材料機(jī)械性能及機(jī)械零件失效與選材分析

1、剛度和彈性模量彈性模量表征材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度零件的剛度與彈性模量成正比彈性模量是機(jī)械性能指標(biāo)中最穩(wěn)定的一個(gè)，它對材料的組織狀態(tài)和外界條件變化不敏感，與要與材料的種類及成分有關(guān)彈性模量取決于固體中粒子間鍵合強(qiáng)度1硬度布氏硬度HB 洛氏硬度HR 維氏硬度HV銼刀法硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力常用測量硬度的方法2(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計(jì) 3(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )適用范圍: 450HBS; 650HBW;4(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )

2、 符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。5(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)10HRCHBS6沖擊韌性( notch toughness ): 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。7沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖8試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功A k為: A k = m g H m g h (J) 沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位

3、截面積上所消耗的沖擊功。 AK a k = (J/cm) S09疲勞強(qiáng)度( fatigue strength ):表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。10鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 107有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 108鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系: -1 = (0.450.55) b11斷裂韌性應(yīng)力強(qiáng)度因子大于材料的斷裂韌性c時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展與裂紋，物體形狀，大小，外加應(yīng)力有關(guān)，c是材料本身的特性，只和材料的成分，熱處理，加工工藝等有關(guān)蠕變在一定外力作用下，隨著時(shí)間延長，材料的變形不斷發(fā)展，直至斷裂的現(xiàn)象提高溫度與加大應(yīng)力都會增加蠕變速度或縮短斷裂時(shí)間12

4、摩擦與磨損兩個(gè)相互接觸的物體或者物體與介質(zhì)之間相對運(yùn)動時(shí)出現(xiàn)的阻礙作用稱為摩擦，磨損是摩擦的必然結(jié)果摩擦分為靜摩擦，動摩擦，動摩擦又可以分為滑動摩擦與滾動摩擦磨損按機(jī)制分類：氧化磨損，咬合磨損，熱磨損，磨粒磨損，表面疲勞磨損磨損量可用失質(zhì)法，尺寸法表示13失效分析失效形式變形失效：彈性變形失效，塑性變形失效斷裂失效：單調(diào)斷裂，疲勞斷裂失效，表面損傷失效失效原因設(shè)計(jì)不當(dāng)，材料選擇不合理，加工不當(dāng)，安裝使用不當(dāng)失效分析化學(xué)分析，斷口分析，金相分析，機(jī)械性能分析，斷裂力學(xué)分析，應(yīng)力分析14選材的一般原則根據(jù)使用性能選材硬度，強(qiáng)度，塑性，韌性，疲勞強(qiáng)度，耐磨性，綜合性能根據(jù)工藝性能選材鑄造性，鍛造性，

5、焊接性，切削加工性根據(jù)經(jīng)濟(jì)性選材壽命周期成本，材料價(jià)格，材料的加工費(fèi)，新材料使用還要考慮熱處理對工藝性的要求15典型零件的選材及工藝分析機(jī)床主軸汽車半軸機(jī)床齒輪汽車齒輪16一.C616 416車床主軸17一) 工作條件: 1.該軸在滾動軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)。 2.承受中等負(fù)荷,承受一定的沖擊力。 3.轉(zhuǎn)速中等。 二) 技術(shù)要求: 1.整體調(diào)質(zhì)后硬度應(yīng)為HB200230,金相組 織為回火索氏體。 2.內(nèi)錐孔和外圓錐面處硬度為HRC4550, 表面35mm內(nèi)金相組織為回火屈氏體和 少量回火馬氏體。 3.花鍵部分硬度HRC4850,金相組織同上。18三) 選材: 45鋼。四) 加工工藝路線:下料 鍛造 正火

6、粗加工 調(diào)質(zhì) 半精加工 鉆中心孔 精車加工 銑鍵槽 局部淬火(錐孔及外錐體)粗磨 滾銑花鍵 花鍵淬火 精磨 19二.YJ 130汽車半軸20一) 工作條件: 1.該軸在上坡或啟動時(shí),承受較大扭矩。 2.承受一定的沖擊力和具有較高的抗彎能力。 3.承受反復(fù)彎曲疲勞應(yīng)力。二) 技術(shù)要求: 1.桿部硬度HRC3744;盤部外圓硬度HRC 2434 ;金相組織為回火索氏體和回火屈 氏體。 2.彎曲度:桿中部1.8mm;盤部跳動2.0mm。21三) 選材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。四) 加工工藝路線:下料 鍛造 正火 粗加工 調(diào)質(zhì) 半精加工 精車加工 盤部鉆孔 磨花鍵 22三.C616機(jī)床齒輪一) 工作條件: 1.工作負(fù)荷不太大。 2.中速運(yùn)轉(zhuǎn)(610m/s)。二) 技術(shù)要求: 1.齒面硬度HRC4550,金相組織為回 火索氏體。 2.齒心部硬度HRC2225,金相組織為 回火馬氏體。23三) 選材: 40、45鋼。四) 加工工藝路線:下料 鍛造 正火 粗加工 調(diào)質(zhì) 半精加工 精車加工 高頻淬火及低溫回火 精磨 24四.JN 150型載重汽車變速箱齒輪一) 工作條件: 1.工作負(fù)荷大。 2.高速運(yùn)轉(zhuǎn) ( 1015m/s以上 )。 3.受沖擊頻繁,磨損較嚴(yán)重。二) 技術(shù)要求: 1.齒面硬度HRC5862, 金相組織為回 火馬氏體+合金碳化物+殘余奧