机械工程材料：第11章 机械零件选材及加工路线分析

1第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式第二节第二节 选材的基本原则选材的基本原则第五节第五节 典型零件选材与工艺分析典型零件选材与工艺分析第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法及措施预防和控制热处理变形的方法及措施第三节第三节 热处理方案的选择及热处理技术的标注热处理方案的选择及热处理技术的标注22023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 零件失效的情况：零件失效的情况：完全破坏不能使用；完全破坏不能使用；虽然能工作但是不能满意地起到预定的作用；虽然能工作但是不能满意地起到预定的作用；损伤不严重但继续工作不安全。损伤不严重但继续工作不安全。导导致致零零件件失失效效的的主主要要原原因因冶金缺陷32023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 42023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 失效形式：失效形式：52023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 一、过量变形一、过量变形过量弹性变形过量弹性变形 除了弹簧以外，大多数零件都必须限制，要求有足够的刚度。除了弹簧以外，大多数零件都必须限制，要求有足够的刚度。如：弹性变形大的镗床镗杆无法保证精度。如：弹性变形大的镗床镗杆无法保证精度。过量塑性变形过量塑性变形 是零件失效的重要形式，轻则使机器的工作情况变坏，重则是零件失效的重要形式，轻则使机器的工作情况变坏，重则使它不能继续运行，甚至破坏。使它不能继续运行，甚至破坏。如：汽车板簧的塑性变形会使板簧弓形变小，如：汽车板簧的塑性变形会使板簧弓形变小，导致弹力不够，此时必须更换。导致弹力不够，此时必须更换。62023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 二、断裂二、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。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：防止脆断的方法：准确分析零件所受准确分析零件所受应力及应力集中的情况，选择满足强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度要求并具有一定塑性和韧性的材料。断口分析：断口分析：是断裂失效分析的核心，同是断裂失效分析的核心，同时又是断裂失效分析的向导，指引断裂时又是断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走弯路。失效分析少走弯路。72023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 不同断裂的实物比较：不同断裂的实物比较：塑性断裂塑性断裂脆性断裂脆性断裂疲劳断裂疲劳断裂82023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 不同断裂的显微特征：不同断裂的显微特征：塑性断裂断口塑性断裂断口（韧窝）（韧窝）疲劳断裂断口疲劳断裂断口脆性断裂脆性断裂a.解解理理花花样样b.冰冰糖糖花花样样92023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 三、表面损伤三、表面损伤 包括过量磨损、腐蚀破坏、疲劳麻坑等。据资料介绍，包括过量磨损、腐蚀破坏、疲劳麻坑等。据资料介绍，70%的机器是由的机器是由过量磨损过量磨损而失效的。磨损不仅消耗材料，损而失效的。磨损不仅消耗材料，损坏机器，而且耗费大量能源。坏机器，而且耗费大量能源。相互接触的一对金相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面，相对运动时金属表面不断发生损耗或属表面不断发生损耗或产生塑性变形，使金属产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变的表面状态和尺寸改变的现象称为现象称为磨损磨损。102023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 弹性极限、曲强比、疲劳强度 弹性丧失、疲劳断裂 振动循环、冲击扭应力（螺旋簧）、弯应力（板簧）弹簧表面硬度及弯曲疲劳强度、接触疲劳抗力、心部屈服强度、韧性磨损、麻点剥落、齿折断强烈摩擦、振动循环、冲击压、弯应力传动齿轮 综合力学性能疲劳破坏、过量变形、轴颈处磨损、咬蚀轴颈处摩擦、振动循环、冲击弯、扭应力传动轴 屈服强度及抗剪强度过量变形、断裂静拉、切应力普通紧固螺栓其他载荷性质应力种类要求的主要力学性能常见失效形式工作条件零件（工具）表表11-1 几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的力学性能几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的力学性能112023-2-28机械工程材料精品课程第一节第一节 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 抗压疲劳强度、冲击疲劳抗力脆断循环、冲击拉、切应力连杆疲劳强度、硬度、冲击疲劳抗力、综合力学性能磨损、咬蚀、疲劳断裂、脆断轴颈摩擦循环、冲击弯、扭应力曲轴接触疲劳抗力、硬度、耐磨性磨损、麻点剥落、疲劳断裂强烈摩擦循环、冲击压应力滚动轴承高温强度、热疲劳抗力、韧性与红硬性热疲劳、磨损、脆断高温度、摩擦、金属液腐蚀循环、冲击复杂应力压铸模硬度、足够的强度、韧性磨损、脆断强烈摩擦循环、冲击复杂应力冷作模具硬度、抗压强度磨损摩擦、油的腐蚀循环、冲击压应力油泵柱塞副续表续表11-1122023-2-28机械工程材料精品课程第二节第二节 选材的基本原则选材的基本原则 1.1.根据零件根据零件工作条件工作条件、失效形式失效形式提出合理的提出合理的抗力指标抗力指标。2.2.在满足力学性能前提下，尽量照顾在满足力学性能前提下，尽量照顾工艺性工艺性（铸、锻、焊、切（铸、锻、焊、切削加工、热处理），特别在批量生产时。削加工、热处理），特别在批量生产时。b b，HBHB，-1-1，a ak k,s s/b b,K,K1c1c等等过量变形过量变形断裂断裂表面状态、尺寸改变表面状态、尺寸改变应力状态：拉、压、弯、扭应力状态：拉、压、弯、扭载荷性质：静、冲击、交变载荷性质：静、冲击、交变工作温度：常、高、低温工作温度：常、高、低温工作介质：空气、液、腐蚀工作介质：空气、液、腐蚀抗力指标抗力指标失效形式失效形式工作条件工作条件 选材的基本原则选材的基本原则-在满足力学性能的前提下在满足力学性能的前提下,很好地考很好地考 虑材料的工艺虑材料的工艺 性和经济性性和经济性.132023-2-28机械工程材料精品课程第二节第二节 选材的基本原则选材的基本原则 3.3.充分考虑充分考虑经济性经济性：（1 1）尽量用本地可购材料；材料品种、规格尽量集中。）尽量用本地可购材料；材料品种、规格尽量集中。（2 2）考虑初始成本与附加成本（售后服务）的关系）考虑初始成本与附加成本（售后服务）的关系 1 1）初始成本）初始成本，质量，质量，附加成本，附加成本；2 2）初始成本）初始成本，质量，质量，附加成本，附加成本。142023-2-28机械工程材料精品课程第二节第二节 选材的基本原则选材的基本原则 材料的工艺性能材料的工艺性能 铸造性能铸造性能:主要指流动性、收缩性、偏析倾向、吸气性等主要指流动性、收缩性、偏析倾向、吸气性等.接近共晶成分的合金铸造性能最好接近共晶成分的合金铸造性能最好.锻造性能锻造性能:材料的塑性高材料的塑性高,变形抗力小变形抗力小,则锻造性能好则锻造性能好.焊接性能焊接性能:主要指焊缝区形成裂纹及气孔的能力主要指焊缝区形成裂纹及气孔的能力.含碳量和合金元素含量含碳量和合金元素含量,焊接性能焊接性能152023-2-28机械工程材料精品课程第二节第二节 选材的基本原则选材的基本原则 材料的工艺性能材料的工艺性能 切削加工性切削加工性:主要指允许的切削速度、切削抗力的大小、零件主要指允许的切削速度、切削抗力的大小、零件 加工后的表面粗糙度、断屑能力及刀具的耐用度加工后的表面粗糙度、断屑能力及刀具的耐用度.钢的硬度为钢的硬度为170230HB时时,其切削性能最佳。其切削性能最佳。在选用预先热处理时在选用预先热处理时,低碳钢应采用正火；低碳钢应采用正火；中碳钢应采用中碳钢应采用 正火或退火；正火或退火；高碳钢应采用球化退火高碳钢应采用球化退火。热处理工艺性热处理工艺性:主要指淬透性主要指淬透性,变形开裂倾向变形开裂倾向,过热敏过热敏 感性及氧化脱碳倾向等感性及氧化脱碳倾向等.合金钢的热处理工艺性比碳钢好合金钢的热处理工艺性比碳钢好.162023-2-28机械工程材料精品课程第二节第二节 选材的基本原则选材的基本原则 常用金属材料工艺性能比较常用金属材料工艺性能比较碳钢碳钢合金钢合金钢铸铁铸铁铸造铸造(灰铸铁灰铸铁)锻造锻造低碳钢低碳钢高碳钢高碳钢高碳高合金钢高碳高合金钢 焊接焊接低碳钢低碳钢高碳钢高碳钢 切削加工切削加工高速钢高速钢易切削钢易切削钢热处理工艺热处理工艺172023-2-28机械工程材料精品课程第三节第三节 热处理方案的选择热处理技术条件标注热处理方案的选择热处理技术条件标注 一、热处理方案的选择一、热处理方案的选择 选择热处理方案遵循的原则：选择热处理方案遵循的原则：1 1、要求综合力学性能好的零件：、要求综合力学性能好的零件：调质调质2 2、要求弹性好的零件、要求弹性好的零件 较大弹性变形量：较大弹性变形量：淬火中温回火淬火中温回火（大截面）（大截面）（弹簧钢）（弹簧钢）去应力退火去应力退火（小截面）（小截面）大弹性变形量：大弹性变形量：去应力退火去应力退火 或或淬火时效处理淬火时效处理 （铜基合金）（铜基合金）3 3、要求耐磨的零件：、要求耐磨的零件：淬火低温回火淬火低温回火4 4、要求特殊物理性能的零件：、要求特殊物理性能的零件：根据要求进行处理根据要求进行处理182023-2-28机械工程材料精品课程二、二、热处理技术条件标注热处理技术条件标注 C620车床主轴及热处理技术条件车床主轴及热处理技术条件1.1.一般标硬度：一般标硬度：无损、可直接在零件测试无损、可直接在零件测试 （注意与所选材料及组织一致）（注意与所选材料及组织一致）波动范围：波动范围：HRC 5个单位；个单位；HB 3040个单位个单位2.2.表面热处理：表面热处理：范围、深度、表面与心部硬度及组范围、深度、表面与心部硬度及组 织要求等。织要求等。第三节第三节 热处理方案的选择热处理技术条件标注热处理方案的选择热处理技术条件标注 192023-2-28机械工程材料精品课程第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施变形主要是由于热处理产生变形主要是由于热处理产生内应力内应力（热应力热应力和和组织组织应力应力）引起的。）引起的。热应力热应力：由于温度差而产生体积收缩（膨胀）量不由于温度差而产生体积收缩（膨胀）量不同所引起的内应力。同所引起的内应力。组织应力组织应力：由于组织转变而产生体积变化不同所引由于组织转变而产生体积变化不同所引起的内应力。起的内应力。202023-2-28机械工程材料精品课程第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施 结构设计要充分考虑热处理变形（甚至开裂），避结构设计要充分考虑热处理变形（甚至开裂），避 免应力集中免应力集中 1.1.避免尖角、棱角、厚薄悬殊等不合理结构；避免尖角、棱角、厚薄悬殊等不合理结构；尽量采用封闭、对称，组合等结构。尽量采用封闭、对称，组合等结构。2.2.掌握变形规律，调整加工尺寸或预留加工余量。掌握变形规律，调整加工尺寸或预留加工余量。3.3.合理安排加工工艺路线。合理安排加工工艺路线。212023-2-28机械工程材料精品课程第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施避免尖角实例避免尖角实例存在尖角、棱角时，出现淬火裂纹存在尖角、棱角时，出现淬火裂纹避免尖角、棱角后，不出现淬火裂纹避免尖角、棱角后，不出现淬火裂纹222023-2-28机械工程材料精品课程第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施建议加厚槽底建议加厚槽底开工艺孔开工艺孔危险截面危险截面攻丝凸轮及其变形情况攻丝凸轮及其变形情况232023-2-28机械工程材料精品课程第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施合理安排孔洞位置合理安排孔洞位置采用封闭结构采用封闭结构镗杆截面镗杆截面弹簧卡头弹簧卡头采用对称结构采用对称结构变不通孔为通孔变不通孔为通孔242023-2-28机械工程材料精品课程第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施采用组合结构采用组合结构合理安排工艺路线合理安排工艺路线磨床顶尖磨床顶尖45钢齿轮钢齿轮252023-2-28机械工程材料精品课程工业应用实例工业应用实例工业缝纫机车梳工业缝纫机车梳日本产品（形状如图），日本产品（形状如图），500r/min，表面耐磨、抗腐蚀等。，表面耐磨、抗腐蚀等。背景：背景：一位老板（机械工程师）想仿制，生产过程都已经完善（机一位老板（机械工程师）想仿制，生产过程都已经完善（机加工），但生产出来的产品不能用，试验花了不少心血、投入了不加工），但生产出来的产品不能用，试验花了不少心血、投入了不少经费少经费(最初利用最初利用2Cr13不锈钢，离子渗氮以后变形严重，投入了不锈钢，离子渗氮以后变形严重，投入了500万万)，处于无法做下去的困境，处于无法做下去的困境最后找到我们所有关老师寻求帮助，最后找到我们所有关老师寻求帮助，经过多次分析找原因、经过多次尝试，目前基本解决问题。经过多次分析找原因、经过多次尝试，目前基本解决问题。262023-2-28机械工程材料精品课程工业应用实例工业应用实例工业缝纫机车梳工业缝纫机车梳送检样品表面硬度分析：送检样品表面硬度分析：表面硬度：表面硬度：HV700750 基体硬度：基体硬度：HV400心部心部 表面表面272023-2-28机械工程材料精品课程工业应用实例工业应用实例工业缝纫机车梳工业缝纫机车梳截面金相分析：截面金相分析：基体：板条马氏体基体：板条马氏体镀层：白亮色镀层：白亮色镀层：白亮色镀层：白亮色镀层：白亮色镀层：白亮色铜片铜片铜片铜片渗渗层层铜片铜片282023-2-28机械工程材料精品课程工业应用实例工业应用实例工业缝纫机车梳工业缝纫机车梳选选 材材：低碳渗碳钢：氰化镀铬低碳渗碳钢：氰化镀铬工艺过程工艺过程：低碳钢低碳钢 精密锻造精密锻造 正火正火 机加工机加工 氰化氰化 精加工精加工 镀铬镀铬(共共60多道工序多道工序)镀层：镀层：Cr镀层的镀层的X X射线衍射分析射线衍射分析292023-2-28机械工程材料精品课程第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、齿轮类一、齿轮类 1.1.齿轮的工作条件和对性能的要求齿轮的工作条件和对性能的要求 齿轮的工作条件齿轮的工作条件 由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩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。擦力的作用。齿轮的失效形式齿轮的失效形式 疲劳断裂疲劳断裂 主要从根部发生；主要从根部发生；齿面磨损齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；齿面接触疲劳破坏齿面接触疲劳破坏 在交变接触应力作用下，齿面产在交变接触应力作用下，齿面产 生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点或称麻点)；过载断裂过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿。主要是冲击载荷过大造成的断齿。302023-2-28机械工程材料精品课程齿齿轮轮失失效效形形式式第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析312023-2-28机械工程材料精品课程 齿轮材料的性能要求齿轮材料的性能要求 高的弯曲疲劳强度；高的弯曲疲劳强度；高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性；较高的强度和冲击韧性。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。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。齿轮类零件的选材齿轮类零件的选材 齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。齿强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们从以上两方面考虑，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。也较合理，所以是比较理想的材料。第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析322023-2-28机械工程材料精品课程2.2.汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮汽车后桥齿轮汽车后桥齿轮 汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析332023-2-28机械工程材料精品课程汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮:材料：材料：20CrMnTi20CrMnTi 工艺路线：锻工艺路线：锻正火正火机加工机加工渗碳、预冷淬火渗碳、预冷淬火+低温回火低温回火喷丸喷丸(压应力、压应力、-1-1)磨磨 各部分热处理组织及各部分热处理组织及作用作用：1 1）正火：）正火：S+(S+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。2 2）渗碳、预冷淬火）渗碳、预冷淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+K+A(少量少量)；心：心：M低碳，低碳，达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析342023-2-28机械工程材料精品课程机床变速箱齿轮机床变速箱齿轮 3.3.机床齿轮机床齿轮第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析352023-2-28机械工程材料精品课程机床齿轮机床齿轮:材料：材料：4545（或（或40Cr40Cr）工艺路线：锻工艺路线：锻正火正火粗机加工粗机加工调质调质 高频淬火高频淬火+低温回火低温回火精机加工精机加工 各部分热处理组织及各部分热处理组织及作用作用：1 1）正火：）正火：S+(S+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。2 2）调质：）调质：S回回，满足整体力学性能要求：综合力学性能，满足整体力学性能要求：综合力学性能 3 3）高频淬火）高频淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+A(少量少量)；心：心：S回回，达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析362023-2-28机械工程材料精品课程第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析二、轴类零件二、轴类零件 1.1.轴的工作条件和性能要求轴的工作条件和性能要求 轴的工作条件轴的工作条件 工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；轴与轴上零件有相对运动轴与轴上零件有相对运动,相互间存在摩擦和磨损；相互间存在摩擦和磨损；轴在高速运转过程中会产生振动轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受冲击载荷；使轴承受冲击载荷；多数轴会承受一定的过载载荷。多数轴会承受一定的过载载荷。轴的失效形式轴的失效形式 长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断 裂）；裂）；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损。与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损。372023-2-28机械工程材料精品课程轴的失效形式：轴的失效形式：转轴弯曲疲劳断口形貌转轴弯曲疲劳断口形貌直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断 轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析382023-2-28机械工程材料精品课程 轴的使用性能要求轴的使用性能要求 高的强度、足够的硬度和良好的韧性；高的强度、足够的硬度和良好的韧性；高的疲劳极限；高的疲劳极限；在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具有在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具有 高的硬度和耐磨性。高的硬度和耐磨性。制造轴类零件的材料主要是碳素结构和合金结构钢，一制造轴类零件的材料主要是碳素结构和合金结构钢，一般是以锻件或轧制型材为毛胚。般是以锻件或轧制型材为毛胚。根据承载能力的大小选用材料，然后根据选材的不同选根据承载能力的大小选用材料，然后根据选材的不同选择相应的热处理工艺。择相应的热处理工艺。2.2.轴的选材轴的选材第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析392023-2-28机械工程材料精品课程3.3.轴类零件加工工艺路线及其分析轴类零件加工工艺路线及其分析 车床主轴车床主轴C620车床主轴简图车床主轴简图 第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析402023-2-28机械工程材料精品课程车床主轴车床主轴:1)1)材料：材料：4545（或（或40Cr40Cr）2)2)工艺路线：锻工艺路线：锻正火正火粗机加工粗机加工调质调质精机加工精机加工 轴颈：轴颈：高频淬火高频淬火+低温回火低温回火磨磨3)3)各部分热处理组织及各部分热处理组织及作用作用：a a）正火：）正火：S+(S+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。b b）调质：）调质：S回回，满足整体力学性能要求：综合力学性能，满足整体力学性能要求：综合力学性能 c c）轴颈：高频淬火）轴颈：高频淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+A(少量少量)；心：心：S回回 达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析412023-2-28机械工程材料精品课程 镗杆（磨床主轴）镗杆（磨床主轴）1 1)材料：材料：38CrMoAlA38CrMoAlA2)2)工艺路线：锻工艺路线：锻退火退火粗车粗车调质调质精车精车去应力退火去应力退火 粗磨粗磨氮化氮化精磨精磨时效时效研磨研磨3)3)各部热处理组织及各部热处理组织及作用作用：a a）退火：）退火：P+(P+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。b b）调质：）调质：S回回，满足整体力学性能要求：综合力学性能，满足整体力学性能要求：综合力学性能。c c）去应力退火）去应力退火:消除机加工应力；消除机加工应力；d d）氮化：）氮化：表：表：合金氮化物；合金氮化物；心：心：S回回，达到，达到“表硬（表硬（Hv800）心韧）心韧”，满足使用要，满足使用要求。求。e)e)时效时效:消除磨削应力，稳定组织及尺寸，消除磨削应力，稳定组织及尺寸，满足精度要求满足精度要求；第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析422023-2-28机械工程材料精品课程内燃机曲轴内燃机曲轴175A型柴油机曲轴简图型柴油机曲轴简图 第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析432023-2-28机械工程材料精品课程 材料：材料：QT600-2QT600-2 工艺路线：铸工艺路线：铸正火正火去应力退火去应力退火机加工机加工轴颈：轴颈：高频淬火高频淬火+低温回火低温回火磨磨 各部热处理组织及各部热处理组织及作用作用：1 1）正火：）正火：P P细细+G+G球球 消除铸造缺陷和应力；消除铸造缺陷和应力；获获P P细细+G+G球球，满足整体性能。，满足整体性能。2 2）去应力退火：）去应力退火：消除正火应力。消除正火应力。3 3）轴颈：高频淬火）轴颈：高频淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+G G球球；心：心：P P细细+G+G球球 ，达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。内燃机曲轴内燃机曲轴第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析442023-2-28机械工程材料精品课程第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析刃具选材刃具选材三、三、其他：其他：W18Cr4V车刀、车刀、Cr12MoV冷冷(热热)作模具、作模具、5CrNiMo热锻模、机床床身、手术刀等。热锻模、机床床身、手术刀等。452023-2-28机械工程材料精品课程M42冲棒断裂原因分析冲棒断裂原因分析某工厂M42（W2Mo9Cr4VCo8）高速钢制造的冲棒成品，还未投入使用发现一根断裂元素名称元素名称CSiMnPSCrMo VWCo实测值实测值1.080.50 0.18 0.019 0.0053.669.111.091.637.67GB/T 9943-2008W2Mo9Cr4VCo81.051.150.500.400.0300.0303.504.209.0010.000.751.351.251.757.508.50成分符合国标规定淬火+低温回火正常组织：M回+碳化物+A硬度：HRC66.8实际金相组织：少量细小鱼骨状的莱氏体共晶碳化物结论：冲棒热处理淬火加热工艺不当，出现严重的淬火过热组织，其脆性倾向大462023-2-28机械工程材料精品课程Cr12MoV模具钢失效模具钢失效某公司用Cr12MoV钢制造的下模板，经热处理磨削上、下端面线切割，在线切割了相当多圆孔、方槽后，在宽度方向一端发生爆裂，热处理后硬度应5658HRC，分析原因。元素名称元素名称CSiMnPSCrMoV实测值实测值1.640.400.400.0190.01311.00.480.21GB/T 1299-2000 Cr12MoV1.451.700.400.400.0300.03011.0012.500.400.600.150.30实测硬度：实测硬度：60.260.5HRC是何原因？如何处理？热处理工艺？组织？热处理后硬度超过技术要求上限，没有及时采取提高回火温度、降低硬度、稳定组织和降低内应力的措施；线切割造成应力472023-2-28机械工程材料精品课程1Cr18Ni9Ti不锈钢探针杆断裂分析背景：1Cr18Ni9Ti不锈钢探针杆在输油管道内服役1个月之后，在其与法兰连接部位近焊缝区发生断裂。探针杆直径为163mm，输油管道外径为406mm，流速约3m/s，服役温度300。试分析可能的原因？典型的疲劳断口形貌母材和近焊缝区域的组织均为奥氏体+沿变形方向呈带状分布的铁素体+沿晶界分布的碳化物焊接之前进行适当的热处理工艺，消除高温铁素体和晶界碳化物482023-2-28机械工程材料精品课程汽车发动机引擎锁扣失效分析汽车发动机引擎锁扣失效分析某汽车配件生产公司的发动机引擎锁扣，材质为20#碳素钢，规格为8mm的圆钢棒料，用来调整引擎盖间隙。现场用木锤敲击样品来调整引擎盖间隙时发现钢筋内R角有裂纹，拆卸后发现已脆性断裂，委托方提供的加工工艺为冷拉棒料断料冲压弯曲CO2气体渗碳真空淬火回火(成品)，要求表面渗碳厚度0.13-0.2mm，表面硬度374-435HV，心部150-240HV，分析引擎锁扣断裂失效原因。成分符合20#成分实际表面渗碳厚度0.4mm,表面硬度456HV，心部168HV.导致工件失效的主要原因:材料内部存在较严重组织不均匀，冲压弯曲后内应力较大，与后续渗碳淬火热应力共同作用形成的表面伴生微裂纹，使用中反复敲击后扩展，由于心部组织强度较低，导致裂纹迅速扩展，最终断裂。492023-2-28机械工程材料精品课程全部课程结束全部课程结束!谢谢 谢！谢！