第十一章机械零件的选材及工艺分析 第一节机械零件的失效分析 机械零件在使用过程中由于种种原因而丧失其规定的功能的现象称为失效。 １、零件完全损坏而不能继续工作。 ２、零件严重损伤，失去安全工作的能力。 ３、零件严重损伤后虽然还能安全工作，但达不到设计要求的功能。 一、机械零件常见的失效形式 １、过量弹性变形 ２、过量塑性变形 ３、断裂失效 ４、表面磨损失效 ５、高温下工作零件失效 2004年3月 工程材料讲义
二、失效原因 １、零件设计 结构设计不合理 设计时许用应力过小 ２、选材错误 ３、冷热加工不当而产生质量缺陷 ４、运行操作错误 ５、综合因素 2004年3月 工程材料讲义
第二节 机械零件选材 一、选材的一般原则 １、分析零件的工作条件，确定使用性能。 零件受力情况 拉、压、弯、扭 环境状况 工作温度，介质 第二节 机械零件选材 一、选材的一般原则 １、分析零件的工作条件，确定使用性能。 零件受力情况 拉、压、弯、扭 环境状况 工作温度，介质 特殊要求 热、电、磁 ２、进行失效分析，确定使用性能 磨损、断裂、变形 ３、从零件的使用性能要求，提出对零件的性能要求。 二、工艺性能 铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理等性能 三、经济性原则 １、材料价格 材料成本占零件成本３０－７０％ ２、材料的加工费用 加工成本占零件成本３０％ 2004年3月 工程材料讲义
１、分析零件的工作条件及失效形式，提出关键的性能要求同时兼顾其他性能。 ２、与成熟产品相同类型的零件，采用经验类比法。 四、选材的一般步骤和应注意的问题 （一）选材的一般步骤 １、分析零件的工作条件及失效形式，提出关键的性能要求同时兼顾其他性能。 ２、与成熟产品相同类型的零件，采用经验类比法。 ３、确定零件应具有的主要性能指标值 ４、初步选定材料牌号，并决定热处理和其它强化方法。 ５、关键部件批量生产要通过实验验证。 （二）选材应注意的问题 １、实际性能和实验数据，考虑尺寸效应 ２、加工工艺和热处理工艺，最大限度的发挥材料潜能。 ３、注意材料成分偏差引起相变点变化。 2004年3月 工程材料讲义
第三节典型零件选材及工艺分析 一、齿轮 （一）齿轮工作条件 传递扭矩时，齿根部承受较大的交变弯曲应力。 换档、启动或啮合不均匀时，承受冲击力。 齿啮合时，齿面承受滚动、滑动造成的强烈摩擦和交变接触应力。 （二）齿轮的主要失效形式 齿根疲劳断裂 齿面局部剥落和过度磨损 （三）齿轮材料应具备的性能 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度 高的齿面硬度和耐磨性 良好的心部强度和耐磨性 较好的工艺性能 2004年3月 工程材料讲义
（四）齿轮选材及工艺分析 机床齿轮 性能要求：机床齿轮转速中等，载荷不大工作平稳，无强烈冲击，对齿轮心部强度和韧性要求不高。 选材：中等碳量的碳素钢或合金钢 ４５钢 ４０Cr 热处理：正火－调质－高频淬火及回火 加工工艺路线：下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－高频淬火及 回火－精磨 ２、汽车拖拉机齿轮 性能要求：工作条件比机床恶劣，受力较大，超载和受冲击频繁，对耐磨性、 疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面比机床高。 选材：２０CrMnTi ２０CrMnMo 热处理：正火－渗碳－淬火－低温回火 加工工艺路线：下料－锻造－正火－机械加工－渗碳、淬火、低温回火－喷丸－磨内孔及换档槽－装配 2004年3月 工程材料讲义
二、轴 １、轴的工作条件 （１）承受交变扭矩及拉压载荷 （２）轴颈和花键等部位承受较大摩擦和磨损 （３）承受一定的过载和冲击载荷 ２、失效形式 断裂：包括疲劳断裂、冲击过载断裂 磨损：局部过度磨损 ３、性能要求 A 足够的强度、钢度和一定的韧度。 B 高的疲劳强度 C 良好的切削加工性能 D 良好的耐磨性 F 特殊要求 耐热和耐蚀性 2004年3月 工程材料讲义
４、轴的选材和工艺分析 铸造曲轴 熔炼－铸造－高温正火－高温回火－机械加工－轴颈气体渗氮 A 机床主轴 性能：承受中等扭矩，弯曲复合载荷，转速中等，并承受一定的冲击载荷，轴颈和滑动部分表面还要承受摩擦力作用，因此主轴要求有良好的综合机械性能。 选材： ４０，４０Cr 热处理：调质 加工工艺路线：下料－锻造－正火－粗加工－调质－半精车外圆，钻中心孔，精车外圆；铣键槽－车空刀槽－粗磨外圆－铣花键－花键高频淬火，回火－精磨 B 内燃机曲轴 性能： 受气缸中周期变化的气体压力，曲轴连杆的惯性力，扭转、弯曲应力，冲击力。因此曲轴要求较高的强度，一定的冲击韧度和弯曲和扭转疲劳强度，早轴颈处要求该的硬度和耐磨性。 选材：球墨铸铁 ４５，４０Cr 热处理： 加工工艺路线： 锻造曲轴 下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－轴颈高频淬火，低温回火－精磨 铸造曲轴 熔炼－铸造－高温正火－高温回火－机械加工－轴颈气体渗氮 2004年3月 工程材料讲义