典型零件的选材与工艺路线分析..共23页文档

艺 加工→渗碳、淬火及低温回火→
喷丸→磨内孔及换档槽→装配。
1.2 轴
轴是机器的重要零件之一， 它的主要作用是支承回转体，并传 递动力。
1.2 轴
轴的工作条件、失效形式及性能要求
（1）轴的工作条件
•承受交变转矩拉一压载荷； •轴颈、花键等部位承受较大 的摩擦和磨损； •承受一定的过载或冲击载荷。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
（2）汽车、拖拉机齿轮
下面以JN150型载重汽车 （变速箱中第二轴 的二、三挡齿轮为 例进行分析。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
（2）汽车、拖拉机齿轮
汽车、拖 拉机齿轮生产批量 大，因此选择用钢 时除有较好的力学 性能外，还应有较 好的工艺性能。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
轴的选材及工艺分析
具体加工工艺路线如下：
工
艺
下料→锻造→正火→粗加工→调质→ 半精车外圆，钻中心孔，精车外圆；
铣键槽→局部淬火（锥孔及外锥体） →车各空刀槽，粗磨外圆，滚铣花键 →花键高频淬火、回火→精磨（外圆、 外锥体及内锥孔）
1.2 轴
（2）内燃机曲轴
曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的零件， 它在工作时，受气缸中周期性变化的气体压力，曲 轴连杆机构的惯性力，扭转和弯曲应力及冲击力等。
因此要求曲轴具有高的强度，一定的冲击韧 度和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要有高的硬度 和耐磨性。
内燃机曲轴材料的选择主要根据内燃机的类 型，功率大小，转速高低以及轴瓦材料等。
1.2 轴
轴的选材及工艺分析
选
•低速内燃机曲轴采用正火状态的碳素 钢或球墨铸铁；
材
•中速内燃机曲轴采用调质状态的碳素

2. 汽车齿轮
汽车齿轮功能—在变速箱中，通过它改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比； 在差速器中，齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部 发动机动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。 工作条件—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。 选材—用低碳钢进行渗碳处理来作重要齿轮。我国应用最多的 是合金渗碳钢20CrMnTi，
三、齿轮材料的性能要求
1.高的弯曲疲劳强度； 2. 高的接触疲劳强度和耐磨性；
3. 较高强度和冲击韧性。
还要求有较好的热处理工艺性能，例如热处理变形小，或变形有一定规律等。
四、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，工作平稳无强烈冲击。 一般可选中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢。
喷丸—增大表层压应力，提高疲劳强度，并清除氧化皮。

第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1齿轮选材
单元34- 1
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析 8.1 齿轮选材 齿轮主要用于传递扭矩和调节速度， 一. 齿轮的工作条件
1.由于传递扭矩，齿根承受很大的变弯曲应力；
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。
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1齿轮选材
单元34- 4
工艺路线：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 正火—可消除锻造应力，均匀组织，改善切削加工性， 改善齿轮表面加工质量。
渗碳、淬火及低温回火—得到表面高硬度、高耐磨性和接触疲劳抗力。 由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可 使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性。

2．对材料工艺性能的考虑
材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、 材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、生产效率和成 本。 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 变形规律、氧化脱碳倾向等) 变形规律、氧化脱碳倾向等)。 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低， 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产 的关键。 的关键。
二、轴 轴的工作条件、 一）轴的工作条件、失效方式及性能要求 1、工作条件和失效方式
主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 工作条件：1)承受交变扭转载荷 交变弯曲载荷或拉-压载荷； 承受交变扭转载荷、 工作条件：1)承受交变扭转载荷、交变弯曲载荷或拉-压载荷；2) 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 介质作用。 介质作用。 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损， 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断 个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 1）高疲劳强度，防止轴疲劳断裂；2）优良综合力学性能，即较 高疲劳强度，防止轴疲劳断裂； 优良综合力学性能， 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性， 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，防止塑性变形及过载或 冲击载荷作用下的折断和扭转； 冲击载荷作用下的折断和扭转；3）局部承受摩擦的部位具有高 硬度和耐磨性，防止磨损失效； 硬度和耐磨性，防止磨损失效；4）在特殊条件下工作的轴的材 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。
3、汽轮机主轴

轴类零件选材及工艺分析在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。

轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。

要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。

实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。

下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型零件为例进行分析。

（一）机床主轴在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：<1> 受力的大小。

不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。

<2> 轴承类型。

如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。

<3> 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。

结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。

主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。

因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。

1、机床主轴的工作条件和性能要求C616-416车床主轴如图1-2所示。

该主轴的工作条件如下：①承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用；②主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；③花健部分经常有磕或相对滑动。

总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。

由此确定热处理技术条件如下：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3~5㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；③花键部分的硬度为HRC48~53，金相组同上。

铸铁材料与铸造工艺
不锈钢具有优良的耐腐蚀性和机械性能，适用于制造高强度、耐腐蚀的零件，如压力容器、管道等。焊接工艺能够实现异种材料的连接，因此不锈钢材料与焊接工艺相匹配适用于这些零件的制造。
不锈钢材料与焊接工艺
典型零件的选材与工艺路线实例分析
#O4
#2022
轴类零件的选材与工艺路线分析
总结词
轴类零件是机械中常见的支撑和传动零件，其选材和工艺路线分析需考虑强度、耐磨性、耐腐蚀性和热处理工艺。
现有研究的不足与展望
列举了几个典型零件的选材和工艺路线分析案例，如轴类、齿轮类、箱体类等，通过实例说明了选材和工艺路线分析的实际应用和效果。
典型零件选材与工艺路线实例
总结了选材时应考虑的主要因素，包括材料的机械性能、工艺性能、经济性以及环境影响等。强调了选材时需权衡各种因素，以达到最佳的综合效果。
选材原则
铜及铜合金
常用材料介绍
材料性能与零件性能的关系
材料性能直接影响零件的性能，如强度、刚度、耐磨性等。 材料的物理和化学性质对零件的工作环境和使用寿命有重要影响，如耐腐蚀性、导电性、热膨胀系数等。 材料的机械性能对零件的加工制造和装配也有重要影响，如可加工性、焊接性、切削性等。
工艺路线分析
#O2
#2022
04
根据确定的工序顺序和设备、工艺方法，制定详细的工艺流程和工艺标准，明确各工序的加工要求、检验标准等。
制定工艺流程和工艺标准
在实际生产过程中，根据实际情况对工艺路线进行优化和完善，提高生产效率和产品质量。
优化和完善工艺路线
工艺路线制定流程
工艺路线优化方法
通过分析和改进生产过程，减少非增值环节，如等待、搬运、检验等，提高生产效率和产品质量。

工艺路线为： 下料-锻造-正火-粗加工调质-精加工-表面淬火 及低温回火-磨削加工
机床变速箱齿轮
汽车齿轮：合金渗碳钢
变速箱和差速器。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。 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。
低、中碳钢或合金调质钢： 经锻造或轧制，兼顾 强度和韧性，同时考虑疲劳抗力；
碳钢：35、40、45、50钢，一般轴类零件； 合金调质钢：如40Cr、40MnB、40CrNiMo、
20Cr、20CrMnTi等；载荷较大，外形、尺寸和 重量受限制，轴颈的耐磨性等要求高 球墨铸铁和高强度灰铸铁：曲轴。 主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种； 受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬 透性。
汽车板簧
缓冲和吸振,承受很大的交变应力和冲击载荷的作用， 需要高的屈服强度和疲劳强度。 轻型汽车：选用65Mn、60Si2Mn钢； 中型或重型汽车：板簧用50CrMn, 55SiMnVB钢； 重型载重汽车：大截面板簧用 55SiMnMoV,55SiMnMoVNb。
工艺路线 热轧钢带(板)冲裁下料-压力 成型-淬火-中温回火-喷丸强化
园锯片（镶齿式）
切割钢材、有色金属、石料、塑料 等材料。整体强韧性好，锯齿硬度 高，耐磨性好。
材料：， 本体 ：60、65Mn钢 锯齿：高速钢或硬质合金刀片
工艺: 钢板下料-冲孔-淬火-高温回火-
机加工-钎焊锯齿-磨齿。
小结
1.齿轮 主要要求疲劳强度，特别是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据受力分析， 齿轮类零件选用低、中碳钢或其合金钢。 机床齿轮用中碳钢45或中碳合金钢40Cr； 汽车齿轮用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi ； 重型机械齿轮用 铸钢

典型零件选材及工艺分析一，齿轮类机床、汽车、拖拉机中，速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的零件。

齿轮工作时的一般受力情况如下：（1）齿部承受很大的交变弯曲应力；（2）换当、启动或啮合不均匀时承受击力；（3）齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。

所以，齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。

据此，要求齿材料具有以下主要性能：（1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；（2）齿面有高的硬度和耐磨性；（3）齿轮心部有足够高的强度和韧性。

此外，还要求有较好的热处理工艺性，如变形小，并要求变形有一定的规律等。

下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。

（一）机床齿轮机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。

一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、……12表示，数字愈大者，精度愈低）。

只是在他度传动机构中要求较高的精度。

机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。

实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市频淬火具有变形小、生产率高等优点。

下面以C616机床中齿轮为例加以分析。

1、高频淬火齿轮的工工艺线2、热处理工序的作用正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。

对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。

调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。

调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。

高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。

轻量化
减轻材料重量，提高产品机动性，降低能源 消耗和排放。
环保化
发展可再生、可回收、可降解的材料，减少 对环境的污染。
智能化
研究具有自适应、自修复、自感应等功能的 智能材料。
新材料的研究与开发
碳纤维复合材料
具有高强度、轻质、耐高温等优点，广 泛应用于航空航天、汽车等领域。
高分子合成材料
具有优良的化学稳定性、绝缘性、耐 磨性等，在建筑、电子、化工等领域
03
材料的应用与发展趋势
材料的应用领域
01
航空航天
用于制造飞机、火箭等高强度、轻 质材料。
建筑领域
用于制造桥梁、高层建筑等高强度、 高耐久性材料。
03
02
汽车工业
用于制造发动机、变速器等耐磨、 耐高温材料。
电子产品
用于制造集成电路、晶体管等精密、 小型化材料。
04
材料的发展趋势
高性能化
提高材料的强度、硬度、耐高温等性能，以 满足更高要求的工业应用。
可加工性原则
材料应具有良好的可加工性， 以便于零件的制造和加工。
可维修性原则
材料应易于维修和更换，以提 高零件的使用寿命和降低维修 成本。
常用材料介绍
钢铁
钢铁是机械制造业中应用最广泛的材料之一，具 有高强度、良好的韧性和耐磨性。
铜及铜合金
铜及铜合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀 性和加工性能，广泛应用于电气、电子、化工等 领域。
实例二：齿轮类零件的选材与加工工艺
灰铸铁
用于制造一般用途的齿轮，如减速器齿轮等。
球墨铸铁
用于制造高强度、高耐磨性的齿轮，如汽车变速毛坯准备
根据零件材料和尺寸要求，准备毛坯。
粗加工

弯路。
7
例：右图为金属材料的室 温拉伸或冲击试样的断口 宏观观察，可以看到其断 口分为：
F - 纤维状区 R - 放射状区 S - 剪切唇区
8
第一节 机械零件的失效形式
不同断裂的实物比较：
塑性断裂
脆性断裂
疲劳断裂
9
第一节 机械零件的失效形式
不同断裂的显微特征：
塑 （性 韧断 窝裂
疲 劳 断
）断 口
磨粒磨损示意图
14
第一节 机械零件的失效形式
⑴ 磨损失效
犁削磨损 硬材料表面的微凸点切削较软材料的表面，
在较软材料的表面形成“犁沟”。
犁削磨损示意图
15
第一节 机械零件的失效形式
不同磨损的墨痕：
粘着磨损磨痕
磨粒磨损磨痕
犁削磨损磨痕
表面疲劳磨损
两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交
变接触压应力作用下，使材料表面疲劳而产生材料损失
6
第一节 机械零件的失效形式
二、断裂
是金属材料最严重的失效形式，特别是在 没有明显塑性变形的情况下突然发生的脆性断 裂，往往会造成灾难性事故。
防止脆断的方法：准确分析零件所受应力及应 力集中的情况，选择满足强度要求并具有一定 塑性和韧性的材料。
断口分析：是断裂失效分析的核心，同时又是
断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走
第一节 机械零件的失效形式 第二节 选材的基本原则 第三节 热处理方案的选择及热处理技术的标注 第四节 预防和控制热处理变形的方法及措施 第五节 典型零件选材与工艺分析
1
第一节 机械零件的失效形式
零件失效的情况：
① 完全破坏不能使用；
② 虽然能工作但是不能满意地起到预定的作用；

Thank you
典型零件的选材及热处理
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考谈话。——笛卡儿

（2）主要失效形式
1）塑性变形 2）疲劳断裂 3）快速脆性断裂 在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效； 4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下使 用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。 用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。
（3）对弹簧用材性能要求
1）高的弹性极限和屈强比（σs/σb） 高的弹性极限和屈强比（ 2）高的疲劳强度 3）好的材质和表面质量 4）某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性
三、弹簧类零件的选材
弹簧的工作条件、 1. 弹簧的工作条件、失效形式及性能要求 （1）工作条件
1）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受弯曲应力 弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、 或扭转应力。 或扭转应力。 缓冲、减震或复原用的弹簧， 2）缓冲、减震或复原用的弹簧，承受交变应力和冲击载荷的作用 3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用
（3）齿轮用材性能要求 1）高的弯曲疲劳强度 2）高的接触疲劳强度和耐磨性 3）齿轮心部要有足够的强度和韧性
2. 齿轮零件的选材
二、轴类零件的选材
1. 轴的工作条件、失效形式及性能要求 轴的工作条件、 （1）一般轴的工作条件
1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。 传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。 2）轴颈承受较大的摩擦 3）承受一定的冲击载荷 1）疲劳断裂 2）断裂失效 3）磨损失效
锻造---- 正火----粗加工----调质----精加工-------粗加工----调质----精加工----表面淬火及低 锻造---- 正火----粗加工----调质----精加工----表面淬火及低 温回火-------磨削加工 温回火----磨削加工
（2）内燃机曲轴选材

如表10-2所示为几种主要耐热钢的持久强度值。对于一般的高、中压 锅炉，材料的持久强度值在60～80 MPa以上即可满足工作要求。由表10-2 还可以看出，低碳钢管（20A）只能用于工作温度低于450℃的非受热面管， 而12Cr1MoV的工作温度可以高于580℃。
牌号 温度/℃ 持久强度/MPa
表10-2 几种耐热钢的持久强度值
过去的主轴几乎都是用钢制造的，现在轻载和中 载主轴已经可用球墨铸铁制造。
2 机床齿轮类零件的选材
机床齿轮按工作条件的不同，可分为以下三类。 （1）轻载齿轮。转动速度一般都不高，大多用45钢制造，经正火或调质处理。 （2）中载齿轮。一般用45钢制造，正火或调质后，再进行高频表面淬火强化，以提高齿 轮的承载能力及耐磨性。对大尺寸齿轮，则需用40Cr等合金调质钢制造。一般机床主传动系 统及进给系统中的齿轮，大部分属于这一类。 （3）重载齿轮。对于某些工作载荷较大，特别是运转速度高又承受较大冲击载荷的齿轮 大多用20Cr，20CrMnTi等渗碳钢制造。经渗碳、淬火处理后使用。例如，变速箱中一些重要 传动齿轮等的选材。
通过对这些断裂的转子轴进行失效分析发现，这些转子轴都是采用标准的转子 钢制造的，其常规的机械性能均符合设计要求，但所有转子在工作很短时间后即发 生断裂。而根据计算，断裂时的应力并不大，都远低于材料的屈服强度，安全系数 也相当大。显然，这种断裂从常规的设计观点看是难以解释的。从断口分析发现， 断裂是由一些缺陷（如白点、焊接裂纹等）引起的，缺陷尺寸超过了根据断裂韧性 计算出来的临界裂纹尺寸。因此，从断裂力学的观点很容易解释这种断裂发生的原 因。所以必须采用缺陷很少的优质转子钢制造转子轴。
3 机床导轨
机床导轨精度对整个机床的精度有很大的影响，必须防止其变形和磨损，所以机床导轨通常都是选 用灰口铸铁制造，如HT200和HT350等。灰口铸铁在润滑条件下耐磨性较好，但抗磨粒磨损能力较差。 为了提高耐磨性，可以对导轨表面进行淬火处理。

5J
中间检验
13
清洗
清洗机
6
滚齿
滚齿机 13J 最终检验
7
清洗 第21页清/共洗4机2页
任务3 典型汽车零件的选材及工艺分析
1. 齿 轮
齿（
轮
的 典 型 工 艺 过 程
） 不 同 生 产 类 型 中
，
3
齿轮加工工艺过程虽归纳
①毛坯加工； ②基准面(齿轮内孔及端面或轴齿轮端面及中心孔)的加工； ③外表面及其他表面的加工； ④轮齿的粗、精加工； ⑤热处理； ⑥修复定位基准面及精加工装配基准面(内孔及端面、轴颈、花 键等)； ⑦必要时对轮齿进行热处理后的精加工； ⑧主要工序后，对工件清洗、中间检验和最终检验。
采用木模铸件 、手工造型、自 由锻件等。毛坯 精度低、余量大
工艺文件简单 ，只有工艺过程 卡
任务2 零件的选材与失效分析
1. 零件选材的原则
（1）实用性原则
实用性是保证零件完成规定功能的必要条件，一般首 先考虑。实用性包括力学性能、物理性能和化学性能等， 对一般机械零件，主要考虑力学性能。
（2）工艺性原则
第8页/共42页
任务2 零件的选材与失效分析
2. 零件的失效与选材分析
1 塑性变形
（2） 2
弹性失稳
失效
3
蠕变断裂
的形
4
磨损
式及
5 快速断裂
分类
6 疲劳断裂
7
应力腐蚀断裂
第9页/共42页
图11-1 疲劳断口的宏观形貌
任务2 零件的选材与失效分析
2. 零件的失效与选材分析
（2） 失效 的形 式及 分类
工序号 1 2 3 4 5 5J 6 7 8 9 9J

当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗拉 强度相差很小，但屈强比差别较大。65钢为0.7，60Si2Mn钢为 0.75、50CrVA钢为0.9。屈强比高，弹簧可承受更高的应力。
(2) 高的疲劳强度 弯曲疲劳强度σ-1和扭转疲劳强度τ-1越大，则
从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们经表面 强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足 使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经济上也较合理，所以 是比较理想的材料。
5 典型齿轮选材举例
一、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 作平稳无强烈冲击。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)。
典型零件选材原则与工艺路线 设计
使用性能原则
一、机械零件正确选材的使用性能原则
使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物 理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构件，则主要是机械性能。 对一些特殊条件下工作的零件，则必须根据要求考虑到材料的物理、 化学性能。材料的使用性能应满足使用要求。
材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状 态有关。
材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件 尺寸与手册中试样尺寸的差别，进行适当的修正。
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。
工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材必须考虑的问
题。
1. 性能要求不高的一般金属零件选材的工艺路线 毛坯正火或退火切削加工零件。
以C620车床主轴为例进行选材。
该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高， 冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但 大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较 高的硬度和耐磨性。