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1、本章主要知识：本章主要知识：第十一章第十一章 工程材料的选用工程材料的选用典型零件的选材及应用实例典型零件的选材及应用实例零件选材的一般原则和方法零件选材的一般原则和方法零件的失效形式零件的失效形式所谓失效是指：所谓失效是指：零件完全破坏，不能继续工作；零件完全破坏，不能继续工作；严重损伤，继续工作不安全；严重损伤，继续工作不安全；虽能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。虽能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。一、一、失效的概念失效的概念11.1 11.1 机械零件的失效分析机械零件的失效分析二、二、失效的形式失效的形式三、三、失效的原因失效的原因四、四、失效分析的方法失效分析的方法五、零
2、件工作条件、失效形式及要求的力学性能五、零件工作条件、失效形式及要求的力学性能零件零件工作条件工作条件失效形式失效形式要求的力学性能要求的力学性能应力种类应力种类载荷性质载荷性质其它其它普通紧固普通紧固螺栓螺栓拉、剪应力拉、剪应力静静过量变形、断过量变形、断裂裂强度、塑性强度、塑性传动轴传动轴弯、扭应力弯、扭应力循环、冲击循环、冲击轴颈处摩擦，轴颈处摩擦，振动振动疲劳破坏、过疲劳破坏、过量变形、轴颈量变形、轴颈处磨损处磨损综合力学性能综合力学性能传动齿轮传动齿轮压、弯应力压、弯应力循环、冲击循环、冲击强烈摩擦，强烈摩擦，振动振动磨损、疲劳麻磨损、疲劳麻点、齿折断点、齿折断表面高硬度及疲表面高硬
3、度及疲劳极限，心部较劳极限，心部较高强度、韧性高强度、韧性弹簧弹簧扭应力（螺扭应力（螺旋簧）弯应旋簧）弯应力（板簧）力（板簧）循环、冲击循环、冲击振动振动弹性丧失、疲弹性丧失、疲劳破坏劳破坏弹性极限、屈强弹性极限、屈强比、疲劳极限比、疲劳极限油泵柱塞油泵柱塞副副压应力压应力循环、冲击循环、冲击摩擦，油的摩擦，油的腐蚀腐蚀磨损磨损硬度、抗压强度硬度、抗压强度冷作模具冷作模具复杂应力复杂应力循环、冲击循环、冲击强烈摩擦强烈摩擦磨损、脆断磨损、脆断硬度、足够的强硬度、足够的强度、韧性度、韧性压铸模压铸模复杂应力复杂应力循环、冲击循环、冲击高温高温热疲劳、脆断、热疲劳、脆断、磨损磨损高温强度、抗热高温
4、强度、抗热疲劳性、足够的疲劳性、足够的韧性与热硬性韧性与热硬性1 1、材料的最终性能应满足零件的技术要求、材料的最终性能应满足零件的技术要求一、零件选材的一般原则一、零件选材的一般原则11.2 11.2 零件选材的一般原则和方法零件选材的一般原则和方法1 1）通常以）通常以b b(0.20.2)作为零件的设计强度指标。作为零件的设计强度指标。b b(0.20.2)愈高，机器愈轻，寿命愈长；愈高，机器愈轻，寿命愈长；2 2）塑性指标（）塑性指标（、）不能直接用于设计计算，）不能直接用于设计计算，它的主要作用是增加零件抗过载能力（如应力集它的主要作用是增加零件抗过载能力（如应力集中），提高零件的安
5、全性；中），提高零件的安全性；3 3）硬度（）硬度（HRCHRC、HBSHBS）作为加工工艺的最终检验指）作为加工工艺的最终检验指标。标。2 2、材料的工艺性能良好、材料的工艺性能良好（1 1）铸造性能的比较）铸造性能的比较（2 2）锻造性能的比较）锻造性能的比较 低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢较差；低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢较差；低合金钢可锻性近于中碳钢，高合金钢的较差；低合金钢可锻性近于中碳钢，高合金钢的较差；铝合金：因锻造温度范围窄，可锻性并不很好；铝合金：因锻造温度范围窄，可锻性并不很好；铜合金的可锻性一般较好。铜合金的可锻性一般较好。（3 3）焊接性能的比较）焊接性能的比较铜合金
6、和铝合金的焊接性能较差；铜合金和铝合金的焊接性能较差；灰口铸铁基本上不能焊；灰口铸铁基本上不能焊；低碳钢和碳含量低于低碳钢和碳含量低于0.180.18的合金钢有较好的焊接的合金钢有较好的焊接性能，碳含量大于性能，碳含量大于0.450.45的碳钢和碳含量大于的碳钢和碳含量大于0.350.35的合金钢的焊接性能较差。碳含量和合金元素含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。量越高，焊接性能越差。（4 4）切削加工性能比较）切削加工性能比较3 3、充分考虑经济性、充分考虑经济性常用金属材料的相对价格常用金属材料的相对价格材材 料料相对相对价格价格材材 料料相对相对价格价格碳素
7、结构钢碳素结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢易切钢易切钢合金结构钢（铬合金结构钢（铬-镍镍除外）除外）铬镍合金结构钢铬镍合金结构钢滚动轴承钢滚动轴承钢碳素工具钢碳素工具钢低合金工具钢低合金工具钢高速钢高速钢硬质合金硬质合金1 11.1.25252.2.3 31.51.51.1.7 75 53 31.1.6 63-43-416-2016-20150-150-200200铬不锈钢铬不锈钢铬镍不锈钢铬镍不锈钢普通黄铜普通黄铜锡青铜、铝青铜锡青铜、铝青铜灰铸铁件灰铸铁件球墨铸铁件球墨铸铁件可锻铸铁件可锻铸铁件碳素铸钢件碳素铸钢件铸造铝合金、铜合金铸造铝合金、铜合金铸
8、造锡基轴承合金铸造锡基轴承合金铸造铅基轴承合金铸造铅基轴承合金1 113-1713-1719190.60.60.70.70.70.72.5-32.5-38-108-1023231010常用热处理的相对加工费用常用热处理的相对加工费用热处理方法热处理方法相对加工相对加工费用费用热处理方法热处理方法相对加工费用相对加工费用退火（电炉）退火（电炉）调质调质2.52.5球化退火球化退火.8.8盐浴炉淬火及回火盐浴炉淬火及回火刀刀具具、模模具具6-7.56-7.5正火（电炉）正火（电炉）结结构构零零件件3 3渗碳淬火渗碳淬火回火回火冷处理冷处理3 3氮化氮化3 3高频感应加热淬火高频感应加热淬火按淬火长
9、度计算，按淬火长度计算，一般比渗碳淬火一般比渗碳淬火价廉价廉二、零件选材的一般方法二、零件选材的一般方法11.3 11.3 典型零件的选材及应用实例典型零件的选材及应用实例3.代表性零、部代表性零、部件件材料牌号材料牌号使用性能使用性能要求要求主要失效形式主要失效形式热处理及其它热处理及其它纵梁、横梁、纵梁、横梁、传动轴传动轴（4000s4000s-1-1）、）、保险柜、钢圈保险柜、钢圈等等2525、Q345Q345钢板等钢板等强度、刚强度、刚度、韧性度、韧性弯曲、扭斜、铆弯曲、扭斜、铆钉、松动、断裂钉、松动、断裂要求用冲压性能好要求用冲压性能好的优质钢板的优质钢板前桥（前轴）前桥（前轴）转向
10、节臂（羊转向节臂（羊角）、半轴等角）、半轴等 调质钢调质钢 4545、4OCr4OCr、40MnB 40MnB 强度、韧强度、韧性、疲劳性、疲劳抗力抗力 弯曲变形、扭转弯曲变形、扭转变形、断裂变形、断裂模锻成形、调质处模锻成形、调质处理、圆角滚压、无理、圆角滚压、无损探伤损探伤变速箱齿轮、变速箱齿轮、后桥齿轮等后桥齿轮等渗碳钢渗碳钢2OCrMnTi2OCrMnTi、30CrMnTi30CrMnTi、20MnTIB20MnTIB、12CrZNi412CrZNi4等等强度、耐强度、耐磨性、接磨性、接触疲劳抗触疲劳抗力、及断力、及断裂抗力裂抗力麻点、剥落、齿麻点、剥落、齿面过量磨损、变面过量磨损、变
11、形、断齿形、断齿渗碳（渗碳层深度渗碳（渗碳层深度0.8nm0.8nm以上）、淬火、以上）、淬火、回火，表面硬度回火，表面硬度58586 2HRC 6 2HRC 变速器壳体、变速器壳体、离合器壳体离合器壳体灰口铸铁灰口铸铁HT200 HT200 刚度、尺刚度、尺寸稳定性、寸稳定性、一定强度一定强度 产生裂纹、轴承产生裂纹、轴承孔磨损孔磨损 去应力退火去应力退火 汽车底盘零、部件用材概况汽车底盘零、部件用材概况 代表性零、代表性零、部件部件材料牌号材料牌号使用性能使用性能要求要求主要失效形式主要失效形式热处理及其它热处理及其它后桥壳体等后桥壳体等可锻铸件可锻铸件 KT KT 3 5 03 5 01
12、010、球、球墨铸铁墨铸铁 QT400QT4001010同上同上弯曲、断裂弯曲、断裂后桥还可用优质后桥还可用优质钢板冲压后焊成钢板冲压后焊成或用铸钢或用铸钢钢板弹簧等钢板弹簧等弹簧钢弹簧钢:65Mn:65Mn 60Si2Mn60Si2Mn55SiMnVB55SiMnVB耐疲劳、耐疲劳、冲击和腐冲击和腐蚀蚀 折断、弹性减折断、弹性减退、弯度减小退、弯度减小淬火、中温回火、淬火、中温回火、喷丸强化喷丸强化驾驶室、车驾驶室、车箱、罩等箱、罩等钢板钢板0808、2020刚度、尺刚度、尺寸稳定性寸稳定性变形、开裂变形、开裂冲压成形冲压成形分泵活塞、分泵活塞、油管油管有色金属、铝合有色金属、铝合金、紫铜金
13、、紫铜耐磨性、耐磨性、强度强度磨损、开裂磨损、开裂汽车底盘零、部件用材概况汽车底盘零、部件用材概况 汽车发动机零、部件用材概况汽车发动机零、部件用材概况代表性零、代表性零、部件部件材料牌号材料牌号使用性能要求使用性能要求主要失效形主要失效形式式热处理及其它热处理及其它缸体、缸缸体、缸盖、飞轮、盖、飞轮、正时齿轮正时齿轮灰口铸铁灰口铸铁HT200HT200刚度、强度、尺刚度、强度、尺寸稳定性寸稳定性产生裂纹、产生裂纹、孔臂磨损、孔臂磨损、翘曲变形翘曲变形不处理或去应力不处理或去应力退火。也可用退火。也可用ZL ZL 4 4 铝合金做缸体铝合金做缸体缸盖，固溶处理缸盖，固溶处理后时效后时效缸套、排
14、缸套、排气门座等气门座等ZG35ZG35耐磨性、耐热性耐磨性、耐热性过量磨损过量磨损铸造状态铸造状态曲轴等曲轴等球墨铸铁球墨铸铁QT6002QT6002刚度、强度、耐刚度、强度、耐磨性、疲劳抗力磨性、疲劳抗力过量磨损、过量磨损、断裂断裂表面淬火、圆角表面淬火、圆角滚压、氮化，也滚压、氮化，也可以用锻钢件可以用锻钢件活塞销等活塞销等渗碳钢渗碳钢 2 2 0 0、2 0Cr2 0Cr、18CrMnTi18CrMnTi12Cr2Ni412Cr2Ni4强度、冲击强度、冲击性、耐磨性性、耐磨性韧韧磨损、变形、磨损、变形、断裂断裂渗碳、淬火、回渗碳、淬火、回火火连杆、连连杆、连杆螺栓、杆螺栓、曲轴等曲轴等
15、调质钢调质钢4545、4OCr4OCr、40MnB40MnB强度、冲击韧性、强度、冲击韧性、疲劳抗力疲劳抗力 过量变形、过量变形、断裂断裂调质、探伤调质、探伤汽车发动机零、部件用材概况汽车发动机零、部件用材概况代表性零、代表性零、部件部件材料牌号材料牌号使用性能要求使用性能要求主要失效形主要失效形式式热处理及其它热处理及其它各种轴承、各种轴承、轴瓦轴瓦轴承钢和轴承轴承钢和轴承合金合金耐磨性、疲劳耐磨性、疲劳抗力抗力磨损、剥落、磨损、剥落、烧蚀破裂烧蚀破裂不热处理（外购）不热处理（外购）排气门排气门耐热气阀钢耐热气阀钢 4Cr3Si24Cr3Si2、6Mn20Al6Mn20Al、5MoVNb5MoVNb耐热性、耐磨耐热性、耐磨性性起槽、变宽、起槽、变宽、氧化、烧蚀氧化、烧蚀淬火、回火淬火、回火汽门弹簧汽门弹簧弹簧钢弹簧钢65Mn65Mn、50CrVA50CrVA疲劳抗力疲劳抗力变形、断裂变形、断裂淬火、中温回火淬火、中温回火活塞活塞有色金属、高有色金属、高硅铝合金硅铝合金ZL108ZL108、ZLll0ZLll0耐热强度耐热强度烧蚀、变形、烧蚀、变形、断裂断裂固溶处理及时效固溶处理及时效支架、盖、支架、盖、罩、挡板、罩、挡板、油底、壳油底、壳等等钢钢 板板 Q215AQ215A、0808、2020、Q345Q345刚度、强度刚度、强度变形变形不热处理不热处理