1、第十一章第十一章 工程材料的選用工程材料的選用內容提要：內容提要：本章按照失效模式與失效機理對零件失效形式進行本章按照失效模式與失效機理對零件失效形式進行分類，介紹各種失效形式，包括畸變失效、斷裂失分類，介紹各種失效形式，包括畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效。闡述機械零件選材原效、磨損失效及腐蝕失效。闡述機械零件選材原則。則。學習目標：學習目標：了解各種失效形式（畸變失效、斷裂失效、磨損失了解各種失效形式（畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效）的特點。掌握機械零件選材原則效及腐蝕失效）的特點。掌握機械零件選材原則學習建議：學習建議：在學習了有關材料的基本知識和各種工程材料之后，在學習了

2、有關材料的基本知識和各種工程材料之后，本章開始接觸到材料的實際應用，學習如何正確選本章開始接觸到材料的實際應用，學習如何正確選材及工藝路線設計。應當綜合應用前面幾章的基礎材及工藝路線設計。應當綜合應用前面幾章的基礎知識。知識。失效：失效：主要指某零件由于某種原因，導致其尺寸、形狀主要指某零件由于某種原因，導致其尺寸、形狀或材科的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的或材科的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的功能。功能。失效導致嚴重事故失效導致嚴重事故l失效幾種情況失效幾種情況：(1)零件完全破壞，不能繼續工作；零件完全破壞，不能繼續工作；(2)零件嚴重損傷，繼續工作不安全零件嚴重損傷，繼續

3、工作不安全。(3)雖仍能安全工作，但不能滿意地起到預期的作用雖仍能安全工作，但不能滿意地起到預期的作用。第一節：機械零件的失效第一節：機械零件的失效一、失效的主要原因一、失效的主要原因1.設計失效設計失效為了保證產品質量，必須精心設計，精心施工。為了保證產品質量，必須精心設計，精心施工。根據零件在特定工況、結構和環境等條件下可能發生的失效模式，根據零件在特定工況、結構和環境等條件下可能發生的失效模式，建立給定條件下正常工作的準則，確定合適的材質、尺寸、結構，建立給定條件下正常工作的準則，確定合適的材質、尺寸、結構，提出必要的技術文件。提出必要的技術文件。技術文件技術文件設備圖紙和設計計算說明書

4、。設備圖紙和設計計算說明書。如設計有誤如設計有誤,則機械設備或零件將不能使用或過早失效。則機械設備或零件將不能使用或過早失效。2.加工失效加工失效工藝缺陷往往是使零件達不到設計要求而導致失效的重要因素。工藝缺陷往往是使零件達不到設計要求而導致失效的重要因素。零件在鑄造過程中產生的疏松、夾渣；零件在鑄造過程中產生的疏松、夾渣；鍛造過程中產生的夾層、冷熱裂紋；鍛造過程中產生的夾層、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；機加工過程的尺寸公差和表面粗糙度不合適；機加工過程的尺寸公差和表面粗糙度不合適；熱處理產生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性；熱處理產生的缺陷

5、，如淬裂、硬度不足、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、安裝調試失效、安裝調試失效安裝過程達不到所要求的質量指標，導致零件失效。安裝過程達不到所要求的質量指標，導致零件失效。嚙合傳動件嚙合傳動件(齒輪、桿、螺旋等齒輪、桿、螺旋等)的間隙不合適的間隙不合適(過松過松或過緊，接觸狀態未調整好或過緊，接觸狀態未調整好)；連接零件必要的連接零件必要的“防松防松”不可靠；不可靠；鉚焊結構的必要探傷檢驗不良；鉚焊結構的必要探傷檢驗不良；潤滑與密封裝置不良等；潤滑與密封裝置不良等；初步安裝調試后，未按規定進行逐級加載跑合。初步安裝調試后，未按規定進行逐級加載跑合。 4、材料失

6、效、材料失效選材不當使零件達不到設計要求而導致失效。選材不當使零件達不到設計要求而導致失效。材質內部缺陷、毛坯加工材質內部缺陷、毛坯加工(鑄鍛焊鑄鍛焊)工藝或冷熱加工工藝或冷熱加工(特別是熱處理特別是熱處理)工藝過程產生的材料內部缺陷導致失效工藝過程產生的材料內部缺陷導致失效5、運轉維修失效、運轉維修失效不正確的運轉參數、忽視維修，導致零件失效。不正確的運轉參數、忽視維修，導致零件失效。運轉工況參數運轉工況參數(載荷、速度等載荷、速度等)的監控是否準確；的監控是否準確；定期大、中、小檢修的制度是否合理、執行；定期大、中、小檢修的制度是否合理、執行；潤滑條件是否保證潤滑條件是否保證,潤滑劑和潤滑

7、方法是否選得合適，潤滑劑和潤滑方法是否選得合適，潤滑裝置冷卻、加熱和過濾系統功能是否正常。潤滑裝置冷卻、加熱和過濾系統功能是否正常。二二、失效的形式失效的形式按失效模式和其相應的失效機理分類。按失效模式和其相應的失效機理分類。失效模式：是指失效的外在宏觀表現和規律，失效模式：是指失效的外在宏觀表現和規律，失效機理：是指引起失效的微觀的物理、化學變化過失效機理：是指引起失效的微觀的物理、化學變化過程的本質，這種失效模式和失效機理相結合的分類就是程的本質，這種失效模式和失效機理相結合的分類就是宏觀和微觀相結合由表及里地揭示失效的物理本質的過宏觀和微觀相結合由表及里地揭示失效的物理本質的過程。程。表

8、表是根據機械零件最常見的失效模式進行的分類，歸是根據機械零件最常見的失效模式進行的分類，歸納為納為變形失效、斷裂失效、表面損傷失效變形失效、斷裂失效、表面損傷失效三大類型，每三大類型，每一類型又可分為幾種不同的情況，同時列出了各種類型一類型又可分為幾種不同的情況，同時列出了各種類型的失效所相應的失效機理。的失效所相應的失效機理。（一）過量變形失效（一）過量變形失效l體現：體現：(1)不能承受所規定載荷；不能承受所規定載荷；(2)不能起到規定的作用；不能起到規定的作用；(3)與其他零件的運轉發生干擾與其他零件的運轉發生干擾例如：車間用的大型吊車，其大車橫粱通過兩例如：車間用的大型吊車，其大車橫粱

9、通過兩邊的各兩個車輪跨支于兩邊的鋼軌上。當其吊物邊的各兩個車輪跨支于兩邊的鋼軌上。當其吊物工作時，橫粱必產生一定的撓度，如果超過規定工作時，橫粱必產生一定的撓度，如果超過規定的許用撓度，兩邊車輪由于梁的彎曲變形以及相的許用撓度，兩邊車輪由于梁的彎曲變形以及相應粱的兩端過大轉角變形導致車輪擠住了軌應粱的兩端過大轉角變形導致車輪擠住了軌道造成畸變失效道造成畸變失效(運行干擾運行干擾)。1彈性畸變失效彈性畸變失效l彈性畸變的變形量是在彈性范圍內變化，不恰當的變彈性畸變的變形量是在彈性范圍內變化，不恰當的變形量導致失效。形量導致失效。l拉、壓變形的桿、柱類零件，過大的彈性畸變量導致拉、壓變形的桿、柱類

10、零件，過大的彈性畸變量導致支承件支承件(如軸承如軸承)過載，機械因喪失尺寸精度造成動作過載，機械因喪失尺寸精度造成動作失誤。失誤。l彎、扭變形的軸類零件，過大的彈性畸變量會造成軸彎、扭變形的軸類零件，過大的彈性畸變量會造成軸上嚙合零件的嚴重偏載，嚙合失常。如軸承的嚴重偏上嚙合零件的嚴重偏載，嚙合失常。如軸承的嚴重偏載，甚至咬死，導致傳動失效；載，甚至咬死，導致傳動失效；l某些控制元件，如溫控元件，予定的彈性變形某些控制元件，如溫控元件，予定的彈性變形(撓度撓度)是溫控裝置的精度的保證。是溫控裝置的精度的保證。l影響彈性畸變的主要因素有：零件形狀、尺寸、材料影響彈性畸變的主要因素有：零件形狀、尺

11、寸、材料的彈性模量、零件工作的溫度、載荷的大小。的彈性模量、零件工作的溫度、載荷的大小。2塑性畸變失效塑性畸變失效 是外加應力超過零件材料的屈服極限時發生明顯的塑性變形是外加應力超過零件材料的屈服極限時發生明顯的塑性變形(永久變永久變形形)。l影響因素：影響因素：(1)材質缺陷材質缺陷它包括材料本身的冶金缺陷和熱加工缺陷，其中較為常見的是熱處理不良它包括材料本身的冶金缺陷和熱加工缺陷，其中較為常見的是熱處理不良造造成的缺陷。如淬火時，加熱溫度或冷卻速度不合適，導致較軟的組織的成的缺陷。如淬火時，加熱溫度或冷卻速度不合適，導致較軟的組織的形，形，從而未達到所需的硬度和屈服強度。導致零件在工作時發

12、生塑性疇變從而未達到所需的硬度和屈服強度。導致零件在工作時發生塑性疇變失效。失效。(2)使用不當使用不當這是導致塑性畸變的另一原因。使用不當主要是嚴重過載和潤滑不當。如這是導致塑性畸變的另一原因。使用不當主要是嚴重過載和潤滑不當。如齒輪傳動是在過高的壓力或潤滑不足的條件下運行，齒面很可能出現如鱗齒輪傳動是在過高的壓力或潤滑不足的條件下運行，齒面很可能出現如鱗皺、起脊等塑性畸變，導致齒輪失效。皺、起脊等塑性畸變，導致齒輪失效。(3)設計失誤設計失誤它主要表現為對載荷估計不足，對溫度的影響、材質缺陷估計太低，以它主要表現為對載荷估計不足，對溫度的影響、材質缺陷估計太低，以及缺少對一些重要零件的全面

13、質量管理要求。及缺少對一些重要零件的全面質量管理要求。3 翹曲畸變失效翹曲畸變失效是一種大小與方向上常產生復雜規律的變形而是一種大小與方向上常產生復雜規律的變形而最終形成了翹曲的外形，從而導致嚴重的翹曲最終形成了翹曲的外形，從而導致嚴重的翹曲畸變失效。這種畸變往往是由溫度、外加裁荷、畸變失效。這種畸變往往是由溫度、外加裁荷、受力截面、材料組成等所引起的不均勻性的組受力截面、材料組成等所引起的不均勻性的組合，其中以溫度變化，特別是高溫所導致的形合，其中以溫度變化，特別是高溫所導致的形狀翹曲最為嚴重。狀翹曲最為嚴重。（二）表面損傷失效（二）表面損傷失效l磨損磨損相互接觸的一對金屬表面，相對運動時相

14、互接觸的一對金屬表面，相對運動時金屬表面不斷發生損耗或產生塑性變形，使金金屬表面不斷發生損耗或產生塑性變形，使金屬表面狀態和尺寸改變的現象。屬表面狀態和尺寸改變的現象。1. 粘著磨損粘著磨損兩個金屬表兩個金屬表面的微凸部分在局部高面的微凸部分在局部高壓下產生局部粘結壓下產生局部粘結(固相固相粘著粘著)，使材料從一個表，使材料從一個表面轉移到另一表面或撕面轉移到另一表面或撕下作為磨料留在兩個表下作為磨料留在兩個表面之間，這一現象稱為面之間，這一現象稱為粘著磨損。粘著磨損。 粘著磨損示意圖粘著磨損磨痕2. 磨料磨損磨料磨損配合表面之間在相對運動過程中，因外來硬顆配合表面之間在相對運動過程中，因外來

15、硬顆粒或表面微突體的作用造成表面損傷（被犁削粒或表面微突體的作用造成表面損傷（被犁削形成溝漕）的磨損稱為磨粒形成溝漕）的磨損稱為磨粒(料料)磨損。磨損。磨粒磨損示意圖磨粒磨損示意圖磨粒磨損磨痕磨粒磨損磨痕3.犁削磨損犁削磨損硬材料表面的微凸點切削較軟材料的表面，硬材料表面的微凸點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”。活塞環。活塞環與缸套存在粘著磨損、犁削磨損（拉缸現與缸套存在粘著磨損、犁削磨損（拉缸現象）、磨料磨損。象）、磨料磨損。犁削磨損磨痕犁削磨損磨痕犁削磨損示意圖犁削磨損示意圖 4.表面疲勞磨損表面疲勞磨損兩個接觸面作滾動或滾動滑動復合磨擦時，在交變接

16、觸壓應力作用兩個接觸面作滾動或滾動滑動復合磨擦時，在交變接觸壓應力作用下，使材料表面疲勞而產生材料損失的現象稱為表面疲勞磨損。下，使材料表面疲勞而產生材料損失的現象稱為表面疲勞磨損。5.沖刷磨損沖刷磨損沖刷磨損是由于含固態粒子的流體沖刷磨損是由于含固態粒子的流體(常為液體常為液體)沖刷造成表面材料損沖刷造成表面材料損失的磨損。失的磨損。6.腐蝕磨損腐蝕磨損腐蝕磨損是金屬在摩擦過程中，同時與周圍介質發生化學或電化學腐蝕磨損是金屬在摩擦過程中，同時與周圍介質發生化學或電化學反應，產生表層金屬的損失或遷移現象。反應，產生表層金屬的損失或遷移現象。 沖刷磨損示意圖沖刷磨損示意圖 （三）斷裂失效（三）斷

17、裂失效 機械零件因斷裂而產生的失效稱為斷裂失效。機械零件因斷裂而產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斷裂蠕變斷裂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鍵，是斷裂失效分斷口分析是斷裂失效分析的關鍵，是斷裂失效分析的向導，指引斷裂失效分析少走彎路。析的向導，指引斷裂失效分析少走彎路。例：金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀例：金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀察，可以看到斷口分為：察，可以看到斷口分為：F -纖維狀區纖維狀區R -放射狀區放射狀區 S -剪切唇區剪切唇區斷口 脆性斷裂實物脆性斷

18、裂實物 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 汽車板簧斷裂失效汽車板簧斷裂失效板簧表面存在嚴重的熱加工缺陷板簧表面存在嚴重的熱加工缺陷-折疊。折疊。折疊造成了表面裂紋。疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。折疊造成了表面裂紋。疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。根據板簧的安裝條件和工作狀況分析，板簧斷裂位置處于應力根據板簧的安裝條件和工作狀況分析，板簧斷裂位置處于應力集中處。集中處。裂紋在應力作用下擴展，最后造成板簧疲勞斷裂。裂紋在應力作用下擴展，最后造成板簧疲勞斷裂。（四）腐蝕失效（四）腐蝕失效 腐蝕是金屬暴露于活性介質環

19、境中而發生的一種腐蝕是金屬暴露于活性介質環境中而發生的一種表面損耗，它是金屬與環境介質之間發生的化學和電表面損耗，它是金屬與環境介質之間發生的化學和電化學作用的結果。化學作用的結果。一）均勻腐蝕一）均勻腐蝕均勻腐蝕均勻腐蝕：在整個金屬的表面均勻地發生腐蝕。在整個金屬的表面均勻地發生腐蝕。腐蝕均勻性的前提是：被腐蝕的金屬表面具有均勻的腐蝕均勻性的前提是：被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學成分和顯微組織，腐蝕環境包圍金屬表面是均勻化學成分和顯微組織，腐蝕環境包圍金屬表面是均勻而且不受限制。而且不受限制。均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產生。均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產生。鋼材在大氣中所產生的銹蝕

20、；鋼材在大氣中所產生的銹蝕；銅在土壤里的銹蝕。銅在土壤里的銹蝕。 二二)點腐蝕點腐蝕腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，向深度腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，向深度擴展成孔穴甚至穿透擴展成孔穴甚至穿透(孔蝕孔蝕)。金屬表面受破壞處和未受破壞處形成金屬表面受破壞處和未受破壞處形成“局部局部電池電池”，其中受破壞處是陽極，未受破壞處，其中受破壞處是陽極，未受破壞處是陰極，腐蝕電流由陽是陰極，腐蝕電流由陽極流向周圍的陰極，陽極流向周圍的陰極，陽極處很快被腐蝕成小孔。極處很快被腐蝕成小孔。點腐蝕示意圖點腐蝕示意圖 三三)晶間腐蝕晶間腐蝕腐蝕發生于晶粒邊界或其近旁。腐蝕發生于晶粒邊界或其近旁。其主要原因是晶界處化學

21、成分不均勻。其主要原因是晶界處化學成分不均勻。晶間腐蝕示意圖晶間腐蝕示意圖 腐蝕失效舉例腐蝕失效舉例（汽車儲氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析）（汽車儲氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析）彈簧材料為碳素彈簧鋼彈簧材料為碳素彈簧鋼.長期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，長期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，受到嚴重腐蝕，表面腐蝕產物從材料表面剝落，減少了彈簧絲受到嚴重腐蝕，表面腐蝕產物從材料表面剝落，減少了彈簧絲的截面，同時彈簧因腐蝕而變脆。的截面，同時彈簧因腐蝕而變脆。在閥芯受到向上的作用力在閥芯受到向上的作用力F時，彈簧破斷。閥芯失去密封作用。使氣體泄漏，造成氣壓降時，彈簧破斷。閥芯失去密封作用。使氣體泄漏，造

22、成氣壓降低，剎車失靈，造成嚴重事故低，剎車失靈，造成嚴重事故。第二節機械零件選材原則第二節機械零件選材原則一、使用性能原則一、使用性能原則一）機械零件正確選材的使用性能原則一）機械零件正確選材的使用性能原則使用性能主要是指零件在使用狀態下材料應該具有的機械性能、使用性能主要是指零件在使用狀態下材料應該具有的機械性能、物理性能和化學性能。物理性能和化學性能。機器零件和工程構件，則主要是機械性能。對一些特殊條件下機器零件和工程構件，則主要是機械性能。對一些特殊條件下工作的零件，則必須根據要求考慮到材料的物理、化學性能。工作的零件，則必須根據要求考慮到材料的物理、化學性能。材料的使用性能應滿足使用要

23、求。材料的使用性能應滿足使用要求。二）零件使用時的工作條件二）零件使用時的工作條件（1）受力狀況）受力狀況主要是載荷的類型主要是載荷的類型(例如動載、靜載、循環載荷或單調載荷等例如動載、靜載、循環載荷或單調載荷等)和大小；載荷的形式；載荷的特點等。和大小；載荷的形式；載荷的特點等。（2）環境狀況）環境狀況主要是溫度特性、介質情況等。主要是溫度特性、介質情況等。（3）特殊要求）特殊要求如對導電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。如對導電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。 三）零件根據使用性能選材的步驟三）零件根據使用性能選材的步驟對零件工作條件和失效形式全面分析，確定零件對零件工作條件和失

24、效形式全面分析，確定零件對使用性能的要求；對使用性能的要求；根據零件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載根據零件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載荷，計算出零件中的應力分布；荷，計算出零件中的應力分布；由工作應力、使用壽命、安全性等，確定要求性由工作應力、使用壽命、安全性等，確定要求性能的具體數值；能的具體數值；利用材料手冊根據使用性能選材。利用材料手冊根據使用性能選材。常用零件的工作條件和失效形式常用零件的工作條件和失效形式 零件所要求的機械性能數據，不能簡單地同手零件所要求的機械性能數據，不能簡單地同手冊、書本中所給出的數據完全相同，必須注意以冊、書本中所給出的數據完全相同，必須注意以下情況

25、：下情況：材料的性能不單與化學成分有關，也與加工、處材料的性能不單與化學成分有關，也與加工、處理后的狀態有關。理后的狀態有關。材料的性能與試樣的尺寸有關，必須考慮零件尺材料的性能與試樣的尺寸有關，必須考慮零件尺寸與手冊中試樣尺寸的差別，進行適當的修正。寸與手冊中試樣尺寸的差別，進行適當的修正。材料的化學成分、加工處理的工藝參數都有一定材料的化學成分、加工處理的工藝參數都有一定波動范圍。波動范圍。二、二、工藝性能原則工藝性能原則 材料的工藝性能應滿足生產工藝的要求。材料的工藝性能應滿足生產工藝的要求。一）高分子材料零件選材的工藝性能原則一）高分子材料零件選材的工藝性能原則高分子材料成形容易，方法

26、較多。高分子材料成形容易，方法較多。高分子材料的切削加工性能較好，與金屬基本高分子材料的切削加工性能較好，與金屬基本相同。不過它的導熱性差，在切削過程中不易散熱，相同。不過它的導熱性差，在切削過程中不易散熱，易使工件溫度急劇升高，使其變焦易使工件溫度急劇升高，使其變焦(熱固性塑料熱固性塑料)或變或變軟軟(熱塑性塑料熱塑性塑料)。高分子材料主要成形工藝的比較高分子材料主要成形工藝的比較高分子材料的加工工藝路線高分子材料的加工工藝路線二）陶瓷材料零件選材的工藝性能原則二）陶瓷材料零件選材的工藝性能原則陶瓷材料加工的工藝路線比較簡單，主要陶瓷材料加工的工藝路線比較簡單，主要工藝是成形，其中包括粉漿成

27、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。陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金剛陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金剛石砂磨加工外，幾乎不能進行任何其它加工。石砂磨加工外，幾乎不能進行任何其它加工。陶瓷材料各種成形工藝比較陶瓷材料各種成形工藝比較陶瓷材料的加工工藝路線陶瓷材料的加工工藝路線 三）金屬材料零件選材的工藝性能原則三）金屬材料零件選材的工藝性能原則金屬材料加工的工藝路線復雜，變化多。加工工金屬材料加工的工藝路線復雜，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。金屬材料的加工

28、工藝路線金屬材料的加工工藝路線 性能要求不高的金屬零件的工藝路線：性能要求不高的金屬零件的工藝路線：毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工零件。零件。性能要求較高的金屬零件的工藝路線：性能要求較高的金屬零件的工藝路線：毛坯毛坯預先熱處理預先熱處理(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理(淬淬火、回火，固溶時效或滲碳處理等火、回火，固溶時效或滲碳處理等)精加工精加工零件。零件。性能要求較高的精密金屬零件的工藝路線：性能要求較高的精密金屬零件的工藝路線：這類零件除了要求有較高的使用性能外，還要有很高的尺這類零件除了要求有較高的使用性能外，還要有很高的尺寸精度和表面光潔度。寸精

29、度和表面光潔度。毛坯毛坯預先熱處理預先熱處理(正火、退火正火、退火)粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理(淬淬火、低溫回火、固溶、時效或滲碳火、低溫回火、固溶、時效或滲碳)半精加工半精加工穩定化穩定化處理或氮化處理或氮化精加工精加工穩定化處理穩定化處理零件。零件。三、經濟性原則三、經濟性原則 一）、材料的價格一）、材料的價格零件材料的價格無疑應該盡量低。零件材料的價格無疑應該盡量低。材料的價格在產品的總成本中占有較大的比率，一般可占產品價格的材料的價格在產品的總成本中占有較大的比率，一般可占產品價格的30%70%，因此設計人員要十分關心材料的市場價格。，因此設計人員要十分關心材料的市場價格。二）、

30、零件的總成本二）、零件的總成本零件選用的材料必須保證其生產和使用的總成本最低。零件選用的材料必須保證其生產和使用的總成本最低。零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費用、研究費用、維修費用零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費用、研究費用、維修費用和材料價格有關。和材料價格有關。三）、國家的資源三）、國家的資源隨著工業的發展，資源和能源的問題日漸突出，選用材料時必須考慮，隨著工業的發展，資源和能源的問題日漸突出，選用材料時必須考慮，特別是對于大批量生產的零件，所用材料應該來源豐富并顧及我國資特別是對于大批量生產的零件，所用材料應該來源豐富并顧及我國資源狀況。源狀況。另外，還要注意生產所用材料的能

31、源消耗，盡量選用耗能低的材料。另外，還要注意生產所用材料的能源消耗，盡量選用耗能低的材料。l提示提示正確選材是機械設計的一項重要任務。正確選材是機械設計的一項重要任務。材料的使用性能應滿足使用要求；材料的使用性能應滿足使用要求； 材料的工藝性能應滿足生產工藝的要求；材料的工藝性能應滿足生產工藝的要求；采用便宜的材料，把總成本降至最低，取采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經濟效益。得最大的經濟效益。第三節第三節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 構件材料的選用，一般首先考慮使用性能，構件材料的選用，一般首先考慮使用性能，然后進行工藝性能和經濟性的綜合分析；具體然后進行工

32、藝性能和經濟性的綜合分析；具體使用性能的確定，則重點根據是構件的失效形使用性能的確定，則重點根據是構件的失效形式。所以，合理的選材方法式。所以，合理的選材方法應按不同的失效形式分類進行。應按不同的失效形式分類進行。一、齒輪選材一、齒輪選材（一）齒輪的工作條件、失效形式及其對材料性能的要求（一）齒輪的工作條件、失效形式及其對材料性能的要求1齒輪工作條件齒輪工作條件(1)由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應力；由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應力；(2)換擋、啟動或嚙合不均時，齒部承受一定沖擊載荷；換擋、啟動或嚙合不均時，齒部承受一定沖擊載荷；(3)齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大的接觸壓應

33、力及摩擦力的齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大的接觸壓應力及摩擦力的作用。作用。 2 齒輪的失效形式齒輪的失效形式(1)疲勞斷裂疲勞斷裂 主要從根部發生，其宏觀形貌主要從根部發生，其宏觀形貌見圖見圖。這是齒輪嚴重的失效形式，。這是齒輪嚴重的失效形式，常常引起數齒甚至所有齒的斷裂。常常引起數齒甚至所有齒的斷裂。(2)齒面磨損齒面磨損 由于齒面接觸區摩擦，使齒厚變小，由于齒面接觸區摩擦，使齒厚變小，如圖如圖所示。所示。 (3)齒面接觸疲勞破壞齒面接觸疲勞破壞在交變接觸應力作用下，齒面產生微型紋，微裂紋的發展，在交變接觸應力作用下，齒面產生微型紋，微裂紋的發展，引起點狀剝落引起點狀剝落(或稱麻點或稱麻

34、點)見圖見圖。(4)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，見圖見圖。3齒輪的性能要求齒輪的性能要求根據工作條件及失效形式的分析根據工作條件及失效形式的分析(1)高的彎曲疲勞強度；高的彎曲疲勞強度；(2)高的接觸疲勞強度和耐磨性；高的接觸疲勞強度和耐磨性；(3)較高的強度和沖擊韌性。較高的強度和沖擊韌性。此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，例如熱處理變形小，此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，例如熱處理變形小，或變形有一定規律或變形有一定規律（二）（二）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度，尤其是彎曲疲勞齒輪材料要求的性能主要是

35、疲勞強度，尤其是彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。強度和接觸疲勞強度。l齒心應有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過載齒心應有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過載斷裂。計算方法，基本上憑經驗決定。斷裂。計算方法，基本上憑經驗決定。l從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它們經表面強化處理后，表面們經表面強化處理后，表面有高的硬度，心部有足夠的沖有高的硬度，心部有足夠的沖擊韌性。擊韌性。1、機床齒輪選材舉例機床齒輪選材舉例機床變速箱齒輪擔負傳遞機床變速箱齒輪擔負傳遞動力，改變運動速度和方向的動力，改變運動速度和方向的任務。工作條件較好，轉速中任

36、務。工作條件較好，轉速中等，載荷不大等，載荷不大,工作平穩無強烈工作平穩無強烈沖擊。沖擊。 一般可選中碳鋼一般可選中碳鋼(45鋼鋼)制制造造,為了提高淬透性，也可選用為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼中碳合金鋼(40Cr鋼鋼)。沖擊載。沖擊載荷小的低速齒輪也可采用荷小的低速齒輪也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等鑄鐵制造。等鑄鐵制造。 機床齒輪除選用金屬齒輪機床齒輪除選用金屬齒輪外外, 有的還可改用塑料齒輪，有的還可改用塑料齒輪，如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼龍齒輪龍齒輪, 工作時傳動平穩工作時傳動平穩, 噪聲噪聲減少減少, 長期使用磨損很小。

37、長期使用磨損很小。機床變速箱齒輪機床變速箱齒輪 工藝路線為：工藝路線為： 下料下料鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調質調質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 正火處理：對鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序，正火處理：對鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序，它可消除鍛造應力，均勻組織，使同批坯料具有相同它可消除鍛造應力，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量，對的硬度，便于切削加工，改善齒輪表面加工質量，對于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。工序。l調質處理調質處理:可使齒輪具有較高的綜合力學

38、性能，心部可使齒輪具有較高的綜合力學性能，心部有足夠的強度和韌性，能承受較大的交變彎曲應力和有足夠的強度和韌性，能承受較大的交變彎曲應力和沖擊裁荷，并可減少齒輪的淬火變形。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高頻淬火及低溫回火:是決定齒輪表面性能的關健工是決定齒輪表面性能的關健工序。通過高頻淬火，輪齒表面硬度可達序。通過高頻淬火，輪齒表面硬度可達52HRC以上，以上，提高了耐磨性，并使輪齒表面有殘余壓應力存在，從提高了耐磨性，并使輪齒表面有殘余壓應力存在，從而提高了抗疲勞破壞的能力。而提高了抗疲勞破壞的能力。l高頻淬火后進行低溫回火高頻淬火后進行低溫回火:為了消除淬火應力。為

39、了消除淬火應力。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。在變速箱中，通汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。在變速箱中，通過它改變發動機、曲軸和主軸齒輪的速比，在差速器中，通過齒過它改變發動機、曲軸和主軸齒輪的速比，在差速器中，通過齒輪增加扭矩，并調節左右輪的轉速。全部發動機的動力均通過齒輪增加扭矩，并調節左右輪的轉速。全部發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頻繁，其耐磨性、疲勞強度，心部強度以及沖擊韌性等均要

40、求比機床齒輪高。采用調質鋼高頻淬火不能保證要求，所以，要用低機床齒輪高。采用調質鋼高頻淬火不能保證要求，所以，要用低碳鋼進行滲碳處理來作重要齒輪。我國應用最多的是合金滲碳鋼碳鋼進行滲碳處理來作重要齒輪。我國應用最多的是合金滲碳鋼20cr或或20crMnTi，并經滲碳、淬火和低溫回火。，并經滲碳、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較高的強度和足夠回火后可使心部獲得較高的強度和足夠的沖擊韌性。的沖

41、擊韌性。汽車后橋齒輪汽車后橋齒輪 l滲碳齒輪的工藝路線為：滲碳齒輪的工藝路線為：下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳、淬火滲碳、淬火及低溫回火及低溫回火噴丸噴丸磨削加工磨削加工二、軸類零件選材l軸是機器上的最重要零件之一，一切回轉運動的零件，軸是機器上的最重要零件之一，一切回轉運動的零件，如齒輪、凸輪等都裝在軸上，如齒輪、凸輪等都裝在軸上，所以，軸主要起傳遞運所以，軸主要起傳遞運動和轉矩的作用動和轉矩的作用1軸類件的工作條件軸類件的工作條件(1)軸類零件工作時主要至交變彎曲和扭轉應力的復合作用軸類零件工作時主要至交變彎曲和扭轉應力的復合作用(2)軸與軸上零件有相對運動，相互間存在摩擦和

42、磨損；軸與軸上零件有相對運動，相互間存在摩擦和磨損；(3)軸在高速運轉過程中會產生振動，使軸承受沖擊載荷軸在高速運轉過程中會產生振動，使軸承受沖擊載荷(4)多數軸會承受一定的過載載荷。多數軸會承受一定的過載載荷。2 、 軸類零件的失效方式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雜，所以由于軸類零件的受力情況及工作條件較復雜，所以其失效方式也是多樣的。其失效方式也是多樣的。(1)長期交變載荷下的疲勞斷裂長期交變載荷下的疲勞斷裂(包括扭轉疲勞和彎曲疲包括扭轉疲勞和彎曲疲勞斷裂，勞斷裂，見圖見圖)，(2)大載荷或沖擊載荷作用引起的過量變形甚至斷裂大載荷或沖擊載荷作用引起的過量變形甚至斷

43、裂(圖圖)，(3)與其他零件相對運動時產生的表面過度磨損與其他零件相對運動時產生的表面過度磨損(圖圖)等。等。 3、軸類零件的性能要求、軸類零件的性能要求(1)良好綜合機械性能：足夠的強度、塑性和良好綜合機械性能：足夠的強度、塑性和一定的韌性，以防止過載斷裂、沖擊斷裂；一定的韌性，以防止過載斷裂、沖擊斷裂；(2)高的疲勞強度，對應力集中敏感性低以高的疲勞強度，對應力集中敏感性低以防疲勞斷裂；防疲勞斷裂；(3)足夠的淬透性，熱處理后表面要有高硬度、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；高耐磨性，以防磨損失效；(4)良好的切削加工性能，價格便宜良好的切削加工性能，價格便宜。

44、 4、軸類零件材料及選材方法、軸類零件材料及選材方法 1）材料）材料 經鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強度和韌性，經鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強度和韌性，同時考慮疲勞抗力）；同時考慮疲勞抗力）； 一般軸類零件使用碳鋼（便宜，有一定綜合機械性能、對應一般軸類零件使用碳鋼（便宜，有一定綜合機械性能、對應力集中敏感性較小），如力集中敏感性較小），如35、40、45、50鋼，經正火、調質或鋼，經正火、調質或表面淬火熱處理改善性能；表面淬火熱處理改善性能； 載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性等要求高時采用合金鋼

45、，如等要求高時采用合金鋼，如40Cr、40MnB、40CrNiMo、20Cr、20CrMnTi等；等； 可以采用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵作曲軸的材料。可以采用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵作曲軸的材料。 2）、選擇原則）、選擇原則 根據載荷大小、類型等決定。根據載荷大小、類型等決定。 主要受扭轉、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種；主要受扭轉、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種； 受軸向載荷軸，因心部受力較大，應具有較高淬透性。受軸向載荷軸，因心部受力較大，應具有較高淬透性。4典型軸典型軸機床主軸選材機床主軸選材l以以C620車床主鈾為例進行選材。車床主鈾為例進行選材。見簡圖見簡圖。l該主軸受交變彎曲和扭轉復合

46、應力作用，但載荷和轉該主軸受交變彎曲和扭轉復合應力作用，但載荷和轉速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機械速均不高，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、項性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤、項尖之間有摩擦，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.l工藝路線如下：工藝路線如下： 鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調質調質精加工精加工表面淬火及低表面淬火及低溫回火溫回火磨削加工磨削加工。l 如果這類機床主軸的載荷較大，可用如果這類機床主軸的載荷較大，可用40Cr鋼鋼

47、制造。制造。l當承受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時，則可采當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，如用合金滲碳鋼制造，如20Cr或或20CrMnTi等。等。三、三、彈簧選材彈簧選材彈簧是一種重要的機械零件。它的基本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作用是利用材料的彈性和彈簧本身的結構結構特點，在載荷作用下產生變形時，把機械能特點，在載荷作用下產生變形時，把機械能或動能轉變為形變能，在恢復變形時，把形或動能轉變為形變能，在恢復變形時，把形變能轉變為動能或機械功。彈簧的種類很多，變能轉變為動能或機械功。彈簧的種類很多，按形狀分主要有螺旋彈簧按形狀分主要

48、有螺旋彈簧(壓縮、拉伸、扭壓縮、拉伸、扭轉彈簧轉彈簧)、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： (1)緩沖或減振緩沖或減振 如汽車、拖拉機、火車中使用的懸掛彈簧。如汽車、拖拉機、火車中使用的懸掛彈簧。 (2)定位定位 如機床及其夾具中利用彈簧定位銷如機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。 (3)復原復原 外力去除后自動恢復到原來位置，如汽車發動機中的氣門彈簧。外力去除后自動恢復到原來位置，如汽車發動機中的氣門彈簧。 (4)儲存和釋放能量儲存和釋放能量 如鐘表、玩具中的發條。如鐘表、玩具中的發條。

49、(5)測力測力 如彈簧稱、測力計中使用的彈簧。如彈簧稱、測力計中使用的彈簧。 1、彈簧的工作條件彈簧的工作條件 (1) 彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉 時，材料將承受彎曲應力或扭轉應力。時，材料將承受彎曲應力或扭轉應力。 (2) 緩沖、減震或復原用的彈簧承受交變應緩沖、減震或復原用的彈簧承受交變應 力和沖擊載荷的作用。力和沖擊載荷的作用。 (3) 某些彈簧受到腐蝕介質和高溫的作用。某些彈簧受到腐蝕介質和高溫的作用。2、 彈簧的失效形式彈簧的失效形式 (1)塑性變形塑性變形 在外載荷作用下，材料內部產生的彎曲應力或扭轉應在外載荷作用下，材料內部產生的彎曲應力

50、或扭轉應力超過材料本身的屈服應力力超過材料本身的屈服應力后，彈簧發生塑性變形。外載荷去掉后，彈簧不能恢后，彈簧發生塑性變形。外載荷去掉后，彈簧不能恢復到原始尺寸和形狀。復到原始尺寸和形狀。(2)疲勞斷裂疲勞斷裂在交變應力作用下，彈簧表面缺陷在交變應力作用下，彈簧表面缺陷(裂紋、折疊、刻痕、裂紋、折疊、刻痕、夾雜物夾雜物)處產生疲勞源，裂紋擴處產生疲勞源，裂紋擴展后造成斷裂失效。展后造成斷裂失效。(3)快速脆性斷裂快速脆性斷裂某些彈簧存在材料缺陷某些彈簧存在材料缺陷(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

51、過高導致晶粒粗大，回火溫度不足使淬火溫度過高導致晶粒粗大，回火溫度不足使材料韌性不夠材料韌性不夠)等，當受到過大的沖擊載荷時，發生突等，當受到過大的沖擊載荷時，發生突然脆性斷裂。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中使用的彈簧易產生應力腐蝕斷裂失效在腐蝕性介質中使用的彈簧易產生應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蠕變和應力使用的彈簧易出現蠕變和應力松弛，產生永久變形松弛，產生永久變形。3、彈簧材料的性能要求彈簧材料的性能要求(1)高的彈性極限和高的屈強比高的彈性極限和高的屈強比

52、 彈簧工作時不允許有永久變形，因此要求彈簧的彈簧工作時不允許有永久變形，因此要求彈簧的工作應力不超過材料的彈性極限。彈性極限越大，工作應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。當材料直徑相同時，碳素鋼需要高的彈性極限。當材料直徑相同時，碳素鋼簧鋼絲和合金彈簧鋼絲的抗拉強度相差很小，但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。屈強比差別較大。65鋼為鋼為0.7，60Si2Mn鋼為鋼為0.75，50C

53、rVA為為0.9。屈強比高，彈簧可承受更高的應力。屈強比高，彈簧可承受更高的應力。(2)高的疲勞強度高的疲勞強度彎曲疲勞強度和扭轉疲勞強度越大，則彈簧的抗疲勞性彎曲疲勞強度和扭轉疲勞強度越大，則彈簧的抗疲勞性能越好。能越好。(3)好的材質和表面質量好的材質和表面質量夾雜物含量少，晶粒細小，表面質量好，缺陷少，對于夾雜物含量少，晶粒細小，表面質量好，缺陷少，對于提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂十分重要。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和高溫條良好的耐蝕性和耐熱性可以保證

54、在腐蝕性介質和高溫條件下的使用性能件下的使用性能。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，使用條件彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，使用條件和環境各不相同。制造彈簧的材料很多，金屬和環境各不相同。制造彈簧的材料很多，金屬材料、非金屬材料材料、非金屬材料(如塑料、橡膠如塑料、橡膠)都可用來制都可用來制造彈簧。由于金屬材料的成型性好、容易制造，造彈簧。由于金屬材料的成型性好、容易制造，工作可靠，在實際生產中，多選用彈性極高的工作可靠，在實際生產中，多選用彈性極高的金屬材料來制造彈簧金屬材料來制造彈簧.1）、彈簧鋼）、彈簧鋼根據生產特點的不同，分為兩大類：根據生產特點的不同，分為兩大

55、類： 熱軋彈簧：熱軋彈簧：用材是將彈簧鋼通過熱軋方法加工成圓鋼、用材是將彈簧鋼通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。彈簧熱成型后要進行淬火及回火處理。簧或板簧。彈簧熱成型后要進行淬火及回火處理。冷軋冷軋(撥撥)彈簧：彈簧：用材以盤條、鋼絲或薄鋼帶用材以盤條、鋼絲或薄鋼帶(片片)供供應，用來制作小型冷成型螺旋彈簧、片簧等應，用來制作小型冷成型螺旋彈簧、片簧等.主要彈簧鋼的特點及用途主要彈簧鋼的特點及用途 2）、不銹鋼）、不銹鋼 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 通過冷軋通過冷軋(拔

56、拔)加工成帶或絲材加工成帶或絲材, 制造在腐蝕性介質中使用的彈簧。制造在腐蝕性介質中使用的彈簧。3）、黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅）、黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅 具有良好的導電性、非磁性、耐蝕性、耐低溫性具有良好的導電性、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中工作質中工作的的彈性元件。5、典型彈簧、典型彈簧汽車板簧選材汽車板簧選材 (1) 用途及性能要求用途及性能要求 用于緩沖和吸振，承受很大用于緩沖和吸振，承受很大 的交變應力和沖擊載荷的作的交變應力和沖擊載荷的作 用，需要高的屈服強度和疲用，需要高的屈服強度和疲 勞

57、強度。勞強度。(2) 材料材料 輕型汽車選用輕型汽車選用65Mn、60Si2Mn鋼制造；鋼制造； 中型或重型汽車中型或重型汽車, 板簧用板簧用50CrMn, 55SiMnVB鋼；鋼； 重型載重汽車大截面板簧用重型載重汽車大截面板簧用55SiMnMoV, 55SiMnMoVNb鋼制造。鋼制造。汽車板簧汽車板簧 (3) 工藝路線工藝路線l熱軋鋼帶熱軋鋼帶(板板)沖裁下料沖裁下料壓力成型壓力成型淬火淬火中溫回中溫回火火噴丸強化噴丸強化l淬火淬火 溫度為溫度為850 860 (60Si2Mn鋼為鋼為870 ), 采用油冷采用油冷, 淬火后組織為馬氏體。淬火后組織為馬氏體。l回火回火 溫度為溫度為420

58、 500 , 組織為回火屈氏體。組織為回火屈氏體。屈服強度屈服強度s0.2不低于不低于1100 MPa, 硬度為硬度為42 HRC47 HRC, 沖擊韌性沖擊韌性ak為為250 KJ/m2300 KJ/m2。四、四、刃具選材刃具選材1、刃具的工作條件刃具的工作條件 切削加工使用的車刀、銑刀、切削加工使用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工具統稱為刃具。具統稱為刃具。 (1)刃具切削材料時，受到被切削材料的強烈擠壓，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力。某些刃具刃部受到很大的彎曲應力。某些刃具(如鉆頭、鉸如鉆頭、鉸刀刀)還會受到較大的扭轉

59、應力作用。還會受到較大的扭轉應力作用。 (2)刃具刃部與被切削材料強烈摩擦，刃部溫度可升刃具刃部與被切削材料強烈摩擦，刃部溫度可升到到500一一600。 (3)機用刃具往往承受較大的沖擊與震動機用刃具往往承受較大的沖擊與震動。切削加工切削加工2、刃具的失效形式刃具的失效形式 (1)磨損磨損由于磨擦，刃具刃部易磨損，這不但增加了切由于磨擦，刃具刃部易磨損，這不但增加了切削抗力，降低切削零件表面質量，也由于刃部形削抗力，降低切削零件表面質量，也由于刃部形狀變化，使被加工另件的形狀和尺寸強度降低。狀變化，使被加工另件的形狀和尺寸強度降低。(2)斷裂斷裂刃具在沖擊力及震動的作用下折斷或崩刃。刃具在沖擊

60、力及震動的作用下折斷或崩刃。(3)刃部軟化刃部軟化由于刃部溫度升高，若刃具材料的紅硬性低或高由于刃部溫度升高，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，喪失切削加溫性能不足，使刃部硬度顯著下降，喪失切削加工能力。工能力。3、刃具材料的性能要求刃具材料的性能要求(1)高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于62HBC；(2)高的紅硬性；高的紅硬性；(3)強韌性好，強韌性好，(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。4、刃具的選材、刃具的選材）簡單、低速的手用刃具）簡單、低速的手用刃具