第12章材料及成形工艺选用
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
第12章材料及成形工艺选用
•一 . 选 择 材 料 的 基 本 过 程
第12章材料及成形工艺选用
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。
•结构或形状设计不合理
•2.原因
n 机床主轴 n 汽车半轴 n 机床齿轮 n 汽车齿轮 n 机架、箱体类零件
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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 ①承受高变扭转载荷、弯曲载荷或拉-压载荷 ；② 局部 （轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损； ③ 特殊条件下受 温度或介质作用。 2. 主要失箱体类零件
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。
第12章材料及成形工艺选用
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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(6～10m/s)。
•二) 技术要求: • 1.齿面硬度HRC45～50,金相组织为回 • 火索氏体。 • 2.齿心部硬度HRC22～25,金相组织为 • 回火马氏体。
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n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。 n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。 n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。 n 受力不大，要求自重轻，或要求导热好，可选用铸造铝合金。 n受力很小，要求自重轻等，可选用工程塑料。 n受力较大，但形状简单，可选用型钢焊接而成.
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•三) 选材: 40、45钢。 •四) 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
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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 ( 10～15m/s以上 )。 • 3.受冲击频繁,磨损较严重。
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二、齿轮类零件 （一）齿轮的工作条件：
１、传递扭矩，轮齿受弯曲应力； ２、换档、起动时受冲击力； ３、接触压应力，摩擦作用。 （二）失效形式： １、疲劳断； ２、齿面磨损； ３、麻点剥落，实质为接触疲劳破坏； ４、过载断裂，扫齿。 （三）性能要求： １、高的бbb，б-1（主要指标）； ２、高的接触疲劳强度和耐磨性； ３、高的强韧性。
•三) 选材: 45钢。 •四) 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
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例2、YJ – 130汽车半轴
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•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。
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•例1、C616 – 416车床主轴
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•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HB200～230,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内金相组织为回火屈氏体和 • 少量回火马氏体。 • 3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。
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形或腐蚀失效。 3. 性能要求： ① 高的疲劳强度，防止疲劳断裂； ② 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； ③ 局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损; ④ 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。
第12章材料及成形工艺 选用
2020/11/25
第12章材料及成形工艺选用
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。
•材料的选择不合理 •加工工艺不合理
•安装与使用不合理
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•过量变形失效
•3.形式 •断裂失效
•表面损伤失 效
•过量弹性变形 •过量塑性变形 •韧性断裂 •脆性断裂 •低应力断裂 •疲劳断裂 •蠕变断裂 •应力腐蚀断裂
•磨损 •接触疲劳 •腐蚀
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第三节 典型零件的选材及工艺分析
•二) 技术要求: • 1.齿面硬度HRC58～62, 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HRC35～45, 金相组织为 • 回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
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•三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 •四) 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
•二) 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: •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