《12933821084125000016 材料的选用与发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《12933821084125000016 材料的选用与发展（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十六章 工程材料的选用与发展,1 零件的失效与失效分析,失效: 1、零件完全破坏，不能继续工作 2、零件严重损伤，不能继续安全工作 3、零件虽能安全工作，但已不能起到预期作用,3.形式,过量变形失效,过量弹性变形,过量塑性变形,断裂失效,韧性断裂,应力腐蚀断裂,蠕变断裂,疲劳断裂,低应力断裂,脆性断裂,表面损伤失效,磨损,接触疲劳,腐蚀,失效分析方法,1）收集证据,2）断口分析，判断失效方式,失效零件的残骸,失效零件的资料,3）测定数据，包括成分、组织和性能的分析与测试,4）确定失效原因,1.材料的力学性能: 根据零件的工作条 件、损坏(或失效)形式 , 选择满足力 学性能的材料。,2.材料
2、的工艺性能:对零件加工生产有 直接的影响,甚至是决定性的。,3.材料的经济性:主要是性价比。,2 选材的基本原则,选择材料的基本过程,2 选材的基本原则,选材原则1使用性能首要原则,1、根据零件工作条件，确定其使用性能要求,i 载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。 ii 计算应力是确定材料使用性能的数量依据。 受力状态拉、压、弯、扭 载荷性质静载、冲击载荷、交变载荷 载荷大小重载、中载、轻载 工作温度低温、室温、高温、交变温度 环境介质加润滑剂、接触酸、碱、盐、海水、粉尘等 其他性能导热、导电、磁性、膨胀、辐射、比重等,使用性能包括?,2. 进行失效分析 失效抗力取决于材料的性能，对零
3、件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。 几种常用零件的工作条件和失效形式,3零件性能要求的指标化 将零件对使用性能的要求具体转化力学性能指标（如强度、韧性、塑性、硬度等）；再根据工作应力、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。 (1) 受力状况不同，设计依据的性能指标、计算公式不同。 例如：=sk 屈服强度 纯剪纯拉载荷-弯曲和扭转载荷 (2) 应综合考虑塑性、韧性和强度指标，并加以合理的配合。塑性、韧性过剩而降低零件寿命。,选材原则2材料的工艺性,高分子材料,成型工艺简单， 切削加工性好,导热性差,陶瓷材料,只能用SiC，金刚石砂轮磨削,可加工性差,金属材料,加工方法
4、多样 铸、锻、焊、切削、热处理,铸件共晶合金 锻件、冲压件固溶体合金 焊接结构低碳钢、低碳合金钢 高强度、大截面、形状复杂合金钢 切削加工材料硬度，热处理改善组织及性能,选材原则3材料的经济性,总成本 = 材料本身价格 + 加工费 + 其他（运费、安装费等）,降低成本，就近取材；,考虑材料生产、供应情况；,选材少而集中，便于采购和管理,从实际出发，全面考虑机械性能、工艺性能、生产成本。,基本材料的成本 材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额（3070%）。 选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段之一； 基本材料的价格的影响因素： 提炼和制取的成本； 矿物资源的储量、开采成本、矿石品位等
5、； 材料的提纯、合金化（合成）成本 ； 加工增值成本 ； 供求关系所造成的价格波动 ；,第三节 典型零件的选材及工艺分析,机床主轴 汽车半轴 机床齿轮 汽车齿轮,3 典型零件的选材与工艺过程,一、轴类的选材与工艺,1）承受交变、扭转和拉-压载荷,2）相对运动表面发生磨损,3）承受一定的冲击载荷,1.工作条件,2.主要失效形式,1）断裂（疲劳为主，冲击过载为辅） 2）磨损 3）过量变形,3 典型零件的选材与工艺过程,3.对材料的要求,1）高的强韧性 2）高的疲劳极限 3）良好的耐磨性,4. 轴的分类,1）受力不大，主要考虑刚度和耐磨性,2）主要受弯曲、扭转的轴,3）同时承受弯曲（或扭转）及拉压载
6、荷,轻载主轴（如普通车床主轴） 45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。 中载主轴（如铣床主轴） 40Cr等调质处理，轴颈高频表面淬火。 重载主轴（如组合机床主轴） 20CrMnTi ，经渗碳、淬火、回火处理。 高精度主轴（如精密镗床主轴） 38CrMoAl ，调质 + 氮化 + 时效。,二、齿轮的选材与工艺,1）齿根承受较大的交变弯曲应力,2）齿的表面承受较大的接触应力,3）承受冲击载荷,1.特点,2.主要失效形式,1）断裂 2）齿面损伤 3）特殊失效,二、齿轮的选材与工艺,3.对材料的要求,1）高的弯曲疲劳强度，防止疲劳断裂 2）高的接触疲劳强度，高的硬度和耐磨性，防止齿面损伤 3）心部强韧性
7、好，防止冲击过载断裂,4. 对材料的要求,1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度,2）齿面高的硬度和耐磨性,3）齿心具有足够强度和韧性,三、箱体类的选材与工艺,1. 特点,结构复杂,2. 对材料的要求,1）受力较大，高强度高韧性的箱体零件,2）受力不大，受静载的箱体零件,3）受力不大，要求自重轻，导热良好的箱体零件,4）受力不大，要求自重轻的箱体零件,四、刀具选材,1）冷硬性（高的硬度和耐磨性）,2）热硬性（高速切削）,3）坚韧性（振动与冲击）,1.特点,四、刀具选材,1）高速钢（俗称铎钢、白钢或凡钢）。 高速钢刀具制造简单、刃磨方便，容易磨得锋利，而且坚韧性较好，能承受较大的冲击力，因此常用于加
8、工一些冲击性较大、形状不规则的零件，如宽刃大走刀的车刀，梯形螺纹精车刀等。但是，高速钢的热硬性较差（约500600）不宜用于高速切削。高速钢车刀常用的有W18Cr4V和W9Cr4V2两种牌号。,2. 刀具材料,四、刀具选材,1）硬质合金（俗称钨钢） 硬质合金能耐高温，有好的热硬性，在1000左右尚能保持良好的切削性能，耐磨性也很好，常温下硬度达HRA8792.8，而且具有一定的使用强度。缺点是性脆、怕震，坚韧性差，但这一缺陷，可以通过刃磨合理的切削角度来弥补。所以硬质合金是目前应用最广泛的一种车刀材料，特别在高速切削的条件下尤其有利。,2. 刀具材料,一.C616 416车床主轴,一) 工作条
9、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。,二) 技术要求: 1.整体调质后硬度应为HB200230,金相组 织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC4550, 表面35mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC4850,金相组织同上。,三) 选材: 45钢。,四) 加工工艺路线:,五）热处理工艺 820840水淬 + 500550高温回火 + 轴颈高频淬火（水冷）+ 180200低温回火 最终组织 心部 S；轴颈表面 M 。,二.YJ 130汽车半轴,一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。
10、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。,二) 技术要求: 1.杆部硬度HRC3744;盘部外圆硬度HRC 2434 ;金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。 2.弯曲度:杆中部1.8mm;盘部跳动2.0mm。,三) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。,四) 加工工艺路线:,三.C616机床齿轮,一) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(610m/s)。,二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC4550,金相组织为回 火索氏体。 2.齿心部硬度HRC2225,金相组织为 回火马氏体。,三) 选材: 40、45钢。,四) 加工工艺路线:,四.JN 150型载重汽车变速箱齿轮,一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 1015m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。,二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC5862, 金相组织为回 火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。 2.齿心部硬度HRC3545, 金相组织为 回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。,三) 选材: 20 CrMnTi 钢。,四) 加工工艺路线:,五）热处理工艺 900950渗碳 + 820850油淬 + 180200低温回火 最终组织 心部 M+ F ；齿面 M+ K + A 。,
