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第七章 工程材料的选择 一、基本概念 机械零件失效几种情况: ① 零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等完全被破坏，全部丧失其功能，不能继续工作。 ② 零件在外部环境作用下，部分丧失其功能，虽然能安全工作，但不能完成规定功能。 ③ 零件严重损伤，继续使用失去可靠性和安全性。 二、零件的失效形式 失效形式分为三种还会使基本类型：变形、断裂和表面损伤. （一）过量变形失效 1、弹性变形失效 2、塑性变形失效 3、翘曲变形失效 （二）断裂失效 1、韧性断裂失效 2.脆性断裂失效 疲劳断裂、低应力脆性断裂、蠕变断裂失等均属于脆性断裂。 （三）表面损伤失效 面损伤失效大体上分为三类：腐蚀失效、 磨损失效和表面疲劳失效。 1.腐蚀失效。 2.磨损失效。 3.表面疲劳失效。 四、失效分析的步骤及方法 第二节 工程材料的选材原则 一、保证使用性能足够的原则 （一）分析零部件的工作条件，确定使用性能。 （二）分析零部件的失效原原因，确定使用性能。 1.选材时，不仅要考虑材料的化学成分，还要考虑材料的生产制造方法和处理工艺。 2.手册中给出的性能数据是各种标准试样的性能指标。 3.材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。 2、锻造性能比较 1）低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢较差； 2）低合金钢可锻性近于中碳钢，高合金钢的较差； 3）铝合金：因锻造温度范围窄，可锻性并不很好； 4）铜合金的可锻性一般较好。 3、焊接性能 1）铜合金和铝合金的焊接性能较差； 2）灰口铸铁基本上不能焊； 3）低碳钢和碳含量低于0．18％的合金钢有较好的焊接性能，碳含量大于0．45％的碳钢和碳含量大于0．35％的合金钢的焊接性能较差。 碳含量和合金元素含量越高，焊接性能越差 （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200～230HB，金相组织为回火索氏体。 2．内锥孔和外圆锥面处硬度为45～50HRC，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48～50HRC，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  （1）、 齿轮的工作条件由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力； （2）、换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷； （3）、齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用 (3) 齿面接触疲劳破坏 在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点)(4) 过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿 3. 齿轮的性能要求(1) 高的弯曲疲劳强度;(2) 高的接触疲劳强度和耐磨性;(3) 较高的强度和冲击韧性。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。 （二）齿轮类零件的选材齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢，经表面强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺性能好，经济上也较合理。 1、? 典型齿轮选材举例 1.机床齿轮? ??? 机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强裂冲击。因此，一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。 ??? 工艺路线为：下料--锻造--正火--粗加工--调质--精加工--轮齿高频淬火及回火--精磨。 冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外, 有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛(或单体浇铸尼龙)齿轮, 工作时传动平稳, 噪声减少, 长期使用无损坏, 且磨损很小。 2. 汽车齿轮? ??? 汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。 ??? 渗碳齿轮的工艺路线为：下料--锻造--正火--切削加工--渗碳、淬火及低温回火--喷丸--磨削加工 第三节 典型零件材料的选材举例 第三节 典型零件材料的选材举例 强度 刚度 减震 易于成形 易于加工 灰铸铁液态成形 （二）