第七章機械零件的失效與選材7.1零件的失效與失效分析7.2選材的根本原那么7.3典型工件的選材及工藝道路設計7.1零件的失效與失效分析失效的概念零件喪失規定的功能即為失效。完全破壞，不能繼續任務。嚴重損傷，能繼續任務但不平安。能平安任務，但不能起到預期作用。失效的類型〔按失效后的外部形狀〕過量變形斷裂外表損傷過量彈性變形過量塑性變形韌性斷裂應力腐蝕斷裂蠕變斷裂疲勞斷裂低應力斷裂脆性斷裂磨損接觸疲勞腐蝕失效類型過量變形失效斷裂失效外表損傷失效7.1零件的失效與失效分析失效的緣由設計不合理：構造、尺寸設計不合理；構造工藝性差。錯誤估計了零件任務條件。選材不合理：加工工藝不當：冷加工時外表有較深的刀痕。熱加工時出現裂紋、晶粒粗大。安裝運用不正確：配合過松或過緊；對中不良；等等。7.1零件的失效與失效分析失效分析方法：以零件的失效抗力目的為主線零件的任務條件分析：載荷類型〔靜、動、沖擊〕、應力形狀〔拉、壓、彎曲、改動、剪切等〕、環境〔介質、溫度等〕以斷口特征為主線失效分析的普通步驟：調查取證→分析研討→失效分析報告韌性斷裂脆性斷裂7.2選材的根本原那么運用性能—首要原那么分析零件的任務條件、失效方式，選擇滿足力學性能、物理性能、化學性能的資料。工藝性能〔鑄、鍛、焊、機加工、熱處置〕直接影響加工本錢和零件的運用性能。經濟性能總本錢、性價比資源與環境量化為詳細目的！7.3典型工件的選材及工藝道路設計齒輪的選材軸類零件的選材7.3.1齒輪的選材齒輪的任務條件：齒根接受很大的交變彎曲應力齒面受較大的接觸壓應力和摩擦力接受一定的沖擊齒輪的失效方式：輪齒折斷齒面損傷其它特殊失效，如腐蝕介質引起的齒面腐蝕景象。7.3.1齒輪的選材性能要求高的齒面硬度、齒面接觸疲勞強度、耐磨性，防止齒面損傷。高的彎曲疲勞強度，防止輪齒的疲勞斷裂。足夠的齒心強度和韌性，防止沖擊過載斷裂。選材：調質鋼——調質+外表淬火+低溫回火滲碳鋼——滲碳+外表淬火+低溫回火7.3.1齒輪的選材鍛鋼：齒輪的主要資料。鍛造可改善鋼的組織并構成有益的加工流線，力學性能優良。重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造。低碳鋼及低碳合金鋼20、20Cr、20CrMnTi等：經過退火或正火來改善切削加工性能，經過滲碳＋淬火＋低溫回火來保證齒輪的運用性能。外表高硬度(56～62HRC)和高耐磨性、高的彎曲疲勞極限和接觸疲勞極限，心部具有足夠高的強韌性；適宜于制造高速、大沖擊的中載和重載齒輪。7.3.1齒輪的選材鍛鋼：中碳鋼：Q275只宜制造低速、輕載、無沖擊的非重要齒輪。正火運用。40、45鋼可用作低中速、輕中載、小沖擊的齒輪。根據任務條件不同，可正火、調質、外表淬火運用。40Cr、40MnB的綜合力學性能優于40、45鋼，可用做相對重要的齒輪。多在外表淬火形狀運用，少數情況也可在調質形狀運用。7.3.1齒輪的選材鍛鋼：中碳氮化鋼40Cr、35CrMo、38CrMoAl：調質處置＋外表滲氮處置，力學性能優良、變形微小，主要用做高精度、高速齒輪。鑄鋼：力學性能比鍛鋼差，較少運用，主要用于尺寸大(＞Ф500mm)、外形復雜的齒輪。常用鑄鋼牌號有ZG270-500、ZG310-570、ZG40Cr等。加工后普通進展外表淬火＋低溫回火處置，但對性能要求不高、低速齒輪，也可在調質、正火形狀下運用。7.3.1齒輪的選材鑄鐵：灰鑄鐵：具有優良的減摩性、減振性，工藝性能好且本錢低，其主要缺陷是強韌性低，多用于制造低速、輕載、不受沖擊的非重要齒輪。常用牌號有HT200、HT250、HT350等。球墨鑄鐵：強韌性較好，替代部分鑄鋼齒輪的趨勢越來越大，常用牌號QT600-3、QT500-7。7.3.1齒輪的選材有色金屬：在儀器儀表及某些特殊條件下任務的輕載齒輪，有耐蝕、無磁、防爆等特殊要求時，可采用耐磨性較好的有色金屬資料制造，其中運用最多的是銅合金，如黃銅H62、鋁青銅QAl9-4、錫青銅QSn6.5-0.1、硅青銅QSi3-1等。7.3.1齒輪的選材非金屬資料：工程塑料：尼龍、ABS、聚甲醛等。減摩耐磨〔尤其是在無光滑或不良光滑條件下〕、耐蝕、質量輕、噪聲小、消費率高。適宜于制造輕載、低速、無光滑條件下任務的小齒輪，如儀表齒輪、玩具齒輪、車床走刀機械傳動齒輪等。7.3.1齒輪的選材機床齒輪運轉平穩無劇烈沖擊、載荷不大、轉速中等，對外表耐磨性和心部韌性要求不太高。多采用40、45鋼。經正火或調質處置后外表淬火＋低溫回火，其齒面硬度可達50HRC，齒心硬度為220～250HBS。中碳合金鋼40Cr、40MnB等中碳氮化鋼35CrMo等7.3.1齒輪的選材機床齒輪下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→外表淬火＋低溫回火→精磨正火：可使鍛造組織均勻化，便于切削加工，可作為外表淬火前的預備組織，并保證齒心的強韌性。調質處置：可使齒輪具有較高的綜合力學性能，改善齒心的強韌性進而使齒輪能接受較大的彎曲載荷和沖擊載荷。外表淬火：提高齒輪外表的硬度，耐磨性和疲勞性能。低溫回火：主要是消除淬火應力。7.3.1齒輪的選材汽車、遷延機齒輪任務條件惡劣，受力較大，易過載，變速時遭到頻繁的劇烈沖擊，對資料的耐磨性、疲勞性能、心部強韌性的要求高。通常選用合金滲碳鋼20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo制造，經滲碳淬火＋低溫回火處置后，齒面硬度可達58～62HRC，心部硬度30～45HRC。對飛機、坦克等特別重要齒輪，多采用高淬透性滲碳鋼〔如18Cr2Ni4WA〕來制造。7.3.1齒輪的選材汽車、遷延機齒輪20CrMnTi制造汽車齒輪，簡明工藝道路為：下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳→淬火＋低溫回火→噴丸→磨削加工滲碳淬火：可使齒面具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞性能，而心部堅持良好的強韌性。噴丸：進一步強化手段，可使齒面硬度提高1～3HRC，添加表層剩余壓應力，進而提高疲勞極限。7.3.2軸類零件的選材任務條件：交變彎曲、改動載荷或拉-壓復合載荷；相對運動外表〔如軸頸、花鍵部位〕發生摩擦；因機器開-停、過載等，接受一定的沖擊載荷。失效方式：多為疲勞斷裂和軸頸處的磨損性能要求：高的疲勞極限；良好的綜合力學性能好；部分接受摩擦部分應具有較高的硬度和耐磨性；良好的加工工藝性。7.3.2軸類零件的選材軸類零件選材方法：優質碳素構造鋼如35、40、45、50鋼運用較多。常用的合金鋼有35CrMo、40Cr、40CrNi等。整體調質后外表淬火處置，以滿足部分耐磨性要求。以剛度為主、輕載、非重要軸，為降低本錢，可選用碳鋼〔如45鋼〕、鑄鐵〔如QT700-2〕、甚至普通質量碳鋼〔如Q275〕制造；普通進展正火或調質處置，假設需提高相對運動部位的耐磨性，可對其進展外表淬火。7.3.2軸類零件的選材軸類零件選材方法：以耐磨性為主的軸，可選碳含量較高的鋼65Mn或低碳鋼20Cr、20CrMnTi滲碳制造，對其中精度有極高要求的軸，那么應選38CrMoAlA滲氮制造。主要受彎扭載荷的軸，無需選淬透性大的鋼種，可選45、40Cr即可。對受拉-壓載荷的軸，特別當其尺寸較大、外形較復雜時，那么應選用淬透性較高的鋼種，如40CrNiMo。主要受明顯、劇烈沖擊的軸，宜用低碳鋼滲碳制造。7.3.2軸類零件的選材機床主軸：普通車床〔輕載〕主軸—45鋼調質或正火，軸頸高頻外表淬火。銑床〔中載〕主軸—40Cr等調質，軸頸高頻外表淬火。組合機床〔重載〕主軸—20CrMnTi，滲碳+淬火+低溫回火處置。精細鏜床〔高精度〕主軸—38CrMoAl，調質+氮化+時效7.3.2軸類零件的選材機床主軸：C620車床主軸選材——45鋼熱處置工藝——830℃水淬+500℃回火+軸頸高頻淬火+200℃回火最終組織——心部：S回；軸頸外表：M回加工工藝——