材料机械性能及机械零件失效与选材分析

1、刚度和弹性模量弹性模量表征材料产生弹性变形的难易程度零件的刚度与弹性模量成正比弹性模量是机械性能指标中最稳定的一个，它对材料的组织状态和外界条件变化不敏感，与要与材料的种类及成分有关弹性模量取决于固体中粒子间键合强度1硬度布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV锉刀法硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力常用测量硬度的方法2(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度计 3(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )适用范围: 450HBS; 650HBW;4(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )

2、 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。5(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计10HRCHBS6冲击韧性( notch toughness ): 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。7冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图8试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H m g h (J) 冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位

3、截面积上所消耗的冲击功。 AK a k = (J/cm) S09疲劳强度( fatigue strength ):表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。10钢材的循环次数一般取 N = 107有色金属的循环次数一般取 N = 108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: -1 = (0.450.55) b11断裂韧性应力强度因子大于材料的断裂韧性c时，裂纹失稳扩展与裂纹，物体形状，大小，外加应力有关，c是材料本身的特性，只和材料的成分，热处理，加工工艺等有关蠕变在一定外力作用下，随着时间延长，材料的变形不断发展，直至断裂的现象提高温度与加大应力都会增加蠕变速度或缩短断裂时间12

4、摩擦与磨损两个相互接触的物体或者物体与介质之间相对运动时出现的阻碍作用称为摩擦，磨损是摩擦的必然结果摩擦分为静摩擦，动摩擦，动摩擦又可以分为滑动摩擦与滚动摩擦磨损按机制分类：氧化磨损，咬合磨损，热磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损磨损量可用失质法，尺寸法表示13失效分析失效形式变形失效：弹性变形失效，塑性变形失效断裂失效：单调断裂，疲劳断裂失效，表面损伤失效失效原因设计不当，材料选择不合理，加工不当，安装使用不当失效分析化学分析，断口分析，金相分析，机械性能分析，断裂力学分析，应力分析14选材的一般原则根据使用性能选材硬度，强度，塑性，韧性，疲劳强度，耐磨性，综合性能根据工艺性能选材铸造性，锻造性，

5、焊接性，切削加工性根据经济性选材寿命周期成本，材料价格，材料的加工费，新材料使用还要考虑热处理对工艺性的要求15典型零件的选材及工艺分析机床主轴汽车半轴机床齿轮汽车齿轮16一.C616 416车床主轴17一) 工作条件: 1.该轴在滚动轴承中运转。 2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。 3.转速中等。 二) 技术要求: 1.整体调质后硬度应为HB200230,金相组 织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC4550, 表面35mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC4850,金相组织同上。18三) 选材: 45钢。四) 加工工艺路线:下料 锻造 正火

6、粗加工 调质 半精加工 钻中心孔 精车加工 铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)粗磨 滚铣花键 花键淬火 精磨 19二.YJ 130汽车半轴20一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。二) 技术要求: 1.杆部硬度HRC3744;盘部外圆硬度HRC 2434 ;金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。 2.弯曲度:杆中部1.8mm;盘部跳动2.0mm。21三) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。四) 加工工艺路线:下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 精车加工 盘部钻孔 磨花键 22三.C616机床齿轮一) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(610m/s)。二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC4550,金相组织为回 火索氏体。 2.齿心部硬度HRC2225,金相组织为 回火马氏体。23三) 选材: 40、45钢。四) 加工工艺路线:下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 精车加工 高频淬火及低温回火 精磨 24四.JN 150型载重汽车变速箱齿轮一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 1015m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC5862, 金相组织为回 火马氏体+合金碳化物+残余奥