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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。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。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HRC37～44;盘部外圆硬度HRC24～34;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。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。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。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。三)选材:20CrMnTi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.