教學(xué)重點典型零件的選材和熱處理工藝分析。教學(xué)難點本章重點與難點零件材料的選用和熱處理工藝分析。第一節(jié)零件的失效分析

失效是指零件在使用過程中喪失或達不到原來設(shè)計的效能。一、零件的失效1、過量變形失效——是指零件的變形量超過了允許的范圍。過量變形的主要原因是零件或工具材料的強度較低。造成強度低的原因有：1）設(shè)計的尺寸偏小；2）選用材料不當；3）熱處理工藝不當；4）在使用過程中內(nèi)部組織發(fā)生變化，等等。2、斷裂失效——是指零件完全斷裂而無法工作的失效。根據(jù)斷裂前變形量的大小和斷口形狀，斷裂可分為脆性斷裂和塑性（韌性）斷裂兩種。發(fā)生斷裂的原因有：1）設(shè)計計算的承載能力小于實際工作時所施加的載荷；2）材料的力學(xué)性能未達到預(yù)定的要求；3）短時間過載；4）金屬材料內(nèi)部組織的變化或微裂紋的擴展、疲勞應(yīng)力、蠕變等。

3、表面損傷失效

——是指零件在工作中，因機械和化學(xué)作用，使其表面損傷而造成的失效。可分為三大類：磨損失效、腐蝕失效及表面疲勞失效。（1）磨損失效磨損失效主要是在機械力的作用下，相對運動的接觸表面的材料以細屑形式逐漸磨損，而使零件尺寸不斷變小的一種失效方式。（2）腐蝕失效腐蝕失效是由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕作用造成的零件或工具的失效。可在大氣、海水、土壤、化工原料、機械應(yīng)力、磨損、輻射和微生物等因素聯(lián)合作用發(fā)生腐蝕。（3）表面疲勞失效表面疲勞失效是相互接觸的兩個運動表面在工作過程中承受交變接觸應(yīng)力的作用，使表面層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落造成的失效。分為麻點與剝落兩種形式。1）設(shè)計原因?qū)α慵墓ぷ鳁l件估計錯誤，安全系數(shù)過小、計算錯誤等，零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸等設(shè)計不合理。2）選材問題選擇材料錯誤，容易造成所選材料的性能不能滿足使用要求；所選材料質(zhì)量不合格等原因引起零件的失效。3）加工工藝不當采用的工藝方法、工藝參數(shù)、技術(shù)措施不正確，可能產(chǎn)生鑄造缺陷、鍛造缺陷、焊接缺陷、切削加工缺陷和熱處理缺陷。4）安裝使用不正確

機械在裝配、安裝過程中不按技術(shù)要求，使用過程中不按規(guī)程操作、保養(yǎng)、維修，超載使用等。

二、零件的失效原因

1、使用性能包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，對于一般的機械零件主要是力學(xué)性能。（1）基本原則分析零件的工作條件、常見的失效形式，并通過力學(xué)計算確定零件應(yīng)具有的主要力學(xué)性能，作為選材的依據(jù)。（2）應(yīng)注意的問題1）綜合考慮材料強度、塑性、韌性的合理配合。2）合理地選定硬度值。3）選用材料的力學(xué)性能判據(jù)數(shù)值時應(yīng)注意的幾個問題。一、選材的基本原則第二節(jié)零件材料的選用

選材的基本原則是，首先滿足使用性能要求，同時要考慮到材料的工藝性和經(jīng)濟性。2、工藝性工藝性能是指材料是否容易加工成形的性能，決定了所選材料能否順利加工制造成所需的零件。1）鑄造性能2）鍛壓性能3）焊接性能4）切削加工性5）熱處理工藝性3、經(jīng)濟性經(jīng)濟性是指所選材料加工成零件后的成本高低。主要包括：材料費用、加工費用、管理費用、運輸費、安裝費、維修保養(yǎng)費用等。1、按力學(xué)性能選材的基本方法

1）以綜合力學(xué)性能為主時的選材主要失效形式是過量變形，一般可選用中碳鋼或中碳合金鋼，采用調(diào)質(zhì)處理或正火處理。2）以疲勞強度為主時的選材主要失效形式是疲勞破壞，對承載較大的零件選用淬透性要求較高的材料。調(diào)質(zhì)鋼進行表面淬火、滲碳鋼進行滲碳淬火、氮化鋼進行氮化以及噴丸、滾壓等處理。3）以磨損為主時的選材對于受力較小而磨損大的零件高碳鋼和合金工具鋼；對于磨損大而又承受較大沖擊載荷的零件選用低碳鋼和合金滲碳鋼。二、選材的方法和步驟

2、選材的基本步驟

1）分析零件的工作條件、失效形式，確定零件的性能。2）對同類產(chǎn)品進行調(diào)研，分析選材的合理性。3）找出關(guān)鍵的性能要求，確定零件應(yīng)具有的力學(xué)性能判據(jù)或理化性能指標。4）選擇合適的材料，確定熱處理方法或其他強化方法。5）通過試驗，檢驗所選材料及熱處理方法能否達到各項性能要求。此外，高應(yīng)力和很大沖擊載荷作用下的零件，如坦克履帶、鐵路道岔等，即要求材料具有高硬度，又要求有很好的韌性，可選用高錳耐磨鋼。

1、齒輪的作用傳遞扭矩、調(diào)節(jié)速度、改變運動方向。2、工作條件（1）齒根受很大交變彎曲應(yīng)力作用、齒面受較大接觸應(yīng)力并有強烈的摩擦和磨損。（2）承受一定的沖擊載荷。3、失效形式輪齒折斷、齒面磨損、齒面剝落、齒面點蝕、過載斷裂等。4、力學(xué)性能要求

（1）高的彎曲疲勞強度（2）齒面應(yīng)具有高的接觸疲勞強度、高的硬度和耐磨性（3）齒輪心部應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能或較好的強韌性一、齒輪類零件

第三節(jié)典型零件的選材及熱處理

1、軸類零件的作用支承傳動零件、傳遞運動和動力。2、工作條件（1）承受較大的交變彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（2）軸頸和花鍵部位承受較大的摩擦（3）一定的沖擊載荷3、失效形式疲勞斷裂、過量的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形、過量磨損。4、力學(xué)性能要求

（1）良好的綜合力學(xué)性能（2）軸頸等部位應(yīng)具有高的硬度和良好的耐磨性（3）高的疲勞強度二、軸類零件

1、絲錐和板牙的作用絲錐的作用是加工內(nèi)螺紋，板牙的作用是加工外螺紋。2、工作條件柄部和心部承受較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，齒刃部承受較大的摩擦和磨損，高速切削時齒刃部還要承受較高的工作溫度。3、失效形式磨損和扭斷。4、力學(xué)性能要求

齒刃部應(yīng)具有高硬度（59～64HRC）和高耐磨性，一定的熱硬性（視切削速度而定）；柄部和心部應(yīng)具有足夠的強度和韌性，硬度為35～45HRC。三、絲錐和板牙

5、絲錐和板牙的常用材料及熱處理

（1）手用絲錐和板牙熱硬性不作要求，選用T10A和T12A鋼制造，并經(jīng)淬火和低溫回火。（2）機用絲錐和板牙要求有較高的熱硬性，可選用9SiCr、9Mn2V、CrWMn鋼或W18Cr4V鋼制造，并經(jīng)適當?shù)臒崽幚?。①注意手冊中各性能?shù)據(jù)的測試條件與零件實際情況的差異。零件的實際尺寸較大，存在缺陷（孔洞、夾雜物、表面損傷等）的可能性增加，對碳鋼和低淬透性鋼就有可能淬不透，故導(dǎo)致材料實際使用的性能數(shù)據(jù)一般應(yīng)隨零件尺寸的增大而減?、趯嶋H零件材料的成分、熱處理工藝參數(shù)等與標準