第十四章 工程材料的选用与发展 §14.1 失效分析 §14.2 选材原则 §14.3 典型零件选材与工艺分析.

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1 第十四章 工程材料的选用与发展 § 失效分析 § 选材原则 § 典型零件选材与工艺分析

2 §14.1 失效分析 一、失效 零件在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生 二、失效形式
§14.1 失效分析 一、失效 零件在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生 变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象。 二、失效形式

3 §14.1 失效分析 粘着磨损磨痕 粘着磨损示意图

4 §14.1 失效分析 磨粒磨损示意图 磨粒磨损磨痕

5 §14.1 失效分析 三、失效原因

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7 塑料的失效模式： （1）力学失效 （2）热失效 （3）化学失效 （4）环境失效 陶瓷的失效模式：高温下断裂前可能蠕变

8 四、失效分析的基本步骤与方法 §14.1 失效分析 （一）调查取证 （二）整理分析 （三）断口分析 （四）成分组织性能的分析与测试
§14.1 失效分析 四、失效分析的基本步骤与方法 （一）调查取证 （二）整理分析 （三）断口分析 （四）成分组织性能的分析与测试 （五）综合分析得出结论

9 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 1998年6月3日上午，一辆运载287人的德国城际特快列车（ICE）从德国慕尼黑开往汉堡，在途经小镇艾雪德附近的时候突然脱轨。短短180秒内，时速200公里的火车冲向树丛和桥梁，300吨重的双线路桥被撞得完全坍塌，列车的8节车厢依次相撞在一起，挤得仅剩下一节车厢的长度。事故发生后，秉持着“专业精神”的德国各相关部门，开始了近乎惊人的援救和调查。他们不仅更换了所有车轮，更进行了长达5年的技术调查和法律审判。 1991年6月2日，德国高速铁路在惊叹和赞许中开始运行，最高时速250公里。在通车后的7年时间内，德国高铁保持了零死亡事故记录。 在德铁疏忽的庇护下，死神躲过了所有搜查，与列车上的287人一道，驶向通往毁灭的末路。 第一个发现死神车轮存在的是搭乘这趟列车的约格狄曼。在列车行驶到艾雪德镇以南约6公里的地方时，他突然看到一截巨大的金属条从太太和儿子中间的座椅扶手中弹出，车厢的地板被捅出一个大口。 根据此后的调查，这片金属条是第二节车厢的第三条车轴上一个车轮的外钢圈，因为长时间频繁使用出现了金属疲乏现象，进而造成金属爆裂，而突然爆裂的外钢圈插进了车厢正中约格狄曼的包厢。

10 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任

11 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 　 约格狄曼迅速离开车厢去找列车员。然而，就在他和列车员赶回包厢的短短一分钟内，列车驶过转换铁路线路的转辙器，破裂的车轮外钢圈把转辙器上并不牢靠的铁轨勾起，这块铁轨插入车体，并冲破车厢顶，造成车头和此后的车体分离，列车脱轨。 原本在ICE上使用的是德国专有技术的整块钢材切割而成的单毂钢轮，但是由于这种车轮会产生较大的噪音，而且会让车体明显摇晃，德国旅客觉得“摇摇晃晃的餐车太不雅观”，所以德铁才将车轮换成箍着钢条的双毂钢轮，因为其中有橡胶层，可以减少噪音，且使运行更平稳。 　　但这种双毂钢轮的缺点是容易出现金属疲乏现象，进而造成金属断裂。1997年秋天，德国电车公司曾告知德铁，这种车轮会出现问题，应较为频繁地更换车轮，但德铁仅以一句“我们并没有发现金属疲乏”而草草了事。 而最后放过死神车轮的，是德铁负责检查设备的员工。检察院称，他们“本应该能够在对列车例行的检查中发现裂缝”，但因为“没有足够重视车轮异响”，在检查中没有使用超声波检测，而仅用一只手电筒查看。 现场救援和搜寻工作整整持续了3天，而技术调查和法律审判则持续了5年。 　　事故发生后，德国震惊了。德国《明镜》周刊用“德国的泰坦尼克号事件”来形容此次事故。文章称，艾雪德事件标志着德国人对“技术崇拜”的结束。 　　虽然“技术崇拜”有所动摇，但依然秉持着“专业精神”的德国，开始了近乎惊人的援救和调查。时任德国交通部长的马蒂亚斯·魏斯曼在媒体前向德国公众保证：“绝不允许蒙混过关，不允许半点掩饰和含糊，一定清查到底。”

12 --事故发生6分钟后，接到报警的警车、消防车和救护车抵达现场，德国红十字救援协调中心宣布临近地区进入紧急状态。
§14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 　 --事故发生6分钟后，接到报警的警车、消防车和救护车抵达现场，德国红十字救援协调中心宣布临近地区进入紧急状态。 　　--事发20分钟后，为了确保重伤员能够第一时间被救助转移，德铁宣布停止运营，并于7分钟后停驶所有列车。 　　--事发一个半小时后，所有被找到的重伤者都被转移到附近医院，24架直升机、60名医护工作者和150名救援人员到达现场。现场迅速搭起帐篷，就地诊治轻伤者。 　　--事发后，德国联合信息中心（GAST）和紧急事件信息中心（EPIC）专门开设了统一的人员身份确认和失踪举报电话。电信通信系统也开设了两个专门的波段，供事故救援使用。 　　--事发约两小时后，德国联邦军队的三辆军用坦克及从汉诺威调派的一部40吨重的消防起重机一起挖掘现场残骸，随后开始了挖掘遇难者的工作。 --搜救工作整整持续了三天才结束。约有1900名救援人员参与了现场抢救，其中包括驻扎在附近的英国军队。

13 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 为了保证幸存者的救治，德铁在事发后很快派设了专员，赋予他500万马克的应急资金支配权，用于确保第一时间的救治需求。随后又设立两个捐款账户，并提供了80万马克。除了援助基金外，直至2008年，德铁已支付3200万欧元作为事故补偿金，并预计未来还将支付千万欧元。时任德铁董事会主席的约翰内斯·路德维希走访了许多受难家庭，向受难者表示慰问。 　　现场救援和搜寻工作结束了，而长达5年的技术调查和法律审判才刚刚开始。德国联邦铁路局是监管铁路及其相关基础设施的权威机构。一旦有证据显示铁路公司未能尽责防范危机、保证安全，联邦铁路局作为监管机构将介入调查。在它的组织下，组成了独立调查小组，对事故原因展开全面调查。 事发第二天，德铁降低了全线高速列车的时速，并停运所有同型号列车死神藏身的ICE列车，动摇了德国人对高科技的“技术崇拜”，致使事故发生后，人们一度对高速列车产生了怀疑，乘车人数锐减。 　　“对于ICE的乘客来说，艾雪德事故的确留下了阴影。但是德铁在事发后及时主动公开信息，并花费很长时间去研究改变高速列车车轮的构造方式。我认为德铁在事后处理上的表现令人满意。” 德国柏林工业大学交通研究所主攻铁路研究的教授于尔根·西格曼在接受中国青年报采访时说。 　　艾雪德事发后第二天，德铁降低了全线高速列车的时速，并全面检查安全性，随后按照联邦铁路局的要求，停运所有同型号列车，对其进行超声波安全检测，将59辆同型号列车上所有箍着钢条的双毂钢轮，换成整块钢材切割而成的单毂钢轮。

14 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 　 由于联邦铁路局要求进行全面安全检测，德国实行了紧急列车时刻表，多辆列车被取消，多条线路被缩短，直至事故后一个多月才基本恢复国内铁路运营。德国旅客直至次年11月全部车轮更换完毕后，才重新体验到列车原有的运行状态。 　　尽管德国铁路在橡胶轮胎上具有领先技术，但时至今日，他们仍不敢恢复使用这类轮胎。 　　“对一个铁路公司来说，保证安全是至关重要的第一要务。” 德国联邦铁路局新闻办公室发言人莫里兹·哈克布林克对中国青年报记者说。 　　虽然死神藏身车轮中，但被改变的不仅仅是车轮。1999年，德铁根据对艾雪德事故原因的调查研究，公布了一份新的铁路安全方案。这份安全方案成为此后许多国家开展高速铁路的借鉴宝典。 例如，方案指出，由于在事故中列车撞上桥梁，导致伤亡惨重，所以德铁规定未来新建的铁路要避开隧道和桥梁等设施。 　　另外，在新方案中，德铁规定，要定期对列车进行超声波安全检查，而且至少要有两名工作人员共同检查。 　　此后，德铁对于安全隐患更加慎重。在2008年一次列车事故后，德铁施行了高于以往10倍的检测频率，来找寻可能存在的安全隐患。现在，负责监管的德国联邦铁路局要求所有行程超过3万公里的车轮每周都要接受检查。 　　而在艾雪德事故营救过程中，因为车窗难以被打破而造成了极大的困难。于是，在事故发生几个月后，德铁在ICE列车的每一节车厢都设置了能在紧急情况下敲碎的逃生玻璃车窗，而这种车窗之前只能在大型车厢里见到。

15 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 　 “艾雪德事故原因已从技术和操作层面彻底调查过了。现在的重点是如何防止相同的事故再度发生，并施行更为严格的安全规范。从艾雪德事故中吸取的教训，已被融入到日常规则和安全标准之中了。” 德国联邦铁路局发言人莫里兹·哈克布林克说。 　　在面积近似云南省的德国，速度快、价格适中、安全性高的ICE依然是最常用的出行工具。 　　“乘坐时速好几百公里的列车，我本来也没指望是毫无风险的事。但是坏事发生后，德铁在调查期间公开了多份报告，每天都可以在新闻上看到跟进情况，在法律调查过程中也非常配合。他们公开透明地调查，并很快改进了列车。看到现在的ICE，我觉得很满意，乘坐高速列车很安心。”史提芬说。 虽然“技术崇拜”受到了动摇，但史提芬认为，知错就改、尊重真理的专业精神也是德国自豪的根本。 　　据于尔根·西格曼教授说，事故发生半年之后，乘坐ICE出行的人数开始恢复，此后开始不断增加，甚至超过了事故前的人数。

16 §14.1 失效分析 德国高铁惨祸后重建信任 　 受损的车体没有被丢弃，它们是调查人员眼中最宝贵的“教材”。距离艾雪德事故已经过去了13年，死神经过的地方，重现的却是生的力量。被死神车轮戳穿的车体，没有随着时间的流逝而远去。列车的前牵引车头由于并无太大受损，在事发后不久重新回到铁轨上，奔跑在德国城市之间。而剩下的车体虽然受损，却并没有被当做废铁一般丢弃。在事发后长达5年的调查和审判期间，供调查机构研究、取证。在相关调查人员眼中，它们是最宝贵的“教材”。 　　2003年审判结束后，除了受损特别严重的车厢被销毁以外，可用车厢再度回到公众视野中。其中，几乎没有受损的第一节车厢保持了1998年事故前的样子，它成为了德国联邦政府技术应急机构的教学样本。 列车的后牵引车头则长期存放在机车修理厂，为其他损坏的车头提供零配件。2007年，后牵引车头与其他两辆损坏的牵引车头被重新组装，成为一个新的牵引车头，再度回到铁轨上奔驰。 　　而在死神走过的铁轨周围，早已种下了101棵樱桃树。据艾雪德事故纪念官方网站的介绍，101棵樱桃树代表着101个逝去的生命，每年6月，鲜红的樱桃果实和繁茂的枝丫相互辉映，象征着事故的受害者彼此扶持，相互照顾。 　　2001年，当地政府在事故现场旁树立起一块长8米、高2.1米的纪念碑，上面刻着101位受难者的名字、出生年月和家乡，以及对事故的介绍。 　　每年6月，既有德国高速列车正式运行的纪念日，也有艾雪德事故的国悼日。此时，樱桃树也开始结果。挂满枝头的樱桃，“守护”着不远处铁轨上一列列飞驰的列车。

17 §14.2 选材原则 一、使用性能选材原则 二、工艺性能选材原则 三、经济性能选材原则 四、材料的技术经济评价指标

18 §14.2 选材原则

19 §14.2 选材原则 一、使用性能选材原则

20 四、材料的技术经济评价指标 §14.2 选材原则

21 四、材料的技术经济评价指标 §14.2 选材原则

22 §14.2 选材原则 四、材料的技术经济评价指标

23 四、材料的技术经济评价指标 §14.2 选材原则 由表可知：对飞机机身而言，聚氨酯发泡塑料芯材的成本虽低，但却无法满足机身夹层结构的功能要求(主要是力学性能)，此时应选成本虽高、而功能更好的铝蜂窝芯材；冰箱壳体的价值选材结果与之正好相反。高速列车、城市轨道客车的车门夹层结构，其芯材选铝蜂窝和硬质聚氨酯发泡塑料均可，而后者更佳。

24 节材途径 （1）采用先进制造技术，提高材料利用率。如： 推广近净形铸造工艺，提高铸件精度；
推广精密塑性成形技术，在金属件生产中扩大模锻、精锻件比例（60%以上）； 继续推行集中下料、科学套裁，改进下料工艺和设备，推广各种精密、自动、数控编排的切割技术，推广可控气氛，少、无氧化热处理工艺和锻造用保护气氛加热工艺及其装备，减少金属氧化损失； 采用材料表面处理技术，提高材料表面性能，实现节材降耗； 对于关键基础件（轴承、齿轮、弹簧、液压及气动元件、模具等），扩大采用精炼钢和脱气钢。 （2）扩大应用新材料，改善用材结构，提高用材水平。 （3）提高产品设计水平，充分发挥材料潜力，降低材料消耗。 以轻量化为目标，新设计的经济型数控车床与普通转塔车床相比，采用数控伺服机构后，省去刀箱和溜板箱，零件数目减少2/5。 （4）采用先进的材料防腐蚀技术，提高零件、结构使用寿命。 （5）推广再制造技术的应用，进行废物修复再利用。

25 § 典型零件选材与工艺分析 一、工程材料的应用概况与评价 二、齿轮类零件选材 三、轴类零件选材 四、刀具选材 五、冷作模具选材

26 二、齿轮类零件选材 （一）齿轮的工作条件、主要失效形式及性能要求
§ 典型零件选材与工艺分析 （一）齿轮的工作条件、主要失效形式及性能要求 1. 工作条件 齿根部承受圈套的交变弯曲应力；齿面啮合并发生相对滑动，承受较大的交变接触应力及强烈的摩擦；因启动、抵挡或啮合不良，齿轮要承受一定的冲击力；有时还有其它特殊条件要求，如耐高、低温要求，耐蚀要求，抗磁性能要求。 2. 主要失效形式 断裂、齿面损伤、齿面腐蚀等。 3. 主要性能要求 （1）齿轮材料应有高的弯曲极限，以防止轮齿的疲劳断裂。 （2）齿轮材料应有足够高的齿面接触疲劳极限和高的硬度、耐磨性，以防止齿面损伤。 （3）齿轮材料应在足够的强韧性，以防冲出过载断裂。

27 二、齿轮类零件选材 § 典型零件选材与工艺分析

28 二、齿轮类零件选材 § 典型零件选材与工艺分析 齿轮轮齿的脆性断裂

29 二、齿轮类零件选材 （二）常用齿轮材料 （1）锻钢 （2）铸钢 （3）铸铁 （4）有色金属，如黄铜、青铜 （5）粉末冶金材料
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 （二）常用齿轮材料 1. 金属材料 （1）锻钢 （2）铸钢 （3）铸铁 （4）有色金属，如黄铜、青铜 （5）粉末冶金材料 2. 非金属材料，如尼龙、ABS、聚甲醛　

30 二、齿轮类零件选材 （二）常用齿轮材料 1. 金属材料 （1）锻钢
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 （二）常用齿轮材料 1. 金属材料 （1）锻钢 ①低碳钢及低碳合金钢 如20、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等， 其热处理工艺 一般为：退火或正火 　渗碳后淬火 + 低温回火，可使齿 轮具有表面高硬度、高耐磨性、高的弯曲疲劳极限和接触疲劳极限，心部具 有足够高的强韧性，适合制造高速、大冲击的中载和重载齿轮。

31 二、齿轮类零件选材 ②中碳钢及中碳合金钢 如Q235、40、45、40Cr、40MnB等，其
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 ②中碳钢及中碳合金钢 如Q235、40、45、40Cr、40MnB等，其 热处理工艺一般为正火或调质 　表面淬火 + 低温回火，可保证齿 轮表面的硬度、疲劳极限和耐磨性，但齿面硬度不很高，心部韧性也不 够高，其综合力学性能不如低碳渗碳钢，适合制造中低速、无猛烈冲击 的齿轮。 ③ 中碳渗氮钢 如40Cr、35CrMo、38CrMoAlA钢，经调质处理后 进行渗氮，其力学性能优良、变形小，主要用于高精度、高速齿轮。

32 二、齿轮类零件选材 （2）铸钢 如ZG 270-500、ZG 310-570、ZG 40Cr等，由于力学性能
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 （2）铸钢 如ZG 、ZG 、ZG 40Cr等，由于力学性能 比锻钢差，使用较少，适用于制造对性能要求不高、低速、尺寸较大、 形状复杂的齿轮。 （3）铸铁 灰铸铁具有优良的减摩性、减振性，工艺性能好且成本 低，但强韧性欠佳，多用于制造一些低速、轻载、不受冲击的非重要齿 轮，如 HT 200、HT 250、HT 350等；球墨铸铁强韧性较好，可采用 QT 600-3、QT 500–7 代替部分铸钢齿轮。

33 § 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 （4）有色金属 在仪器仪表及某些特殊条件下工作的轻载齿轮，在有耐蚀、无磁、防爆等特殊要求，可采用一些耐磨性较好的有色金属材料制造，其中最主要的是铜合金，如 H 62、铝青铜，如 QSn 、硅青铜，如Q Si 3-1等。 （5）粉末冶金材料

34 二、齿轮类零件选材 （三）典型齿轮选材实例 §14.3 典型零件选材与工艺分析
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 （三）典型齿轮选材实例 1. 机床齿轮 机床传动齿轮工作时受力不大，转速中等， 工作较平 稳，无强烈冲击，强度和韧性要求均不高， 一般用中碳钢（如45钢）， 也可选用中碳合金钢（如40Cr、40MnB、40MnVB）制造，经调质后心 部有足够的强韧性，能承受较大的弯曲应力和冲击载荷。 表面采用表面 淬火 + 低温回火，硬度可达52 HRC 左右，提高了耐磨性。

35 二、齿轮类零件选材 机床齿轮的简明加工工艺路线： §14.3 典型零件选材与工艺分析
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 机床齿轮的简明加工工艺路线： 下料─锻造─正火─粗加工─调质─精加工─高频淬火 + 低温回火─精磨 机床变速箱齿轮

36 二、齿轮类零件选材 4. 加工工艺路线: §14.3 典型零件选材与工艺分析 C616机床齿轮
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 C616机床齿轮 1. 工作条件:（1）工作负荷不太大；（2）中速运转(6～10m/s)。 2. 技术要求: （1）齿面硬度45～50HRC，金相组织为回火索氏体。 （2）齿心部硬度22～25HRC，金相组织为回火马氏体。 3. 选材: 40、45钢。 4. 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 精车加工 高频淬火 及低温回火 精磨

37 § 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材

38 二、齿轮类零件选材 2. 汽车、拖拉机齿轮 §14.3 典型零件选材与工艺分析 系统中的齿轮更是如此，它们受力较大，易过载，起动、制动及变
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 2. 汽车、拖拉机齿轮 此类动力车辆的齿轮工作条件比机床齿轮恶劣，特别是主传动 系统中的齿轮更是如此，它们受力较大，易过载，起动、制动及变 速时受到频繁的强烈冲击，因此要求这类齿轮材料的耐磨性、疲劳 性能、心部强度和韧性等性能要求都比机床齿轮高。通常选用合金 渗碳钢（20Cr、20CrMnB、20CrMnTi、20CrMnMo），经渗碳淬 火+ 低温回火后使用。

39 二、齿轮类零件选材 §14.3 典型零件选材与工艺分析 我国多采用 20CrMnTi 制造汽车齿轮，其简明加工工艺路线：
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 我国多采用 20CrMnTi 制造汽车齿轮，其简明加工工艺路线： 下料─锻造─正火─切削加工─渗碳、淬火 + 低温回火─喷丸─磨削加工 汽车后桥齿轮

40 二、齿轮类零件选材 §14.3 典型零件选材与工艺分析 JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
§ 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材 JN – 150型载重汽车变速箱齿轮 1. 工作条件:（1）工作负荷大。（2）高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 （3）受冲击频繁,磨损较严重。 2. 技术要求: （1）齿面硬度58～62HRC, 组织为M回+合金K+AR。 （2）齿心部硬度35～45HRC, 组织为M回（低碳）+F+细P。 3. 选材: 20 CrMnTi 钢。 4. 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 磨齿

41 § 典型零件选材与工艺分析 二、齿轮类零件选材

42 三、轴类零件选材 （一）轴的工作条件主要失效形式与性能要求 §14.3 典型零件选材与工艺分析
§ 典型零件选材与工艺分析 （一）轴的工作条件主要失效形式与性能要求 1. 工作条件 受交变的弯曲载荷、扭转载荷或拉—压载荷；轴与轴相对运动表面发生摩擦；因机器开—停、过载等，轴还要承受一定的冲击载荷。 2. 主要失效形式 断裂、磨损、过量变形 3. 主要性能要求 高的疲劳极限；优良的综合力学性能；局部承受摩擦的部分应具有较高的硬度和耐磨性。

43 三、轴类零件选材 （二）常用轴类零件的材料 1. 锻钢 锻造成形的优质中碳或中碳合金调质钢是轴类材料的主体。
§ 典型零件选材与工艺分析 （二）常用轴类零件的材料 1. 锻钢 锻造成形的优质中碳或中碳合金调质钢是轴类材料的主体。 35、40、45、50等碳钢具有较高的综合力学性能且价廉，应用广泛 Q235、Q255、 Q275等普通碳钢用于受力不大或不重要的轴，可进一步 降低成本40Cr、 40MnVB等合金调质钢具有良好的综合力学性能，适用 于制造受力较大、尺寸较大、形状复杂的重要轴。

44 三、轴类零件选材 §14.3 典型零件选材与工艺分析 （1）对精度要求极高的轴要采用专用氮化钢（如38CrMoAlA）制造中碳
§ 典型零件选材与工艺分析 （1）对精度要求极高的轴要采用专用氮化钢（如38CrMoAlA）制造中碳 钢热处理特点是：正火或调质保证轴的综合力学性能（强韧性），然后对 易磨损的相对运动部位进行表面强化处理（表面淬火、渗氮或表面滚压、 形变强化等）。 （2） 当轴受到强烈冲击载荷作用时，宜用低碳钢（如20Cr、20CrMnTi） 渗碳制造。 （3）当轴所受冲击作用较小而相对运动部位要求更高的耐磨性时，宜用高 碳钢（如GCr15、9Mn2V）制造。

45 三、轴类零件选材 （二）常用轴类零件的材料 2. 铸钢 对形状极复杂、尺寸较大的轴可采用铸钢来制造，如ZG 230 –
§ 典型零件选材与工艺分析 （二）常用轴类零件的材料 2. 铸钢 对形状极复杂、尺寸较大的轴可采用铸钢来制造，如ZG 230 – 450。 3. 铸铁 因大多数轴很很少以冲击过载而断裂失效，故近几十年来越来 越多地采用球墨铸铁（如QT700-2）和高强度灰铸铁（如HT 350、KTZ 550 –06）来代替钢作轴的材料。

46 三、轴类零件选材 § 典型零件选材与工艺分析 （三）典型轴选材实例 直结式高速主轴

47 三、轴类零件选材 § 典型零件选材与工艺分析 C 车床主轴简图

48 三、轴类零件选材 1.工作条件: （1）该轴在滚动轴承中运转。 （2）承受中等负荷，承受一定的冲击力。 （3）转速中等。 2.技术要求:
§ 典型零件选材与工艺分析 1.工作条件: （1）该轴在滚动轴承中运转。 （2）承受中等负荷，承受一定的冲击力。 （3）转速中等。 2.技术要求: （1）整体调质后硬度应为200～230HB，金相组 织为回火索氏体。 （2）内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50， 表面3～5mm内金相组织为回火托氏体和 少量回火马氏体。 （3）花键部分硬度48～50HRC，金相组织同上。

49 三、轴类零件选材 3.选材: 45钢 4. 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 钻中心孔 精车加工
§ 典型零件选材与工艺分析 3.选材: 45钢 4. 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 钻中心孔 精车加工 铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体) 粗磨 滚铣花键 花键淬火 精磨

50 三、轴类零件选材 § 典型零件选材与工艺分析 （二）YJ – 130汽车半轴

51 三、轴类零件选材 1.工作条件: （1）该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 （2）承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。
§ 典型零件选材与工艺分析 1.工作条件: （1）该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 （2）承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 （3）承受反复弯曲疲劳应力。 2.技术要求: （1）杆部硬度HRC37～44；盘部外圆硬度HRC 24～34 ；金相组织为回火索氏体和回火托 氏体。 （2）弯曲度:杆中部<1.8mm；盘部跳动<2.0mm。

52 三、轴类零件选材 3. 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。 4.加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质
§ 典型零件选材与工艺分析 3. 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。 4.加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 精车加工 盘部钻孔 磨花键

53 三、轴类零件选材 轴类零件选材，应注意以下几点： §14.3 典型零件选材与工艺分析
§ 典型零件选材与工艺分析 轴类零件选材，应注意以下几点： （1）以刚度为主要要求的、轻载的非重要轴，为降低成本，可选用碳钢、铸铁、甚至普通质量碳钢。 （2）以耐磨性为主要要求的轴，可选碳含量较高的钢（如65Mn、9Mn2V）或低碳钢渗碳制造，对其中精度有极高要求的轴，则应选38CrMoAlA渗氮制造。 （3）主要受弯曲或扭转载荷的轴，其应力分布具有表面较大、心部较小的特点，故无需选淬透性大的钢种，一般为45、40Cr钢即可；而对受拉—压载荷的轴， 特别是当其尺寸较大、形状较复杂时， 则应选用淬透性较高的钢种， 如40CrNiMo。 （4）主要受明显、强烈冲击的轴，宜用低碳钢渗碳制造。

54 三、轴类零件选材 以机床主轴选材为例： §14.3 典型零件选材与工艺分析
§ 典型零件选材与工艺分析 以机床主轴选材为例： （1）车床主轴可选用45钢或40Cr钢，其简明加工工艺路线为： 锻造 → 正火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 表面淬火及低温回火 → 磨削加工。 （2）若机床主轴的载荷较大，可用40Cr钢制造。当承受较大的冲击载 荷、要求高精度、高尺寸稳定性及高耐磨性时则可选用38CrMoAlA钢经渗氮处理制造。

55 三、轴类零件选材 § 典型零件选材与工艺分析

56 四、刀具选材 § 典型零件选材与工艺分析

57 板锉是用于锉削其他金属的工具。其表面刃部要求有高的硬
四、刀具选材 § 典型零件选材与工艺分析  板锉是用于锉削其他金属的工具。其表面刃部要求有高的硬 度（64～67 HRC）, 柄部要求硬度< 35 HRC。  　

58 四、刀具选材 T12钢：热轧钢板（带）下料—锻（轧）柄部—球化退火— 机加工（刨、磨和剁齿, 使锉刀成形）—淬火—低温回火。
§ 典型零件选材与工艺分析 T12钢：热轧钢板（带）下料—锻（轧）柄部—球化退火— 机加工（刨、磨和剁齿, 使锉刀成形）—淬火—低温回火。 淬火时用融盐加热或在保护气氛炉中加热, 防止表面脱碳和氧化；水冷。锉刀柄部硬度要求较低, 在淬火时先将齿部放在水中冷却, 待柄部颜色变成暗红色时才全部浸入水中。当锉刀冷却到150～200 ℃时, 提出水面。 若锉刀有弯曲变形, 用木锤校直。   　

59 五、石油化工设备选材 § 典型零件选材与工艺分析