1、第七章 工程材料的選擇12 轉軸彎曲疲勞斷口形貌 直升飛機螺旋槳驅動齒輪軸扭斷 轉軸彎曲疲勞斷口形貌 直升飛機螺旋槳驅動齒輪軸扭斷轉軸彎曲疲勞斷口形貌 直升飛機螺旋槳驅動齒輪軸扭斷 軸頸被埋嵌在軸承中的硬粒子磨損3第一節 機械零件的失效分析 4 一、基本概念機械零件失效幾種情況: 零件由于斷裂、腐蝕、磨損、變形等完全被破壞，全部喪失其功能，不能繼續工作。 零件在外部環境作用下，部分喪失其功能，雖然能安全工作，但不能完成規定功能。 零件嚴重損傷，繼續使用失去可靠性和安全性。 第一節 機械零件的失效分析 5二、零件的失效形式 失效形式分為三種還會使基本類型：變形、斷裂和表面損傷. （一）過量變形失

2、效 1、彈性變形失效 2、塑性變形失效 3、翹曲變形失效 （二）斷裂失效 1、韌性斷裂失效 2.脆性斷裂失效 疲勞斷裂、低應力脆性斷裂、蠕變斷裂失等均屬于脆性斷裂。 第一節 機械零件的失效分析 6（三）表面損傷失效 面損傷失效大體上分為三類：腐蝕失效、磨損失效和表面疲勞失效。 1.腐蝕失效。 2.磨損失效。 3.表面疲勞失效。 第一節 機械零件的失效分析 7三、失效的基本因素失效的基本因素設計因素材料因素制造因素運轉維修因素裝配調試因素第一節 機械零件的失效分析 8四、失效分析的步驟及方法（四）分析與測試（三） 斷口分析（二） 整理分析（一） 現場調查（五）判定成因第一節 機械零件的失效分析

3、9第二節 工程材料的選材原則一、保證使用性能足夠的原則（一）分析零部件的工作條件，確定使用性能。（二）分析零部件的失效原原因，確定使用性能。 1.選材時，不僅要考慮材料的化學成分，還要考慮材料的生產制造方法和處理工藝。 2.手冊中給出的性能數據是各種標準試樣的性能指標。 3.材料的化學成分、加工處理的工藝參數本身都有一定波動范圍。 第二節 工程材料的選材原則 10二、工藝性能良好的原則金屬材料的加工工藝路線如圖8-1所示。原材料鑄造成形壓力加工成形焊接成形粉末冶金成形粗、半精加工預備熱處理最終熱處理精加工零件圖8-1 金屬材料的加工工藝路線（一）鑄造性能 （二）鍛造性能（三）焊接性能 （四）熱

4、處理性能 （五）切削加工性能 第二節 工程材料的選材原則 111、鑄造性能第二節 工程材料的選材原則 122、鍛造性能比較1）低碳鋼最好，中碳鋼次之，高碳鋼較差；2）低合金鋼可鍛性近于中碳鋼，高合金鋼的較差；3）鋁合金：因鍛造溫度范圍窄，可鍛性并不很好；4）銅合金的可鍛性一般較好。3、焊接性能1）銅合金和鋁合金的焊接性能較差；2）灰口鑄鐵基本上不能焊；3）低碳鋼和碳含量低于018的合金鋼有較好的焊接性能，碳含量大于045的碳鋼和碳含量大于035的合金鋼的焊接性能較差。 碳含量和合金元素含量越高，焊接性能越差 第二節 工程材料的選材原則 134、機械加工性能第二節 工程材料的選材原則 14常用熱

5、處理的相對加工費用熱處理方法相對加工費用熱處理方法相對加工費用退火（電爐）調質25球化退火鹽浴爐淬火及回火刀具、模具6-75正火（電爐）結構零件3滲碳淬火回火冷處理3氮化高頻感應加熱淬火按淬火長度計算，一般比滲碳淬火價廉三、 經濟性合理的原則第二節 工程材料的選材原則 15常用金屬材料的相對價格材 料相對價格材 料相對價格碳素結構鋼低合金高強度結構鋼優質碳素結構鋼易切鋼合金結構鋼（鉻鎳除外）鉻鎳合金結構鋼滾動軸承鋼碳素工具鋼低合金工具鋼高速鋼硬質合金12531.571.7-2.55363-416-20150-200鉻不銹鋼鉻鎳不銹鋼普通黃銅錫青銅、鋁青銅灰鑄鐵件球墨鑄鐵件可鍛鑄鐵件碳素鑄鋼件鑄

6、造鋁合金、銅合金鑄造錫基軸承合金鑄造鉛基軸承合金13-1719-1.8-1.4-1.52.5-38-102310第二節 工程材料的選材原則 16第三節 典型零件材料的選材舉例 1718機械零件制造：毛坯成形切削加工毛坯選擇影響：制造質量使用性能生產周期制造成本第三節 典型零件材料的選材舉例 19摩托車發動機第三節 典型零件材料的選材舉例 20機器人汽車焊接生產線第三節 典型零件材料的選材舉例 21第三節 典型零件材料的選材舉例 22一、零件毛坯的類型毛坯類型鑄件鍛件沖壓件焊接件軋材成形特點液態下成形塑性變形塑性變形永久性連接同鍛件結構特征復雜簡單輕巧、復雜輕巧簡單工藝性要求流動性好，收縮率低塑

7、性好，變形抗力小塑性好，變形抗力小強度高，塑性好同鍛件常用材料鑄鐵、鑄鋼、鋁合金等中碳鋼及合金結構鋼等低碳鋼、有色金屬薄板低碳鋼、低合金鋼等碳鋼、合金結構鋼等組織特征晶粒粗大、疏松晶粒細小、致密拉深時流線有變化接頭組織不均勻同鍛件機械性能較差好好降低較好材料利用率高低高較高較低生產周期長短/長長較短短生產成本較低較高較低中應用舉例機架、床身軸、齒輪油箱、車身，船體絲杠、螺栓第三節 典型零件材料的選材舉例 23二、毛坯選擇的原則和依據1、毛坯選擇的原則保證零件的使用要求形狀精度尺寸精度表面質量降低制造成本制造成本材料費、消耗的燃料和動力費、工資、設備費用等成分、組織力學性能物理性能、化學性能外部

8、質量內部質量問題：采用手工造型的鑄件和自由鍛鍛件毛坯可降低成本第三節 典型零件材料的選材舉例 242、毛坯選擇的依據零件的用途和工作條件零件的結構、形狀與外形尺寸生產批量生產條件（設備、人員、技術水平、管理水平等）?第三節 典型零件材料的選材舉例 25三、常用機械零件毛坯分類及制造方法毛坯分類：軸桿類、盤套類、機架、箱體類第三節 典型零件材料的選材舉例 26（一） 軸桿類零件功用:主要起支承傳動件和傳遞轉矩的作用。第三節 典型零件材料的選材舉例 27車床主軸零件第三節 典型零件材料的選材舉例 28傳動軸、機床主軸、絲杠、光杠、曲軸、偏心軸、凸輪軸等軸類毛坯應用材料熱處理及工藝鍛件機床主軸45，

9、40Cr調質處理，軸頸高頻淬火高速柴油機曲軸38CrMoAl（高淬透性合金調質鋼）調質處理，軸頸氮化鑄件 解放汽車柴油機曲軸QT600-2軸頸高頻淬火鍛焊結合件汽車排氣閥45，4Cr9Si2（奧氏體型耐熱鋼 ）分段鍛造，粗加工，對焊鑄焊結合件萬噸水壓機立柱（80t）ZG35(含碳量0.35%)分段鑄造，粗加工，電渣焊拼焊第三節 典型零件材料的選材舉例 29（一）工作條件： 1該軸在滾動軸承中運轉。 2承受中等負荷，承受一定的沖擊力。 3轉速中等。 第三節 典型零件材料的選材舉例 30（二）技術要求： 1整體調質后硬度應為200230HB，金相組織為回火索氏體。 2內錐孔和外圓錐面處硬度為455

10、0HRC，表面35mm內金相組織為回火屈氏體和少量回火馬氏體。 3花鍵部分硬度4850HRC，金相組織同上。第三節 典型零件材料的選材舉例 31（三）選材：45鋼。（四）加工工藝路線：下料 鍛造 正火 粗加工 調質 半精加工 鉆中心孔 精車加工 銑鍵槽 局部淬火(錐孔及外錐體) 粗磨 滾銑花鍵 花鍵淬火 精磨 第三節 典型零件材料的選材舉例 32強度剛度減震易于成形易于加工灰鑄鐵液態成形（二）機架、箱體類零件第三節 典型零件材料的選材舉例 332、機架、箱體類零件特點： 結構復雜，重量從幾千克到數十噸，工作條件相差很大。箱體毛坯應用性能及特點材料鑄鐵件機床床身，齒輪箱，閥體，泵體具有較好的剛度

11、和減振性HT200鑄鋼件 重型水壓機橫梁，大型軋鋼機機架可承受重載荷及沖擊載荷ZG35,必須進行退火或正火鋁合金鑄件航空發動機箱體摩托車發動機箱體儀表罩殼受力不大，自重輕，導熱性好ZL105ZL108焊接件(單件,小批量)版輥磨床床身形狀簡單，可承受較大應力Q235第三節 典型零件材料的選材舉例 34 （1）、 齒輪的工作條件由于傳遞扭矩，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； （3）、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 （三） 齒輪零件1、齒輪零件的工作條件、失效形式及其對材料性能的要求第三節 典型零件材料的選材舉例 35

12、2、齒輪的失效形式 疲勞斷裂齒面磨損(1) 疲勞斷裂 主要從根部發生。(2) 齒面磨損 由于齒面接觸區摩擦，使齒厚變小。第三節 典型零件材料的選材舉例 36(3) 齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應力作用下，齒面產生微裂紋，微裂紋的發展，引起點狀剝落(或稱麻點)(4) 過載斷裂 主要是沖擊載荷過大造成的斷齒 齒面剝落 輪齒沖擊 第三節 典型零件材料的選材舉例 37 3. 齒輪的性能要求(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。此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，如熱處理變形小等。 （二）齒輪類零件的選材齒輪材料一般選用低、中碳鋼或其合金鋼，經表面強化

13、處理后，表面強度和硬度高，心部韌性好，工藝性能好，經濟上也較合理。 1、 典型齒輪選材舉例第三節 典型零件材料的選材舉例 381.機床齒輪 機床變速箱齒輪擔負傳遞動力，改變運動速度和方向的任務。工作條件較好，轉速中等，載荷不大，工作平穩無強裂沖擊。因此，一般可選中碳鋼(45鋼)制造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼(40Cr鋼)。 工藝路線為：下料-鍛造-正火-粗加工-調質-精加工-輪齒高頻淬火及回火-精磨。 沖擊載荷小的低速齒輪也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等鑄鐵制造。機床齒輪除選用金屬齒輪外, 有的還可改用塑料齒輪，如用聚甲醛(或單體澆鑄尼龍)齒輪, 工作時