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1、第十二章第十二章材料的机械性能材料的机械性能机械零件的选材与失效分析机械零件的选材与失效分析2021/9/232021/9/231 1第一节第一节金属材料的性能金属材料的性能n n金属材料的性能包含工艺性能和使用性能两方面。工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，即指其铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能；使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括力学性能、物理和化学性能。2021/9/232021/9/232 2一一.金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能1.铸造性能n n金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。202
2、1/9/232021/9/233 3流动性n n熔融金属的流动能力称为流动性。流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。2021/9/232021/9/234 4收缩性n n铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。故铸造用金属材料的收缩率越小越好。2021/9/232021/9/235 5偏析n n金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。2021/9/232021/9/236 62.锻造性能n n
3、金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。2021/9/232021/9/237 73.焊接性能n n金属材料对焊接加工的适应性称焊接性。碳含量和合金元素含量越高,焊接性能越差。2021/9/232021/9/238 84.切削加工性能n n切削加工性能一般用切削后的表面质切削加工性能一般用切削后的表面质量量(以表面粗糙度高低衡量以表面粗糙度高低衡量)和刀具寿和刀具寿命来表示。金属材料具有适当的硬度命来表示。金属材料具有适当的硬度(170HBS(170HBS230HBS)230HBS)和足够的脆性时和足
4、够的脆性时切削性良好。改变钢的化学成分切削性良好。改变钢的化学成分(如加如加入少量铅、磷等元素入少量铅、磷等元素)和进行适当的热和进行适当的热处理处理(如低碳钢进行正火，高碳钢进行如低碳钢进行正火，高碳钢进行球化退火球化退火)可提高钢的切削加工性能。可提高钢的切削加工性能。铜有良好的切削加工性能。铜有良好的切削加工性能。2021/9/232021/9/239 95.热处理工艺性能n n钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性,即钢接受淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性比较好,碳钢的淬透性较差。铝合金的热处理要求较严。铜合金只有几种可以用热处理强化。2021/9/232021/9/
5、231010二二.金属材料的机械性能金属材料的机械性能n n金属材料的机械性能，即是指金属材料在外力（载荷）作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。n n1.强度n n2.塑性n n3.硬度2021/9/232021/9/2311111）布氏硬度（HB)n n一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径,计算硬度值。布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。用符号HBS(当用钢球压头时)或HBW(当用硬质合金球时)来表示.2021/9/232021/9/2312122）洛氏硬度(HRA、HRB、HRC
6、)n n将金刚石压头将金刚石压头(或钢球压头或钢球压头),),在先后在先后施加两个载荷施加两个载荷(预载荷预载荷F F0 0和总载荷和总载荷F F)的作用下压入金属表面。总载荷的作用下压入金属表面。总载荷F F为为预载荷预载荷F F0 0和主载荷和主载荷F F1 1之和。卸去主载之和。卸去主载荷荷F F1 1后后,测量其残余压入深度测量其残余压入深度h,h,用用h h与与h h0 0之差之差h h来计算洛氏硬度值。来计算洛氏硬度值。h h 越大越大,表示材料硬度越低表示材料硬度越低,实际测量实际测量时硬度可直接从洛氏硬度计表盘上读时硬度可直接从洛氏硬度计表盘上读得。根据压头的种类和总载荷的大小
7、得。根据压头的种类和总载荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有洛氏硬度常用的表示方式有HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三种。三种。2021/9/232021/9/231313洛氏硬度测量原理图2021/9/232021/9/2314144.冲击韧度（ak）n n许多机械零件和工具在工作中,往往要受到冲击载荷的作用,如活塞销、锤杆、冲模和锻模等，材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功,用符号Ak表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积S0,即得到材料的冲击韧度 ak。2021/9/232021/9/231515冲击试样2021/9/232021
8、/9/2316165.疲劳强度n n 轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等零件，在工轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等零件，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力力(也称循环应力也称循环应力)。在交变应力作用下，虽。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。材料承受完全断裂的过程称为金属的疲劳。材料承受的交变应力的交变应力()与
9、材料断裂前承受交变应力与材料断裂前承受交变应力的循环次数的循环次数(N)(N)之间的关系可用疲劳曲线来之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属承受的交变应力越大表示。金属承受的交变应力越大,则断裂时则断裂时应力循环次数应力循环次数N N越少。当应力低于一定值时越少。当应力低于一定值时,试样可以经受无限周期循环而不破坏试样可以经受无限周期循环而不破坏,此应此应力值称为材料的疲劳极限力值称为材料的疲劳极限(亦叫疲劳强度亦叫疲劳强度)，用用-1-1表示。表示。2021/9/232021/9/2317176.断裂韧性n n桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生低应力脆断，这种
10、断裂的名义会发生低应力脆断，这种断裂的名义断裂应力低于材料的屈服强度。尽管断裂应力低于材料的屈服强度。尽管在设计时保证了足够的延伸率、韧性在设计时保证了足够的延伸率、韧性和屈服强度，但仍不免破坏。究其原和屈服强度，但仍不免破坏。究其原因是构件或零件内部存在着或大或小、因是构件或零件内部存在着或大或小、或多或少的裂纹和类似裂纹的缺陷造或多或少的裂纹和类似裂纹的缺陷造成的。裂纹在应力作用下可失稳而扩成的。裂纹在应力作用下可失稳而扩展，导致机件破断。材料抵抗裂纹失展，导致机件破断。材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫断裂韧性。稳扩展断裂的能力叫断裂韧性。2021/9/232021/9/231818三三.
11、金属材料的理化性能金属材料的理化性能1.金属的物理性能2021/9/232021/9/2319191）密度n n密度小于5103kg/m3的金属称为轻金属,如铝、镁、钛及它们的合金。密度大于5103kg/m3的金属称为重金属,如铁、铅、钨等。轻金属多用于航天航空器上。2021/9/232021/9/2320202）熔点n n熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等，可以用来制造耐高温零件，如在火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。低的金属称为易熔金属如锡、铅等，可用于制造保险丝和防火安全阀零件等。2021/9/232021/9/2321213）导热性n n导热性通常用热导率来衡量。
12、热导率越大,导热性越好。金属的导热性以银为最好,铜、铝次之。合金的导热性比纯金属差：散热器、热交换器与活塞等2021/9/232021/9/2322224）导电性n n金属导电性以银为最好，铜、铝次之。合金的导电性比纯金属差。小(纯铜、纯铝)：导电零件和电线；大(如钨、钼、铁、铬、铝)：电热元件。2021/9/232021/9/2323235）热膨胀性n n金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。膨胀系数来控制其间隙尺寸；在热加工和热处理时也要考虑材料的热膨胀影响,以减少工件的变形和开裂。2021/9/232021/9/2324246）磁性n n铁磁性材料在外磁场中能强烈地被磁化，
13、如铁、钴等。n n顺磁性材料在外磁场中只能微弱地被磁化，如锰、铬等。n n抗磁性材料能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用，如铜、锌等。2021/9/232021/9/232525n n铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则用于要求避免电磁场干扰的零件和结构材料，如航海罗盘。n n铁磁性材料当温度升高到一定数值时，磁畴被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点是770。2021/9/232021/9/2326262.金属的化学性能：n n腐蚀性n n抗氧化性2021/9/232021/9/232727第二节材料选材的一般原则第二节材料选材的一般原则n n在机
14、械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。因为设计时不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且还要求材料具有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗等。2021/9/232021/9/232828一材料的机械性能：一材料的机械性能：n n在设计零件并进行选材时，应根据零在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件和损坏形式找出所选材件的工作条件和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标，查手册找出适料主要机械性能指标，查手册找出适合其性能要求的材料，这是保证零件合其性能要求的材料，这是保证零件经久耐用的先决条件。经
15、久耐用的先决条件。n n如：一些轴类零件，工作条件（受力如：一些轴类零件，工作条件（受力情况）是交变弯曲应力，扭转应力，情况）是交变弯曲应力，扭转应力，冲击负荷、磨损。主要损坏形式是疲冲击负荷、磨损。主要损坏形式是疲劳破析、过度磨损，要求的主要机械劳破析、过度磨损，要求的主要机械性能指标是屈服强度性能指标是屈服强度0.20.2，疲劳强度，疲劳强度-1-1，硬度（，硬度（HRCHRC）。）。2021/9/232021/9/232929n n在工程设计上，材料的机械性能数据在工程设计上，材料的机械性能数据一般是以该材料制成的试样进行机械一般是以该材料制成的试样进行机械性能试验测得的，它虽能表明材料
16、性性能试验测得的，它虽能表明材料性能的高低，但由于试验条件与机械零能的高低，但由于试验条件与机械零件实际工作条件有差异，即使这样，件实际工作条件有差异，即使这样，目前用此法来进行生产检验还是存在目前用此法来进行生产检验还是存在着一定的困难。着一定的困难。生产中最常用的比较生产中最常用的比较生产中最常用的比较生产中最常用的比较方便的检验性能的方法是检验硬度，方便的检验性能的方法是检验硬度，方便的检验性能的方法是检验硬度，方便的检验性能的方法是检验硬度，因为硬度的检验可以因为硬度的检验可以不破坏零件，而不破坏零件，而不破坏零件，而不破坏零件，而且硬度与其它机械性能之间存在一定且硬度与其它机械性能之
17、间存在一定且硬度与其它机械性能之间存在一定且硬度与其它机械性能之间存在一定关系。关系。关系。关系。因此零件图纸上一般以硬度作因此零件图纸上一般以硬度作为主要的热处理技术条件。为主要的热处理技术条件。2021/9/232021/9/233030二二.材料的工艺性能：材料的工艺性能：n n用金属材料制造零件的基本加工方法，通常有下列四种：铸造、压力加工、焊接和机械加工。热处理是作为改善机械加工性和使零件得到所要求的性能而安排在有关工序之间。n n材料的工艺性能的好坏对零件加工生产有直接的影响。2021/9/232021/9/233131几种重要的工艺性能如下：n n铸造性能：包括流动性、收缩、偏析
18、、吸气铸造性能：包括流动性、收缩、偏析、吸气性等。性等。n n锻造性能：包括可锻性（塑性与变形抗力的锻造性能：包括可锻性（塑性与变形抗力的综合）、抗氧化性、冷镦性、锻后冷却要求综合）、抗氧化性、冷镦性、锻后冷却要求等。等。n n机械加工性：包括光洁度，切削加工性等。机械加工性：包括光洁度，切削加工性等。n n焊接性能：包括形成冷裂或热裂的倾向、形焊接性能：包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向等。成气孔的倾向等。n n热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向。过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向。2021/9/2
19、32021/9/233232n n一般说来，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般零件工作条件的要求，因此碳钢的用途较广，但它的强度还不够高，淬透性较差。所以，制造大截面、形状复杂和高强度的淬火零件，常选用合金钢，因为合金钢淬透性好，强度高。可是合金钢的锻造、切削加工等工艺性能较差。2021/9/232021/9/233333三三.材料的经济性材料的经济性n n在满足使用性能的前提下，选用零件在满足使用性能的前提下，选用零件材料时还应注意降低零件的总成本。材料时还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（零件的总成本包括材料本身的价格和与生产有关的其它一切费
20、用）。和与生产有关的其它一切费用）。n n在金属材料中，碳钢和铸铸铁的价格在金属材料中，碳钢和铸铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢的铸铁（尤其性能的前提下选用碳钢的铸铁（尤其是球墨铸铁），不仅具有较好的加工是球墨铸铁），不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。（低合工艺性能，而且可降低成本。（低合金钢由于强度比碳钢高，总的经济效金钢由于强度比碳钢高，总的经济效益比较显著，有扩大使用的趋势。）益比较显著，有扩大使用的趋势。）2021/9/232021/9/233434n n此外，所选钢铁中应尽量少而集中，以便采购和管理。n n总之，
21、作为一个设计人员，选材时必须从实际出发，全局考虑机械性能、工艺性和经济性等方向问题。2021/9/232021/9/233535第三节第三节零件热处理工艺零件热处理工艺选择选择2021/9/232021/9/233636一热处理技术条件的标注热处理技术条件的标注n n热处理零件一般在图纸上都以硬度作热处理零件一般在图纸上都以硬度作为热处理技术条件，对于渗碳的零件为热处理技术条件，对于渗碳的零件则还应标注渗碳深度。某些要求性能则还应标注渗碳深度。某些要求性能较高的零件则还需标注其它机械性能较高的零件则还需标注其它机械性能指标。指标。n n此外，在标注硬度的同时要写出相应此外，在标注硬度的同时要写
22、出相应的热处理工艺名称，如调质、淬火回的热处理工艺名称，如调质、淬火回火、高频淬火等，在标注硬度范围时，火、高频淬火等，在标注硬度范围时，其波动范围为其波动范围为HRCHRC在在5 5个单位左右，个单位左右，HBHB在在20204040个单位左右。个单位左右。n n采用不同热处理方法时，图纸上的标采用不同热处理方法时，图纸上的标注方法不同。注方法不同。2021/9/232021/9/233737n n对于整体热处理时，热处理技术条件大多标注在零件图纸的上方.n n对于局部热处理的，热处理技术条件直接标注在需要局部热处理的部位，并用细实线标明处理位置，当然对于渗碳零件，还应标注渗碳层深度。202
23、1/9/232021/9/233838二热处理与切削加工性的关热处理与切削加工性的关系系n n材料的切削加工性的好坏，经常用材料被切材料的切削加工性的好坏，经常用材料被切削的难易程度、材料被切削后的表面光洁度削的难易程度、材料被切削后的表面光洁度以及刀具寿命等几方面情况来衡量。以及刀具寿命等几方面情况来衡量。n n实践证明，在切削加工时，为了不致发生实践证明，在切削加工时，为了不致发生“粘刀粘刀”现象和使刀具严重磨损，通过金相组现象和使刀具严重磨损，通过金相组织控制钢的硬度范围是必要的，为了使钢具织控制钢的硬度范围是必要的，为了使钢具有良好的切削加工性，一般希望硬度控制在有良好的切削加工性，一
24、般希望硬度控制在HB170230HB170230，调低状态的中碳钢为了改善，调低状态的中碳钢为了改善表面光洁度可将硬度提高到表面光洁度可将硬度提高到HB250HB250，但将，但将使普通刀具受到严重磨损。使普通刀具受到严重磨损。2021/9/232021/9/233939三三.热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性2021/9/232021/9/234040第四节第四节工程材料的应用工程材料的应用2021/9/232021/9/234141n n熟悉工程材料在汽车、机床上的应用情况，一般了解工程材料在仪器仪表、等典型设备装置上的应用情况。2021/9/232021/9/234242一一.
25、汽车用材汽车用材n n汽车用材以金属材料为主，塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料也占有一定比例。2021/9/232021/9/2343431.汽车用金属材料汽车用金属材料n n汽车主要结构可分为四部分：汽车主要结构可分为四部分：n n(1)(1)发动机发动机 提供动力，由缸体、缸盖、提供动力，由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴及配气、燃料供给、活塞、连杆、曲轴及配气、燃料供给、润滑、冷却等系统组成。润滑、冷却等系统组成。n n(2)(2)底盘底盘 包括传动系包括传动系(离合器、变速离合器、变速箱、后桥等箱、后桥等)、行驶系、行驶系(车架、车轮等车架、车轮等)、转向系转向系(方向盘、转向蜗杆等方向盘、转
26、向蜗杆等)和制动和制动系系(油泵或气泵、刹车片等油泵或气泵、刹车片等)。n n(3)(3)车身车身 驾驶室、货箱等。驾驶室、货箱等。n n(4)(4)电气设备电气设备 电源、起动、点火、照电源、起动、点火、照明、信号、控制等。明、信号、控制等。2021/9/232021/9/234444汽车发动机和传动系示意图2021/9/232021/9/2345451）缸体和缸盖n n缸体材料应满足下列要求：有足够的缸体材料应满足下列要求：有足够的强度和刚度；良好的铸造性和切削性；强度和刚度；良好的铸造性和切削性；价格低廉。缸体常用的材料有灰口铸价格低廉。缸体常用的材料有灰口铸铁和铝合金两种。铁和铝合金两
27、种。n n缸盖应选用导热性好、高温机械强度缸盖应选用导热性好、高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良高、能承受反复热应力、铸造性能良好的材料来制造。目前使用的缸盖材好的材料来制造。目前使用的缸盖材料有两种：一是灰铸铁或合金铸铁；料有两种：一是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。另一种是铝合金。2021/9/232021/9/2346462）缸套n n气缸工作面用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其它耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。2021/9/232021/9/2347473
28、）活塞、活塞销和活塞环n n活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组，活塞组在活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组，活塞组在工作中受周期性变化的高温、高压燃气工作中受周期性变化的高温、高压燃气(温度最高可温度最高可达达20002000，压力最高可达，压力最高可达13MPa13MPa15MPa)15MPa)作用，作用，并在气缸内作高速往复运动并在气缸内作高速往复运动(平均速度一般为平均速度一般为9m/s9m/s13m/s)13m/s)，产生很大的惯性载荷。对活塞材料的要求，产生很大的惯性载荷。对活塞材料的要求是热强度高、导热性好、膨胀系数小、密度小是热强度高、导热性好、膨胀系数小、密度小,减摩减摩性
29、、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。常用的活塞材料性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。常用的活塞材料是铝硅合金。是铝硅合金。n n活塞销材料一般用活塞销材料一般用2020低碳钢或低碳钢或20Cr20Cr、18CrMnTi18CrMnTi等低等低碳合金钢。活塞销外表面应进行渗碳或氰化处理，以碳合金钢。活塞销外表面应进行渗碳或氰化处理，以满足外表面硬而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。满足外表面硬而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。活塞环用合金铸铁或球墨铸铁，经表面处理。镀多孔活塞环用合金铸铁或球墨铸铁，经表面处理。镀多孔性铬后可使环的工作寿命提高性铬后可使环的工作寿命提高2 23 3倍。其它表面处理倍。其它表
30、面处理的方法有喷钼、磷化、氧化、涂合成树脂等。的方法有喷钼、磷化、氧化、涂合成树脂等。2021/9/232021/9/2348484）连杆n n连杆连接活塞和曲轴，作用是将活塞的往复连杆连接活塞和曲轴，作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个很复杂的应力状态下工作。它既受交变的个很复杂的应力状态下工作。它既受交变的
31、拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。连杆的工作条形式是疲劳断裂和过量变形。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的刚性和韧性。连杆材料一又要求具有足够的刚性和韧性。连杆材料一般采用般采用4545钢、钢、40Cr40Cr或或40MnB40MnB等调质钢。等调质钢。2021/9/232021/9/2349491小头与连杆的过渡处小头与连杆的过渡处2连杆中间连杆中间3大头与连杆的过渡处大头与连杆的过渡处连杆上的三个高应力区域连杆上的三个高应力区域2021/9/232021
32、/9/2350505）气门n n气门工作时，需要承受较高的机械负荷和热气门工作时，需要承受较高的机械负荷和热负荷，排气门工作温度高达负荷，排气门工作温度高达650650850850。气门头部还承受气压力及落座时因惯性力而气门头部还承受气压力及落座时因惯性力而产生的相当大的冲击。气门经常出现的故障产生的相当大的冲击。气门经常出现的故障有：气门座扭曲、气门头部变形、气门座面有：气门座扭曲、气门头部变形、气门座面积碳时引起燃烧废气对气门座面强烈地烧蚀。积碳时引起燃烧废气对气门座面强烈地烧蚀。气门材料应选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。气门材料应选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。进气门一般可用进气门一般可用40C
33、r40Cr、35CrMo35CrMo、38CrSi38CrSi、42Mn2V42Mn2V等合金钢制造等合金钢制造,而排气门则要求用而排气门则要求用高铬耐热钢（如高铬耐热钢（如4Cr9Si24Cr9Si2、4Cr10Si2Mo)4Cr10Si2Mo)制制造。造。2021/9/232021/9/2351516）汽车半轴n n汽车半轴在工作时主要承受扭转力矩汽车半轴在工作时主要承受扭转力矩和反复变曲以及一定的冲击载荷。在和反复变曲以及一定的冲击载荷。在通常情况下，半轴的寿命主要取决于通常情况下，半轴的寿命主要取决于花键齿的抗压陷和耐磨损性能，但断花键齿的抗压陷和耐磨损性能，但断裂现象也不时发生。要求
34、半轴材料具裂现象也不时发生。要求半轴材料具有高的抗弯强度、疲劳强度和较好的有高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。汽车半轴是要求综合机械性能韧性。汽车半轴是要求综合机械性能较高的零件，通常选用调质钢制造。较高的零件，通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用中、小型汽车的半轴一般用4545钢、钢、40Cr,40Cr,而重型汽车用而重型汽车用40MnB40MnB、40CrNi40CrNi或或40CrMnMo40CrMnMo等淬透性较高的合金钢等淬透性较高的合金钢制造。制造。2021/9/232021/9/2352521突缘与杆部相连部位突缘与杆部相连部位2花键与杆部相连部位花键与杆部相连部位3花
35、键端花键端半轴易损坏部位示意图半轴易损坏部位示意图2021/9/232021/9/2353537)车身、纵梁、档板等冷冲压零件n n在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50%60%。汽车冷冲压零件用的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板，如钢板08、20、25和16Mn等2021/9/232021/9/2354542.汽车用塑料汽车用塑料n n1）内饰用塑料n n内饰用主要塑料品种为聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和ABS等。内饰塑料制品，主要有：座垫、仪表板、扶手、头枕、门内衬板、顶棚衬里、地毯、控制箱、转向盘等。2021/9/232021/
36、9/2355552）汽车用工程塑料n n（1）聚丙烯n n主要用于通风采暖系统、发动机的某些配件以及外装件，如真空助推器，汽车转向盘、仪表板、前、后保险杠、加速踏板、蓄电池壳、空气滤清器、冷却风扇、风扇护罩、散热器格栅、转向机套管、分电器盖、灯壳、电线覆皮等。2021/9/232021/9/235656真空助推器真空助推器2021/9/232021/9/235757n n（2）聚乙烯）聚乙烯n n可用于制造汽油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储罐以及衬板。聚乙烯在汽车上最重要的用途是用于制造汽油箱。2021/9/232021/9/235858n n（3）聚苯乙烯聚苯乙烯n n主要用作各种仪表外壳、
37、灯罩及电器零件。2021/9/232021/9/235959n n（4）ABSn n制作汽车用车轮罩、保险杠垫板、镜框、控制箱、手柄、开关喇叭盖、后端板、百叶窗、仪表板、控制板、收音机壳、杂物箱、暖风壳等。2021/9/232021/9/236060n n（5）聚酰胺聚酰胺(尼龙尼龙)n n可用于制造燃油滤清器、空气滤清器、机油滤清器、正时齿轮、水泵壳、水泵叶轮、风扇、制动液罐、动力转向液罐、雨刷器齿轮、前大灯壳、百叶窗、轴承保持架、保险丝盒、速度表齿轮等。2021/9/232021/9/236161n n（6）聚甲醛）聚甲醛(POM)n n主要用来制作各种阀门，如排水阀门、空调器阀门；各种叶
38、轮，如水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵叶轮；轴套及衬套如行星齿轮和半轴垫片、钢板弹簧吊耳衬套；轴承保持架等机能结构件，各种电器开关及电器仪表上的小齿轮，各种手柄及门销等。2021/9/232021/9/236262n n（7）饱和聚酯）饱和聚酯n n饱和聚酯有PBT(对苯二甲酸丁二醇酯)和PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。制造后窗通风格栅、车尾板通风格栅、前档泥板延伸部分、灯座、车牌支架等车身部件，分电器盖、点火线圈架、开关、插座等电器零件，冷却风扇、雨刷器杆、油泵叶轮和壳体、镜架、各种手柄等机能结构件。2021/9/232021/9/2363633）汽车外装及结构件用纤维增强塑料复合材料n n汽车上
39、常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料，可用于制造汽车顶棚、空气导流板、前灯壳、发动机罩、挡泥板、后端板、三角窗框、尾板等外装件。用碳纤维增强塑料复合材料制成的汽车零件，还有传动轴、悬挂弹簧、保险杠、车轮、转向节、车门、座椅骨架、发动机罩、格栅、车架等。2021/9/232021/9/2364643.汽车用橡胶汽车用橡胶n n汽车的主要橡胶件是轮胎，此外还有各种橡胶软管、密封件、减震垫等。生胶是轮胎最重要的原材料，轿车轮胎以合成橡胶为主，而载重轮胎以天然橡胶为主。2021/9/232021/9/2365654.汽车用陶瓷材料汽车用陶瓷材料n n汽车发动机火花塞采用Al2O3制造。日本、美国绝热
40、发动机上采用工程陶瓷，如日野汽车公司开发的陶瓷复合发动机系统，该发动机气缸套、活塞等燃烧室件中有40%左右是陶瓷件。使用的陶瓷有ZrO2、Si3N4等。采用Si3N4制造气阀头、活塞顶、气缸套、摇臂镶块、气门挺杆等。2021/9/232021/9/236666二二.机床用材机床用材2021/9/232021/9/2367671.机身、底座用材机身、底座用材n n机身、机床底座、油缸、导轨、齿轮箱体、机身、机床底座、油缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等大型零件以及其它一些如牛头刨床轴承座等大型零件以及其它一些如牛头刨床的滑枕、皮带轮、导杆、摆杆、载物台的滑枕、皮带轮、导杆、摆杆、载物台、手、手轮、刀架
41、等零件或重量大、或形状复杂，首轮、刀架等零件或重量大、或形状复杂，首选材料为灰口铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁亦选材料为灰口铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁亦可选用，它们成本低、铸造性好、切削加工可选用，它们成本低、铸造性好、切削加工性优异、对缺口不敏感、减震性好，有良好性优异、对缺口不敏感、减震性好，有良好的耐磨性，非常适合铸造，常使用的灰口铸的耐磨性，非常适合铸造，常使用的灰口铸铁是：铁是：HT150HT150、HT200HT200及孕育铸铁及孕育铸铁HT250HT250、HT300HT300、HT350HT350、HT400HT400等。常使用的球墨等。常使用的球墨铸铁为：铸铁为：QT400QT400
42、1717、QT420QT4201010、QT500QT5005 5、QT600QT6002 2、QT700QT7002 2、QT800QT8002 2。2021/9/232021/9/2368682.机床齿轮用材机床齿轮用材n n开式齿轮传动可选用开式齿轮传动可选用HT250HT250、HT300HT300和和HT400HT400，和铸铁的大齿轮互相啮合，和铸铁的大齿轮互相啮合的小齿轮也可用的小齿轮也可用Q235Q235、Q255Q255制造。制造。n n闭式齿轮多采用闭式齿轮多采用4040、4545钢（正火或调钢（正火或调质处理）制造。高速、重载或受强烈质处理）制造。高速、重载或受强烈冲击的
43、闭式齿轮，宜采用冲击的闭式齿轮，宜采用40Cr40Cr（调质）（调质）或或20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi（渗碳、淬火、（渗碳、淬火、低温回火）钢。不重要的闭式齿轮可低温回火）钢。不重要的闭式齿轮可使用使用Q255Q255（不热处理）制造。球墨铸（不热处理）制造。球墨铸铁铁QT450-5QT450-5、可锻铸铁、可锻铸铁KTZ450-5KTZ450-5、KTZ500-4KTZ500-4用来制造尺寸较大或形状复用来制造尺寸较大或形状复杂的闭式传动齿轮。杂的闭式传动齿轮。2021/9/232021/9/2369693.机床轴类零件用材机床轴类零件用材n n一般采用45钢（调质）制
44、造轴件。不重要的或低载的轴可以采用Q235、Q255等钢制造。承受重载，且要求直径小或要求提高轴颈耐磨性的轴，可用40Cr等调质钢或20Cr等渗碳钢，整体与轴颈应进行相应的热处理。可用QT600-2、KTZ600-3等球墨铸铁和可锻铸铁制造曲轴和主轴。2021/9/232021/9/237070三三.仪器仪表用材仪器仪表用材2021/9/232021/9/2371711.壳体材料壳体材料n n仪器仪表的壳体（包括面板、底盘）用材广仪器仪表的壳体（包括面板、底盘）用材广泛，有低碳结构钢（如泛，有低碳结构钢（如Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235），铬不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢），铬
45、不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢（如（如1Cr131Cr13、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti），铝），铝（工业纯铝（工业纯铝L5L5及防锈铝及防锈铝LF5LF5、LF11LF11、LF21LF21等），黄铜等），黄铜(H62(H62、H68H68等等)等。也有非金属等。也有非金属材料，如材料，如ABSABS可制造管道、储槽内衬、电机可制造管道、储槽内衬、电机外壳、仪表壳、仪表盘等。聚甲醛用作各种外壳、仪表壳、仪表盘等。聚甲醛用作各种仪表板和外壳、容器、管道等。玻璃纤维增仪表板和外壳、容器、管道等。玻璃纤维增强尼龙可制作仪表盘、玻璃纤维增强苯乙烯强尼龙可制作仪
46、表盘、玻璃纤维增强苯乙烯类树脂广泛应用于收音机壳体、磁带录音机类树脂广泛应用于收音机壳体、磁带录音机底盘、照相机壳等。玻璃纤维增强聚乙烯可底盘、照相机壳等。玻璃纤维增强聚乙烯可制作转矩变换器、干燥器壳体。制作转矩变换器、干燥器壳体。2021/9/232021/9/2372722.轴类零件用材轴类零件用材n n仪器仪表的辊子可以使用Q235等钢、聚甲醛等工程塑料制造。LY12、LY11和HAL60-1-1多用于制造重要且需要耐蚀的轴销等零件。2021/9/232021/9/2373733.凸轮与齿轮用材凸轮与齿轮用材n n1）凸轮n n多用Q235、45（调质处理）钢制造。轻载凸轮可以使用尼龙等
47、工程塑料或玻璃纤维增强尼龙等复合材料制造。2021/9/232021/9/237474n n2 2）仪器齿轮）仪器齿轮）仪器齿轮）仪器齿轮 n n可用普通碳素钢可用普通碳素钢Q275Q275（不热处理）制（不热处理）制造。造。n nQAL10-4-4QAL10-4-4、QAl11-6-6QAl11-6-6可用来制造可用来制造400400500500以下工作的齿轮。以下工作的齿轮。n nQSi3-1QSi3-1、QTi3.5QTi3.5、QTi3.5-0.2QTi3.5-0.2、QTi6-QTi6-1 1适宜制造齿轮等耐磨零件。适宜制造齿轮等耐磨零件。n nQBe2QBe2、QBe1.9QBe1
48、.9、QBe1.7QBe1.7可用于制造可用于制造钟表等仪表齿轮。钟表等仪表齿轮。n nABSABS、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛等工、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛等工程塑料也可制造仪表齿轮。程塑料也可制造仪表齿轮。2021/9/232021/9/237575n n3)蜗轮、蜗杆n nQAl11-6-6可用来制造500以下工作的蜗轮。n n硅青铜QSi3-1亦可用来制造蜗轮、蜗杆。n n聚碳酸酯等工程塑料可制造轻载蜗轮、蜗杆。2021/9/232021/9/237676第五节材料的失效n n定义n n分类n n失效的基本因素2021/9/232021/9/237777失效概念及举例n n失效主要指某零件于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能。n n失效导致严重事故2021/9/232021/9/237878失效的分类2021/9/232021/9/237979失效的基本因素n n设计因素n n制造(工艺)因素n n安装调试因素n n材质因素n n运转维修因素2021/9/232021/9/238080