鍵工序。通過高頻淬火，輪齒表面硬度可達52HRC以上，提高了耐磨性，并使輪齒表面有殘余壓應(yīng)力存在，從而提高了抗疲勞破壞的能力。為了消除淬火應(yīng)力，高頻淬火后進行低溫回火。

表10－2機床齒輪的用材及熱處理

表10－2機床齒輪的用材及熱處理

2.汽車齒輪

汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。在變速箱中，通過它改變發(fā)動機、曲軸和主軸齒輪的速比；在差速器中，通過齒輪增加扭矩，并調(diào)節(jié)左右輪的轉(zhuǎn)速。全部發(fā)動機的動力均通過齒輪傳給車軸，推動汽車運行。所以，汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌性等，均要求比機床齒輪高。采用調(diào)質(zhì)鋼高頻淬火不能保證要求，所以，對于重要齒輪，通常用低碳鋼進行滲碳處理。我國應(yīng)用最多的是合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。滲碳后表面碳含量大大提高，保證淬火后得到高硬度，提高耐磨性和接觸疲勞抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可使心部獲得較高的強度和足夠的沖擊韌性，因此為了進一步提高齒輪的耐用性，滲碳、淬火、回火后，還可采用噴丸處理，增大表層壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強度，并清除氧化皮。

滲碳齒輪的工藝路線為：

下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨削加工

表10－3汽車、拖拉機齒輪的常用鋼種及熱處理方法

表10－3汽車、拖拉機齒輪的常用鋼種及熱處理方法

表10－3汽車、拖拉機齒輪的常用鋼種及熱處理方法

10.2軸類零件選材

10.2.1軸類零件的工作條件

(1)軸類零件工作時主要受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用；

(2)軸與軸上零件有相對運動，相互間存在摩擦和磨損；

(3)軸在高速運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生振動，使軸承受沖擊載荷；

(4)多數(shù)軸會承受一定的過載載荷。

10.2.2軸類零件的失效方式

由于軸類零件的受力情況及工作條件較復(fù)雜，因此其失效方式也是多樣的。軸類零件的一般失效方式有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)，大載荷或沖擊載荷作用引起的過量變形甚至斷裂，與其他零件相對運動時產(chǎn)生的表面過度磨損等。

10.2.3軸類零件的性能要求

根據(jù)軸類材料的工作條件和失效方式，對其可有以下性能要求：

(1)良好的綜合機械性能：足夠的強度、塑性和一定的韌性，以防止過載斷裂、沖擊斷裂；

(2)高的疲勞強度，對應(yīng)力集中敏感性低，以防疲勞斷裂；

(3)足夠的淬透性，熱處理后表面要有高硬度、高耐磨性，以防磨損失效；

(4)良好的切削加工性能，價格便宜。

10.2.4軸類零件材料及選材方法

軸類零件選材時主要考慮強度，同時也要考慮材料的沖擊韌性和表面耐磨性。強度設(shè)計一方面可保證軸的承載能力，防止變形失效；另一方面由于疲勞強度與拉伸強度大致成正比關(guān)系，也可保證軸的耐疲勞性能，并且對耐磨性有利。

為了兼顧強度和韌性，同時考慮疲勞抗力，軸一般用經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼來制造。

由于碳鋼比合金鋼便宜，并且有一定的綜合機械性能及對應(yīng)力集中敏感性較小的特點，因此一般軸類零件使用較多。常用的優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)鋼有：35、40、45、50鋼等，其中45鋼最常用。為改善其性能，這類鋼一般要經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或表面淬火熱處理。

合金鋼比碳鋼具有更好的力學(xué)性能和熱處理性能，但對應(yīng)力集中敏感性較高，價格也較貴，因此當(dāng)載荷較大并要求限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性等等要求高時應(yīng)采用合金鋼。常用的合金鋼有20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等。采用合金鋼必須采取相應(yīng)的熱處理才能充分發(fā)揮其作用。

除了上述碳鋼和合金鋼外，還可以用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵作為軸的材料，特別是曲軸的材料。

軸類零件很多，如機床主軸、內(nèi)燃機曲軸、汽車半軸等，其選材原則主要是根據(jù)載荷大小、類型等來決定的。

軸類零件承受的載荷主要是彎曲載荷、扭轉(zhuǎn)載荷和軸向載荷。

對于彎曲載荷，軸內(nèi)應(yīng)力分布為

式中，σ為法向應(yīng)力；k為曲率，在一定載荷下純彎曲時為常數(shù)；E為彈性模量；y為離中心軸線的距離。所以最大應(yīng)力值在外表面上。

對于扭轉(zhuǎn)載荷，軸內(nèi)應(yīng)力分布為

式中，τ為剪應(yīng)力；G為剪切模量；ρ為距圓心的徑向距；θ為扭轉(zhuǎn)角，在一定載荷下純扭轉(zhuǎn)時為常數(shù)。所以應(yīng)力的最大值也在外表面上。對于軸向載荷，軸截面上應(yīng)力分布均勻。圖10－1滿足規(guī)定機械性能的軸用鋼種的選擇

舉例如下：

設(shè)有一受拉伸的軸(例如連桿或高強螺栓)，其直徑為?37.5mm，工作應(yīng)力為700MPa，安全系數(shù)k＝2，試選取合適材料。

根據(jù)工作應(yīng)力及安全系數(shù)，所選鋼的屈服強度應(yīng)為1400MPa，相應(yīng)的硬度約為48HRC。根據(jù)硬度，并且考慮到其他因素，確定所選鋼的碳質(zhì)量分數(shù)；按淬硬性公式(淬透的硬度算出，如果鋼的碳質(zhì)量分數(shù)小于0.30％，淬火后硬度就達不到48HRC，因此所選鋼的碳質(zhì)量分數(shù)應(yīng)在0.3％以上。由于回火時硬度要降低，加上實際淬火難以達到理論硬度值，因此假定低溫回火后硬度比理論值低約5HRC。這樣，即使采用低溫回火工藝，鋼的碳質(zhì)量分數(shù)也不應(yīng)低于0.4％。如采用更高碳質(zhì)量分數(shù)，鋼的強度并不顯著提高，但韌性下降，所以鋼的碳質(zhì)量分數(shù)以0.4％～0.45％為宜。然后再由圖10－1確定具體鋼種。受拉伸軸的應(yīng)力分布均勻，要求軸中心淬透。為了避免變形，采用油淬。按照這樣的分析，如圖中箭頭線所示，給定軸可采用10B41鋼(即我國的40B鋼)制造。

10.2.5典型軸的選材舉例

圖10－2

C620車床主軸簡圖

該主軸受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用，使得載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機械性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤、頂尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。

根據(jù)以上分析，車床主軸可選用45鋼。整體的熱處理工藝為調(diào)質(zhì)處理，可使軸得到較高的綜合力學(xué)性能與疲勞強度，調(diào)質(zhì)后組織為回火索氏體，硬度要求為220～250HB；軸頸和錐孔處進行表面淬火與低溫回火處理后，硬度要求為52HBC，可滿足局部高硬度與高耐磨性的要求。它的工藝路線如下：

下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火及低溫回火→磨削加工→零件

如果這類機床主軸的載荷較大，可用40Cr鋼制造。當(dāng)承受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時，則可采用合金滲碳鋼制造，如20Cr或20CrMnTi等。當(dāng)軸的精度、尺寸穩(wěn)定性與耐磨性都要求很高時，如精密鏜床的主軸，往往選用38CrMoAlA滲氮鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后再進行滲氮處理。

常用機床主軸的工作條件，選材及熱處理工藝等列于表10－4中。

表10－4常用機床主軸的工作條件、選材及熱處理

表10－4常用機床主軸的工作條件、選材及熱處理

表10－4常用機床主軸的工作條件、選材及熱處理

表10－4常用機床主軸的工作條件、選材及熱處理

曲軸是另外一種類型的軸類零件，是內(nèi)燃機中形狀復(fù)雜而又重要的零件之一，其作用是輸出內(nèi)燃機功率，并驅(qū)動內(nèi)燃機內(nèi)其他運動機構(gòu)。曲軸在工作中受到更加復(fù)雜的力的作用；彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力，從而還可造成曲軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲振動，使之產(chǎn)生附加應(yīng)力；因曲軸形狀極不規(guī)則，所以應(yīng)力分布很不均勻；另外，曲軸頸與軸承發(fā)生滑動摩擦。因此曲軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴重磨損兩種。

根據(jù)曲軸的損壞形式，要求制造曲軸的材料必須具有高的強度，一定的沖擊韌性，足夠的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強度和剛度，軸頸表而還應(yīng)有高的硬度和耐磨性。

實際生產(chǎn)中，按制造工藝把曲軸分為鍛鋼曲軸和鑄造曲軸兩種。鍛鋼曲軸主要由優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼制造，如35、40、45、35Mn2、40Cr、35CrMo鋼等，以及非調(diào)質(zhì)鋼45V、48MnV、49MnVS3等，其中45鋼是最常用的，一般在調(diào)質(zhì)或正火后采用中頻感應(yīng)淬火對軸頸進行表面強化處理。某些汽車、拖拉機的曲軸軸頸也有采用氮碳共滲處理，以提高曲軸的疲勞強度和耐磨性。鑄造曲軸主要由鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵以及合金鑄鐵等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。球磨鑄鐵是鑄造曲軸最常用的材料，在轎車發(fā)動機中應(yīng)用很廣泛。一般汽車發(fā)動機曲軸選用的球磨鑄鐵強度應(yīng)不低于600MPa，制造農(nóng)用柴油發(fā)動機曲軸的球磨鑄鐵強度則不低于800MPa。

內(nèi)燃機曲軸選材原則主要根據(jù)內(nèi)燃機的類型、功率大小、轉(zhuǎn)速高低和相應(yīng)軸承材料等項條件而定。同時也需考慮加工條件，生產(chǎn)批量和熱處理工藝及制造成本等。

圖10－3是175A型農(nóng)用柴油機曲軸簡圖。175A型柴油機為單缸四沖程柴油機，汽缸直徑為75mm，轉(zhuǎn)速為2200～2600r／min，功率為4.4kW。由于功率不大，因此曲軸所承受的彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等載荷也不大。但由于在滑動軸承中工作，故要求軸頸部位有較高的硬度及耐磨性。一般對其性能要求是σb≥750MPa，整體硬度在240～260HB，軸頸表面硬度≥625HV，δ≥2%，akU≥150kJ/m2。

圖10－3

175A型柴油機曲軸簡圖

根據(jù)上述要求，曲軸材料可選用QT700-2。其工藝路線如下：

鑄造→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體滲氮

高溫正火(950℃)是為了通過增加組織中珠光體的含量并使其細化來提高其強度、硬度與耐磨性。正火后的高溫(560℃)回火是為了消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。軸頸氣體滲氮(滲氮溫度為570℃)是在保證不改變組織及加工精度的前提下提高軸頸表面硬度和耐磨性。

汽車發(fā)動機曲軸也可用45、40Cr鋼制造。經(jīng)過模鍛、調(diào)質(zhì)、切削加工后，在軸頸部位進行表面淬火。

10.3彈簧選材

彈簧是一種重要的機械零件。它的基本作用是利用材料的彈性和彈簧本身的結(jié)構(gòu)特點，在載荷作用下產(chǎn)生變形時，把機械功或動能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡?；在恢?fù)變形時，把形變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芑驒C械功。彈簧的種類很多，按形狀分主要有螺旋彈簧(壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)彈簧)、板彈簧、片彈簧和蝸卷彈簧幾種(見圖10－4)。

圖10－4彈簧種類

（a)壓縮螺旋彈簧；(b)拉伸螺旋彈簧；

(c)扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧;（d)板彈簧；（e)蝸卷彈簧

彈簧的用途非常廣泛，其主要用途有：

(1)緩沖或減振。

如汽車、拖拉機、火車中使用的懸掛彈簧。

(2)定位。

如機床及其夾具中利用彈簧特定位銷(或滾珠)壓在定位孔(或槽)中。

(3)復(fù)原。

外力去除后自動恢復(fù)到原來位置，如汽車發(fā)動機中的氣門彈簧。

(4)儲存和釋放能量。

如鐘表、玩具中的發(fā)條。

(5)測力。

如彈簧稱、測力計中使用的彈簧。

10.3.1彈簧的工作條件、失效形式及其對材料性能的要求

1.彈簧的工作條件

(1)彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)時，材料將承受彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

(2)緩沖、減振或復(fù)原用的彈簧承受交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用。

(3)某些彈簧受到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用。

2.彈簧的失效形式

1)塑性交形

在外載荷作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力超過材料本身的屈服應(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)到原始尺寸和形狀。

2)疲勞斷裂

在交變應(yīng)力作用下，彈簧表面缺陷(裂紋、折疊、刻痕、夾雜物)處產(chǎn)生疲勞源，裂紋擴展后造成斷裂失效。

3)快速脆性斷裂

某些彈簧存在材料缺陷(如粗大夾雜物，過多脆性相)、加工缺陷(如折疊、劃痕)、熱處理缺陷(淬火溫度過高導(dǎo)致晶粒粗大，回火溫度不足使材料韌性不夠)等，當(dāng)受到過大的沖擊載荷時，發(fā)生突然脆性斷裂。

4)在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效

高溫使彈簧材料的彈性模量和承載能力下降，高溫下使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。

3.彈簧材料的性能要求

(1)高溫的彈性極限σe和高的屈強比σs/σb。彈簧工作時不允許有永久變形，因此要求彈簧的工作應(yīng)力不超過材料的彈性極限。彈性極限越大，彈簧可承受的外載荷越大。對于承受重載荷的彈簧，如汽車用板簧，火車用螺旋彈簧等，其材料需要高的彈性極限。當(dāng)材料直徑相同時，碳素彈簧鋼絲和合金彈簧鋼絲的抗拉強度相差很小，但屈強比差別較大。65鋼為0.7，60Si2Mn鋼為0.75，50CrVA為0.9。屈強比高，彈簧可承受更高的應(yīng)力。

(2)高的疲勞強度。

彎曲疲勞強度σ-1和扭轉(zhuǎn)疲勞強度τ-1越大，則彈簧的抗疲勞性能越好。

(3)好的材質(zhì)和表面質(zhì)量。

夾雜物含量少，晶粒細小，表面質(zhì)量好，缺陷少，對于提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂十分重要。

(4)某些彈簧需要材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)和高溫條件下的使用性能。

10.3.2彈簧的選材

彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，使用條件和環(huán)境各不相同。制造彈簧的材料很多，金屬材料、非金屬材料(如塑料、橡膠)都可用來制造彈簧。由于金屬材料的成型性好、容易制造，工作可靠，在實際生產(chǎn)中，多選用彈性極高的金屬材料來制造彈簧，如碳素鋼、合金彈簧鋼、鋼合金等。

根據(jù)生產(chǎn)特點的不同，彈簧鋼通常分為熱軋彈簧用材及冷軋(拔)彈簧用材兩大類。

熱軋彈簧用材是將彈簧鋼通過熱軋方法加工成圓鋼、方鋼、盤條及扁鋼，制造尺寸較大、承載較重的螺旋彈簧或板簧。彈簧熱成型后要進行淬火及回火處理。彈簧鋼的特點和用途見表10－5。

表10－5主要彈簧鋼的特點及用途

10.3.3典型彈簧選材舉例

1.火車螺旋彈簧

火車螺旋彈簧用于機車和車箱的緩沖和吸振，其使用條件和性能要求與汽車板簧相近。使用50CrMn、55SiMnMoV等鋼制造。其工藝路線為

熱軋鋼棒下料→兩頭制扁→熱卷成形→淬火→中溫回火→噴丸強化→端面磨平

淬火與回火工藝同汽車板簧。

2.氣門彈簧

內(nèi)燃機氣門彈簧是一種壓縮螺旋彈簧(圖10－4(a))。其用途是在凸輪、搖臂或挺桿的聯(lián)合作用下，使氣門打開或關(guān)閉，承受應(yīng)力不是很大，可采用淬透性比較好、晶粒細小、有一定耐熱性的50CrVA鋼制造，工藝路線為

冷卷成型→淬火→中溫回火→噴丸強化→兩端磨平

將冷拔退火后的盤條校直后用自動卷簧機卷制成螺旋狀，切斷后兩端并緊，經(jīng)850～860℃加熱后油淬，再經(jīng)520℃回火，組織為回火屈氏體，噴丸后兩端磨平。彈簧彈性好，屈服強度和疲勞強度高，有一定的耐熱性。

氣門彈簧也可用冷拔后經(jīng)油淬及回火后的鋼絲制造，繞制后經(jīng)300～350℃加熱消除冷卷簧時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

3.自行車手閘彈簧

自行車手閘彈簧是一種扭轉(zhuǎn)彈簧(圖10－4(c))，其用途是使手閘復(fù)位。該彈簧承受載荷小，不受沖擊和振動作用，精度要求不高。因此手閘彈簧可用碳素彈簧銅60或65鋼制造。經(jīng)過冷拔加工獲得的鋼絲直接冷卷、彎鉤成形即可。卷后可低溫(200～220℃)加熱消除內(nèi)應(yīng)力，一般也可不進行熱處理。

4.汽車板簧

汽車板簧(圖10－4(d))用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強度和疲勞強度，一般選用65Mn、60SiMn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。其工藝路線為

熱軋鋼帶(板)沖裁下料→壓力成型→淬火→中溫回火→噴丸強化

淬火溫度為850～860℃(60Si2Mn鋼為870℃)，采用油冷，淬火后組織為馬氏體。回火溫度為420～500℃，組織為回火屈氏體。屈服強度σ0.2不低于1100MPa，硬度為42～47HRC，沖擊韌性ak為250～300kJ/m2。

5.繼電器簧片

繼電器簧片是一種片簧(圖10－5)，其作用是使兩電觸點接觸時，產(chǎn)生一定大小的壓力，以保證觸頭緊密接觸良好導(dǎo)電?；善牧弦泻玫膹椥浴?dǎo)電性和耐蝕性。簧片所受彎曲應(yīng)力很小。可用黃銅(H70)、錫青銅(QSn6.5～0.1)、白銅(B19)等制造。

圖10－5繼電器簧片

10.4刃具選材

10.4.1刃具的工作條件、失效形式及對材料性能的要求

1.刃具的工作條件

切削加工使用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工具統(tǒng)稱為刃具。刃具的工作條件是：

(1)刃具切削材料時，受到被切削材料的強烈擠壓，刃部受到很大的彎曲應(yīng)力。某些刃具(如鉆頭、鉸刀)還會受到較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用。

(2)刃具刃部與被切削材料強烈摩擦，刃部溫度可升到500～600℃。

(3)機用刃具往往承受較大的沖擊與振動。

2.刃具的失效形式

1)磨損

由于摩擦，刃具刃部易磨損，這不但增加了切削抗力，降低了切削零件的表面質(zhì)量，也由于刃部形狀變化，使被加工零件的形狀和尺寸精度降低。

2)斷裂

刃具在沖擊力及振動的作用下折斷或崩刃。

3)刃部軟化

由于刃部溫度升高，若刃具材料的紅硬性低或高溫性能不足，使刃部硬度顯著下降，喪失切削加工能力。

3.刃具材料的性能要求

(1)高硬度，高耐磨性，硬度一般要大于62HRC。

(2)高的紅硬性。

(3)強韌性好。

(4)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。

10.4.2刃具的選材

制造刃具的材料有碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷等，根據(jù)刃具的使用條件和性能要求不同進行選用。

簡單、低速的手用刃具，如手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等對紅硬性和強韌性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。因此可用碳素工具鋼制造。如T8、T10、T12鋼等。碳素工具鋼價格較低，但淬透性差。

低速切削、形狀較復(fù)雜的刃具，如絲錐、板牙、拉刀等，可用低合金刃具鋼9SiCr、CrWMn制造。因鋼中加入了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，可在低于300℃的溫度下使用。

高速切削用的刃具選用高速鋼(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)制造。高速鋼具有高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、好的強韌性和高的淬透性的特點，因此在刃具制造中廣泛使用，主要用來制造車刀、銑刀、鉆頭和其他復(fù)雜、精密刀具。高速鋼的硬度為62～68HRC，[JP]切削溫度可達500～550℃，價格較貴。

硬質(zhì)合金是由硬度和熔點很高的碳化物(TiC、WC)和金屬用粉末冶金方法制成，常用硬質(zhì)合金的牌號有YG6、YG8、YT6、YT15等。硬質(zhì)合金的硬度很高(89～94HRA)，耐磨性、耐熱性好，使用溫度可達1000℃。它的切削速度比高速鋼高幾倍。硬質(zhì)合金制造刀具時的工藝性比高速鋼差。一般制成形狀簡單的刀頭，用釬焊的方法將刀頭焊接在碳鋼制造的刀桿或刀盤上。硬質(zhì)合金刀具用于高速強力切削和難加工材料的切削。硬質(zhì)合金的抗彎強度較低，沖擊韌性較差，價格貴。

陶瓷由于硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高，也可以用來制造刃具。熱壓氮化硅(Si3N4)陶瓷顯微硬度為5000HV，耐熱溫度可達1400℃。立方氯化硼的顯微硬度可達8000～9000HV，允許的工作溫度達1400～1500℃。陶瓷刀具一般為正方形、等邊三角形的形狀，制成不重磨刀片，裝夾在夾具中使用。用于各種淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料的精加工和半精加工。陶瓷刀具抗沖擊能力較低，易崩刃。

10.4.3典型刃具選材舉例

1.板銼

板銼(圖10－6)是鉗工常用的工具，其表面刃部要求有高的硬度(64～67HRC)，柄部硬度＜35HRC。銼刀可用T12鋼制造，制造工藝路線為

熱軋鋼板(帶)下料→鍛(軋)柄部→正火→球化退火→機加工→淬火→低溫回火

圖10－6板銼

球化退火的目的是使鋼中碳化物呈粒狀分布，細化組織，降低硬度，改善切削加工性能。同時為淬火準備好適宜的組織，使最終成品組織中含有細小的碳化物顆粒，以提高鋼的耐磨性。