工程材料與熱加工21

第二章

材料的選用選材的原則零件的失效典型零件的選材及工藝路線什么是失效：失去設計要求的功能失效的基本類型完全不能工作雖仍能工作，但已不能完成指定的功能或工作低效；有嚴重損傷，不能確保安全工作斷裂失效過量變形失效（畸變失效）表面損傷失效一、零件的失效失效的主要原因設計缺陷選材不當或材質存在缺陷制造工藝問題裝配調試因素運轉維修因素一、零件的失效比利時阿爾伯特運河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂一、零件的失效

斷口形貌卸荷槽部位腐蝕裂紋的宏觀形貌特征卸荷槽部位裂紋及金相組織形貌特征

裂紋在掃描電鏡下的形貌特征

零件失效實例鐵路貨車搖枕出現(xiàn)裂紋的宏觀位置搖枕斷口宏觀照片目測可見的兩條亮線和焊補區(qū)

零件失效實例

零件失效實例常見的滾動軸承失效形式接觸疲勞失效磨損失效腐蝕失效斷裂失效輪齒折斷齒面磨損齒面膠合齒面塑性變形齒輪的失效齒面點蝕使用性能原則

根據(jù)零件的工作條件、失效形式，確定零件的使用性能要求工藝性能原則

材料的工藝性能應滿足生產(chǎn)工藝的要求

（鑄、鍛、焊、機加工、熱處理）經(jīng)濟性原則

應考慮材料的價格、零件的總成本

、國家的資源等因素

二、選材的原則工作條件:轉速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)，無強烈沖擊性能指標:心部220~250HBS，齒面硬度≥52HRC選材

:

45、

40Cr工藝路線:鍛造→正火→粗加工→調質→精加工

→輪齒高頻淬火及低溫回火→精磨最終組織

:

心部——S回

齒面——M回※沖擊小的低速齒輪可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等三、典型零件的選材原則

機床齒輪工作條件:受力較大，受沖擊頻繁性能指標:耐磨性、疲勞強度、心部強度、沖擊韌性等均要

求比機床齒輪高(σb>1000MPa，aK≥50J

，齒面硬度≥55HRC)選材:

20CrMnTi、20Cr

工藝路線:

鍛造→正火→機加工→滲C、淬火＋低溫回火→噴丸→磨削最終組織:心部——M回(+F)

齒面——M回+碳化物+Ar載重汽車變速箱齒輪工作條件與性能要求：

受交變彎曲和扭轉復合應力，載荷和轉速不高，沖擊不大，一般綜合機械性能即可；大端軸頸、錐孔與卡盤、頂尖間有摩擦，要求硬度和耐磨性高。

選材與工藝：普通車床（輕載）主軸——45，調質或正火+軸頸高頻表面淬火。鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→軸頸表面淬火＋低溫回火→磨削心部：S回

軸頸表面：M回銑床（中載）主軸——40Cr，調質+軸頸高頻表面淬火。組合機床（重載）主軸——20CrMnTi、20Cr，滲C+淬火+回火處理。精密鏜床（高精度）主軸——38CrMoAl，調質+N化+時效。C620車床主軸機床主軸

性能：功率和承受載荷不大；軸頸部要有較高硬度及耐磨

σb>750MPa，整體硬度240～260HBS，軸頸表面硬度≥55HRC選材：QT700-2

工藝：

鑄造→高溫正火(880～

920℃)→高溫回火(500～600℃)→機加工→軸頸N化

最終組織

：

P+G+少量F175A型農(nóng)用柴油機曲軸

性能——承受多種力的作用，要求綜合性能好

選材——45、40Cr、球墨鑄鐵

工藝

——鍛造→正火→粗加工→調質→精加工

最終組織

——S回V型發(fā)動機連桿奔馳連桿連桿性能——高硬度、高耐磨性，紅硬性和強韌性要求不高選材——碳素工具鋼，T8、T10、T12等工藝

——鍛造→球化退火→機加工→淬火—低溫回火最終組織

——M回

手工刃具（手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡單、低速刃具）木工工具木工鑿

性能——高硬度、高耐磨性，一定的熱硬性和韌性

選材——9SiCr、CrWMn

工藝

——鍛造→球化退火→機加工→淬火—低溫回火

最終組織

——M回

低速切削、形狀較復雜的刃具（絲錐、板牙、拉刀等

T工作<300oC）板牙絲錐拉刀性能——高硬度、高耐磨性，高熱硬性、高精度；較高的強度、韌性選材——高速鋼(W18Cr4V

、W6Mo5Cr4V2等)

、硬質合金、陶瓷工藝

——鍛造→球化退火→粗加工→淬火+回火→精加工→表面處理

高速切削用的刃具（高速車刀、鉆頭、銑刀等

T工作<600oC）齒輪滾刀性能——用于緩沖和吸振，承受很大的交變應力和沖擊載荷

需要高的屈服強度和疲勞強度選材——輕型汽車65Mn、60Si2Mn中型或重型汽車50CrMn,55SiMnVB重型載重汽車55SiMnMoV,55SiMnMoVNb工藝

——下料→壓力成型→淬火+中溫回火→噴丸強化最終組織

——T回

板彈簧汽車板簧

性能——承受載荷小,精度要求不高選材——60、65、65Mn工藝——下料→冷拔加工成型→淬火+中溫回火最終組織

——T回自行車彈簧

復習思考題現(xiàn)有下列牌號的鋼材：40Cr、20、45、9SiCr、

65Mn、60Si2Mn、W18Cr4V、GCr15、20CrMnTi、

T8