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1、第十一章 机械零件材料的选用,材料选用的一般原则 选材的基本过程与失效分析 典型零件的选材,第一节 材料选用的一般原则,1.材料使用性能足够原则: 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.材料工艺性能良好原则:对零件加工生 产有直接的影响,甚至是决定性的。,3.材料的经济性合理原则:主要是性价比。 4. 材料、成形工艺和零件结构相适应原则： 在保证使用性能的前提下，兼顾其它因素。,第二节 选材的基本过程与失效分析,选择材料的基本过程 零件的失效分析,一.选择材料的基本过程,二.零件的失效分析,1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。,2.原因,
2、结构或形状设计不合理,材料的选择不合理,加工工艺不合理,安装与使用不合理,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,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 机架、箱体类零件,一、轴类零件 1.轴的工作条件-轴主要是起支承传动零件并传递扭矩 承受高变扭转载荷、弯曲载荷或拉-压载荷 ； 局部（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损； 特殊条件下受温度或介质作用。 2. 主要失效方式： 是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变
3、形或腐蚀失效。 3. 性能要求： 高的疲劳强度，防止疲劳断裂； 优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转和折断； 局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损; 在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕变抗力，耐腐蚀性等。,例1、C616 416车床主轴,一) 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。,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
4、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:,例2、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。 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:,二、齿轮类零件 （一）齿轮的工作条件： 、传递扭矩，轮齿受弯曲应力； 、换档、起动时受冲击力；
5、、接触压应力，摩擦作用。 （二）失效形式： 、疲劳断； 、齿面磨损； 、麻点剥落，实质为接触疲劳破坏； 、过载断裂，扫齿。 （三）性能要求： 、高的bb，-1（主要指标）； 、高的接触疲劳强度和耐磨性； 、高的强韧性。,例1、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:,例2、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
6、/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:,三、机架、箱体类零件 各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台以及齿轮箱、轴承座、阀体、内燃机缸体等，都可视为机架、箱体类零件。 特点：形状不规则，结构比较复杂并带有内腔，重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大。 一般的基础零件，如机身、底座等，主要起支承和连接机床各部件的作用，属非运动零件，以承受压应力和
7、弯曲力为主，为保证工作的稳定性，应有较好的刚度和减振性。工作台和导轨等零件，则要求有较好的耐磨性。,这类零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性，在多数情况选用灰铸铁进行铸造成形。少数重型机械，如轧钢机、大型锻压机械的机身，可选用中碳铸钢件或合金铸钢件，个别特大型的还可采用铸钢焊接联合结构。 一些受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作的零件，如汽轮机机壳，选用铸钢。 一些受力不大，且主要是承受静力，不受冲击，这类箱体可选用灰铸铁，如零件在服役时有摩擦、磨损发生，应选用珠光体基体的灰铸铁。 受力不大，要求自重轻，或要求导热好，可选用铸造铝合金。 受力很小，要求自重轻等，可选用工程塑料。 受力较大，但形状简单，可选用型钢焊接而成.,
