機(jī)械工程材料-ch7機(jī)械零件的失效和選材.ppt

1、機(jī)械工程材料,Mechanical Engineering Materials Science,機(jī)械與電子工程學(xué)院,1 選材原則,2、選材原則使用、工藝性能；經(jīng)濟(jì)性；環(huán)境與資源原則,1、選材的動(dòng)機(jī) 產(chǎn)品開發(fā)、改進(jìn)、更新?lián)Q代。,一、材料的使用性能 首要原則,零件失效類型 變形 彈、塑性變形。 斷裂 脆、塑性，疲勞斷裂。 表面損傷 磨損、腐蝕等。,零件失效的原因 設(shè)計(jì)、材料、加工、安裝和使用。,零件失效的實(shí)例,斷裂僅占5% 腐蝕、磨損、疲勞破壞占74%,失效統(tǒng)計(jì)：,常見零件的工作條件和失效形式,.工作環(huán)境 溫度，介質(zhì)（如腐蝕，摩擦）。,.特殊功能 導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀等。 .性能的指

2、標(biāo)化 如強(qiáng)硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。 手冊(cè)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式的局限性 力學(xué)性能與零件尺寸有關(guān),零件的加工工藝路線,一般零件 毛坯 正火或退火 切削加工 軸、齒輪等 毛坯 預(yù)先熱處理（正火、退火） 粗加工 最終熱處理（淬火回火，時(shí)效，滲C等）精加工 精密絲杠 毛坯 預(yù)先熱處理 粗加工 最終熱處理 半精加工 時(shí)效（或 N化） 精加工 時(shí)效,二、工藝性能 鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處理,.產(chǎn)品成本分析,三、經(jīng)濟(jì)性 根本原則,基本材料的成本（價(jià)格、利用率）, 占總成本的3070%,制造（加工）成本 約占零件成本的30% 加工成本 = 工具與設(shè)備費(fèi)用 + 每件產(chǎn)品成本 生產(chǎn)批量,四、環(huán)境與資源原則, 貫穿材料生

3、產(chǎn)、使用、廢棄的全過程 1. 減少材料使用量、延長(zhǎng)零件壽命、材料再利用。 重要金屬的世界儲(chǔ)量,2. 能源消耗少,3. 環(huán)境污染小 廢氣排放少 材料回收及降解,2 典型零件的選材與工藝,一、齒輪選材 性能要求 ：齒面硬度（決定彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度，耐磨性），強(qiáng)度，韌性。 失效形式：輪齒折斷（主要發(fā)生在齒的根部和中部），齒面損傷（包括麻點(diǎn)和較大摩擦力造成的過度磨損） 選材： 調(diào)質(zhì)鋼 最終熱處理：調(diào)質(zhì) + 表面淬火 + 低溫回火 滲C鋼 最終熱處理：滲碳后淬火處理。 中高碳鋼最終熱處理：調(diào)質(zhì)處理后表面淬火。,實(shí)例1 ： 載重汽車變速箱齒輪 性能指標(biāo) b1000MPa，AK50J ，齒面硬度HRC55

4、。 選材 20CrMnTi，20SiMnVB等，b 1080MPa ， AK 55J，齒面HRC5863 。,工藝路線 ：下料 鍛造正火粗加工局部鍍銅滲C、淬火低溫回火噴丸磨削零件,局部鍍銅的目的：滲碳前對(duì)一些不需要有較高的力學(xué)性能、而且還需要后續(xù)切削加工的部位進(jìn)行局部鍍銅防滲處理。,噴丸處理：可以去除熱處理后的氧化皮，還可在表層形成一層殘余亞應(yīng)力，有助于提高齒面的接觸疲勞強(qiáng)度。,正火的目的：消除鍛造應(yīng)力，均勻細(xì)化組織、調(diào)整硬度，便于材料的切削加工，獲得的組織一般為片狀珠光體+鐵素體。,滲碳淬火+低溫回火：淬火后心部獲得低碳馬氏體組織，有較好的沖擊韌度。低溫回火的目的消除淬火應(yīng)力，降低脆性。,

5、實(shí)例 2： 機(jī)床齒輪,機(jī)床齒輪的工作條件 ：工作條件較好，載荷不大，轉(zhuǎn)速中等，工作平穩(wěn)，少有強(qiáng)烈的沖擊，要求除了有高的接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、表面硬度與耐磨性外，還應(yīng)保證高的傳動(dòng)精度和小的工作噪聲。 選材 ：一般采用調(diào)質(zhì)鋼，如45鋼、40Cr或40MnB鋼。,工藝路線：下料 鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)滾齒齒部高頻加熱表面淬火+低溫回火,高頻加熱表面淬火+低溫回火目的：提高齒面的硬度、有利于提高齒輪的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，淬火后形成壓應(yīng)力 防止表面發(fā)生麻點(diǎn)剝落。,調(diào)質(zhì)目的：為齒輪提供較高的綜合機(jī)械性能，保證齒的心部具有足夠高的強(qiáng)度和韌性以承受較大的交變彎曲應(yīng)力和沖擊載荷，同時(shí)還可以減少淬火后的變形。,正

6、火目的：作為預(yù)備熱處理工藝可以消除鍛造毛坯的應(yīng)力，細(xì)化組織，調(diào)整毛坯的硬度到適合切削加工的范圍。,二、軸類零件選材 性能要求 ：軸類零件起支撐傳動(dòng)零件和傳遞扭矩的作用，還承受交變載荷和扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷，某些情況下還受到?jīng)_擊作用，軸頸尚需耐磨。 失效形式：疲勞斷裂和軸頸處的過量磨損失效，腐蝕磨損失效，沖擊過載造成的斷裂失效等。,選材： 碳含量在0.30.5，如35、40、45、50等碳素結(jié)構(gòu)鋼，35CrMo、40Cr、40CrNi合金調(diào)質(zhì)鋼。,實(shí)例1、 C620機(jī)床主軸選材,性能要求 強(qiáng)度、塑韌性，疲勞強(qiáng)度，軸頸耐磨性。 普通車床（輕載）主軸 45鋼調(diào)質(zhì)或正火，軸頸高頻表面淬火。 銑床（中載）主軸

7、40Cr等調(diào)質(zhì)，軸頸高頻表面淬火。 組合機(jī)床（重載）主軸 20CrMnTi ，經(jīng)滲C、淬火、回火處理。 精密鏜床（高精度）主軸 38CrMoAl ，調(diào)質(zhì) + 氮化 + 時(shí)效,C620 車床主軸，綜合機(jī)械性能一般；大端軸頸等部位耐磨性高。 性能指標(biāo) 硬度220250HB，軸頸52HRC 。 選材 45鋼，整體硬度220250HB，軸頸表面淬火硬度5257HRC。 熱處理工藝 840水淬 + 600回火(水或油冷）+ 軸頸高頻淬火 + 200回火 最終組織 心部：回火S軸頸表面：回火M 工藝路線 下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工表面淬火低溫回火磨削零件,常用機(jī)床主軸選用的材料及熱處理方法,實(shí)例2、 內(nèi)燃機(jī)曲軸選材及熱處理工藝擬定,175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸,性能要求 強(qiáng)度，韌性，彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸耐磨性。,選材 調(diào)質(zhì)鋼（韌性高）、球墨鑄鐵。 實(shí)例 175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸 性能指標(biāo) b650MPa，整體硬度220260HBS，軸頸表面硬度625HV (HRC55), 2%, AK15J。 選材 鍛鋼曲軸（優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼） 鑄造曲軸（球墨鑄鐵） 鍛鋼曲軸：45、40Cr、50Mn、42CrMo、35CrNiMo、45V、48MnV、49MnV