機械零件的失效分析與選材(文件)

　

【正文】 于大多數軸很少以沖擊過載而斷裂的形式失效， 故近幾十年來愈來愈多地采用球墨鑄鐵 (如 QT7002)和高強度灰鑄鐵 (HT350、 KTZ550— 06等 )來代替鋼作為軸 (尤其是曲軸 )的材料 。 性能指標 —— 硬度 220～ 250HB， 軸頸 52HRC 。 因此材料要有高強度 、 一定的沖擊韌性 、 足夠彎曲 、 扭轉疲勞強度和剛度 ， 軸頸表面有高硬度和耐磨性 。 175A型柴油機曲軸簡圖 （ 2）曲軸材料 QT7002 （ 3）工藝路線 鑄造－高溫正火－高溫回火－切削加工－軸頸氣體滲氮。 絲錐和板牙分手用和機用兩種 ， 對手用者 ， 因切削速度較低 ， 故熱硬性要求不高 ，一般可用高級優質碳素工具鋼 T10A、 T12A制造 (硬度 59～62HRC)， 對尺寸稍大 、 切削速度稍高的較重要絲錐 (板牙 )， 則宜用低合金工具鋼 9SiCr、 CrWMn制造 (硬度 60～63HRC)。 1 汽車用金屬材料 主要結構 可分為四部分： (1) 發動機 提供動力，由缸體、缸蓋、活塞、連桿、曲軸及配氣、燃料供給、潤滑、冷卻等系統組成。 汽車發動機和傳動系示意圖 一、缸體和缸蓋 缸體 材料應滿足下列要求：有足夠的 強度和剛度 ；良好的 鑄造性和切削性 ；價格低廉。 二、缸套 氣缸工作面用耐磨材料，制成缸套鑲入氣缸。對 活塞 材料的要求是 熱強度高、導熱性好、膨脹系數小、密度小 , 減摩性、耐磨性、耐蝕性和工藝性好 等。 活塞環 用 合金鑄鐵 或球墨鑄鐵 ，經表面處理。因此，連桿在一個很復雜的應力狀態下工作。連桿材料一般采用 45鋼、 40Cr或 40MnB等調質鋼。氣門材料應選用耐熱、耐蝕、耐磨的材料。要求半軸材料具有高的抗彎強度、疲勞強度和較好的韌性。 汽車冷沖壓零件用的材料有鋼板和鋼帶 ， 其中主要是鋼板 ， 包括熱軋鋼板和冷軋鋼板 ， 如鋼板 0 25和 16Mn等 。 采用 Si3N4制造氣閥頭 、 活塞頂 、 氣缸套 、 搖臂鑲塊 、 氣門挺桿等 。 日本 、 美國絕熱發動機上采用工程陶瓷 ， 如日野汽車公司開發的陶瓷復合發動機系統 ， 該發動機氣缸套 、 活塞等燃燒室件中有 40%左右是陶瓷件 。中、小型汽車的半軸一般用 45鋼、 40Cr, 而重型汽車用 40MnB、 40CrNi或40CrMnMo等淬透性較高的合金鋼制造。 六、汽車半軸 汽車半軸在工作時主要承受扭轉力矩和反復變曲以及一定的沖擊載荷。氣門頭部還承受氣壓力及落座時因慣性力而產生的相當大的沖擊。連桿的主要損壞形式是 疲勞斷裂 和 過量變形 。其它表面處理的方法有噴鉬、磷化、氧化、涂合成樹脂等 四、連桿 連桿連接活塞和曲軸，作用是將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。 活塞銷 材料一般用 20低碳鋼或 20Cr、 18CrMnTi等低碳合金鋼。為了提高缸套的耐磨性，可以用鍍鉻、表面淬火、噴鍍金屬鉬或其它耐磨合金等辦法對缸套進行表面處理。 缸蓋 應選用 導熱性好、高溫機械強度高、能承受反復熱應力、鑄造性能良好 的材料來制造。 (3) 車身 駕駛室、貨箱等。 五、冷作模具選材 一般對 重載 模具，應選用高強度材料，如 高鉻或中鉻鋼、高速鋼、基體鋼 ；對承受 強烈摩擦與磨損 的模具，應選高硬度、高耐磨性材料，如 高碳鋼、高鉻鋼、高速鋼乃至硬質合金 ；對承受較大沖擊 的模具，應選用高韌性材料，如選用 中碳合金鋼 （5CrW2Si）、基體鋼等；對 形狀復雜、尺寸精度要求高 的模具，宜用低 (微 )變形材料，如微變形鋼 CrWMn、高碳高鉻鋼Cr12MoV、高碳中鉻鋼 Cr4W2MoV等。 四、刀具選材 （機械切削刀具 ） 1． 車刀 車刀是最常用的切削刀具，目前用于制造刀具的主要材料是 高速鋼 和 硬質合金 兩大類，其中高速鋼應用最多、最廣。 2. 175A型農用柴油機曲軸選材 （ 1）性能要求 農用柴油機曲軸功率和承受載荷不大；但滑動軸承中工作軸頸部要有較高硬度及耐磨。 熱處理工藝 —— 840℃ 水淬 + 600℃ 回火 (水或油冷） + 軸頸高頻淬火 + 200℃ 回火 最終組織 —— 心部：回火 S 軸頸表面：回火 M 工藝路線 —— 鍛造 → 正火 → 粗加工 → 調質 → 精加工 → 表面淬火＋低溫回火 → 磨削 內燃機曲軸選材 1. 曲軸的工作條件 、 性能要求 、 材料 （ 1） 工作條件 曲軸受彎曲 、 扭轉 、 剪切 、 拉壓 、 沖擊等交變應力 ， 還可造成曲軸的扭轉和彎曲振動 ， 產生附加應力；應力分布不均勻；曲軸頸與軸承有滑動摩擦 。 機床主軸： 機床主軸承受彎 扭復合交變載荷 、 轉速中等 并承受 一定的沖擊載荷 ， 一般選用 45鋼或 40Cr鋼制造 (40Cr用于載荷較大 、 尺寸較大的軸 )；對于承受 重載 、 要求高精度 、 高尺寸穩定性及高耐磨性的主軸 (如 鏜床主軸 )， 則須用 38CrMoAlA鋼經滲氮處理制造 。 2． 鑄鋼 形狀復雜 、 尺寸較大的軸 ， 可采用鑄鋼來制造 ，如 ZG230450。 軸類零件實物 軸類零件常用材料 鋼鐵 1． 鍛鋼 優質 中碳或中碳合金調質鋼 是軸類材料的主體：3 4 50(45鋼最常見 )等碳鋼具有較高的綜合力學性能且價格低廉 ， 故應用廣泛；對受力不大或不重要的軸 ， 為進一步降低成本 ， 也可采用 Q23 Q25 Q275等普通碳鋼制造；對受力較大 、 尺寸較大 、 形狀復雜的重要軸 ， 可選用綜合力學性能更好的合金調質鋼來制造 ， 如 40Cr、 40MnVB等 ，對其中精度要求極高的軸要采用專用氮化鋼 （ 如 38CrMoAlA） 制造 。 對飛機 、 坦克等特別重要齒輪 ，則可采用高淬透性滲碳鋼 （ 如 18Cr2Ni4WA） 來制造 。 調質處理 可使齒輪具有較高的綜合力學性能 ， 改善齒心的強韌性進而使齒輪能承受較大的彎曲載荷和沖擊載荷 。 對 開式傳動 齒輪 ， 或 低速 、 輕載 、 不受沖擊或沖擊較小 的齒輪 ， 宜選相對價廉的材料 ，