第六章 机械零件的失效分析与选材
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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
第6章 机械零件的失效分析与材料的选用 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
材料的选择不合理。 加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
零件失效形式
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 脆性断裂 低应力断裂
疲劳断裂
蠕变断裂 应力腐蚀断裂
此外,还要注意一下几点:
1.手册上提供的材料的力学性能数据,是以该材料制 成的标准试样进行力学性能实验测得的,但与零件 实际工作条件有差别,因此严格来说,手册上的数 据不能确切反映零件承受载荷的实际能力。
2.金属材料的强度对金属的组织很敏感,也就是说, 材料的成分或牌号决定后,其性能还决定于其组织。 所以设计选材时,还必须明确材料的组织,确定热 处理工艺。
3.机械零件的最终使用性能,很大程度决定于 热处理。
三、材料的经济性
在满足使用性能的前提下,选用零件材 料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本 包括材料本身的价格、加工费及其其他一切所 花的费用。有时甚至还要包括运费与安装费用。
6.3 典型零件的选材及工艺分析
❖ 机床齿轮 ❖ 汽车齿轮 ❖ 机床主轴 ❖ 汽车半轴
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
二、材料的工艺性
零件都是由不同的工程材料经过一定的加工 制造而成,因此材料的工艺性能,即加工成零件的 难易程度,显然应是选材必须考虑的重要问题。
在选材中,同使用性能比较,工艺性能处于 次要地位。但在某些情况下,如大量生产,这时的 工艺性能就可能成为选材考虑的主要依据。
金属材料的加工比较复杂,常用的加工方法 有铸造、压力加工、焊接、切削加工及热处理。
半精加工 精车加工 高频淬火 及低温回火 精磨
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
1.从工艺性出发
如果设计是铸件,最好选择共晶合金;如果设 计的是锻件、冲压件,最好选择在加工时呈固溶体 的合金;如果设计是焊接结构,则不应选用铸铁, 最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢;而铜合金和 铝合金的焊接性能都不够好。
2.在机器制造中,绝大部分的机械零件都要经 过切削加工,因此材料的切削加工性能的好坏 对提高产品生产率,降低成本都具有重要意义。 为了便于切削,一般希望材料的硬度在 170~230HBS之间。
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: 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
一.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
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。
磨损 表面损伤失效 接触疲劳
腐蚀
选材的一般原则:
选材时,不仅要保证零件在工作时有良好的 功能,使零件经久耐用,而且要求材料有较好的 工艺性和经济性,以便提高伸长率,降低成本。
一、材料来自百度文库使用性能
在设计零件进行选材时,必须根据零件在整 机中的作用,零件的形状、大小以及工作环境, 找出零件材料应具备的主要力学性能指标。