【正文】 陜西航空職業(yè)技術學院 金屬材料與熱處理技術 1 緒 論 在當今社會生產中，金屬材料的應用是十分廣泛的，尤其是鋼鐵材料，在工業(yè) 、 農業(yè) 、 交通運輸、 建筑以及國防等各方面都離不開 它 。隨著現代化工農業(yè)以及科學技術的發(fā)展，人們對金屬材料的性能要求越來越高。為滿足這一點，一般可以采取兩種方法：研制新材料和對金屬材料進行熱處理。熱處理是一種綜合工藝 ， 熱處理工藝學就是研究這種綜合工藝的原理及規(guī)律的一門學科。 熱處理工藝設計是整個機械加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)， 它 與工件設計及其 它 加工工藝之間存在密切關系。如何實現工件設計時提出的幾何形狀和加工精度，滿足設計時所需要的各種性 能指標，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關重要的作用。 現在工業(yè)的迅速發(fā)展對機械零部件，工模具等提出的要求愈來愈高。熱處理不僅對鍛造機械加工的順序進行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷，提高工件使用壽命的方面起著重要作用。為獲得理想的組織與性能，保證零件在生產過程中的質量穩(wěn)定性和使用壽命，就必須從工件的特點、要求和技術條件入手，認真分析產品在使用過程中的受力狀況和可能的失效形式，正確的選擇材料，再根據生產規(guī)模，現場條件，熱處理設備提出幾種可行的熱處理方案，最后根據其經濟性，質量穩(wěn)定性和 便于管理 方面 ，降低成本等因素，確定出一種最佳方案。 陜西航空職業(yè)技術學院 金屬材料與熱處理技術 2 第 1 章 主軸的服役條件及可能的失效形式 主軸的工作條件 機床主軸的某些部位承受著不同程度的摩擦，特別是軸頸部位，因為軸頸與某些軸承配合時，摩擦較大，所以部位應具有較高的硬度及增強耐磨性。但是某些部位的軸頸與滾動軸承相配合摩擦不大，所以就不需要太大的硬度。 機床主軸在高速運轉時要承受多重種載荷作用，如彎曲、扭轉、沖擊等。所以要求主軸具有抵抗各種載荷的能力。當主軸載荷較大轉速又高時，主軸還承受 著很高的交變功，因此 要求主軸具有較高的疲勞強度和綜合力學性能 。 失效形式 長期交變載荷作用易導致疲勞斷裂（包括扭轉疲勞和彎曲疲勞斷裂）；承受大載荷或沖擊載荷會引起過量變形、斷裂，長期承受較大摩擦，軸頸及花鍵表面會出現過量磨損。 軸類零件在試驗過程中受到載荷情況相當復雜的，因而其損壞形式也是多種多樣的，常見軸的失效形式有疲勞斷裂、過量變形和過量磨損。 陜西航空職業(yè)技術學院 金屬材料與熱處理技術 3 第 2 章 主軸的性能確定 疲勞斷裂的分析 疲勞斷裂是機械零件再循環(huán)變應力作用下，將會出現的疲勞斷裂。 所有機械零件在工作過程中的實效疲勞斷裂與斷裂失效的 50%～90%時 ，疲勞斷裂一般會發(fā)生突然，危害性大，疲勞斷裂是發(fā)生在零件的局部應力區(qū)，某些晶粒在變應力作用下形成微裂紋，隨著循環(huán)數的增加，裂紋繼續(xù)擴展，導致最終疲勞斷裂。 針對 疲勞斷裂的特點，可以采用各種強化方法來提高零件的抗疲勞能力。 減 少零件上各種會引起應力集中的缺陷，提高零件的抗疲勞能力， 在 金屬材料 中， 特別是 鋼 和鈦合金的疲勞強度 最 高。 磨損失效的分析 磨損是相互接觸的零件間存在相互滑動時，接觸表面會因發(fā)生摩擦損耗而引起形狀變化的現象，它是一種可以看到的，漸發(fā)生的破壞形式。主要有磨粒磨損和黏著磨損。 磨粒 磨損是由于相對運動的物體接觸時，滑動表面高低不平，凸出的硬質點將軸的接觸面刨出溝槽或劃傷而產生的破壞。常見的磨粒磨損有 :與切削、磨削加工類似的和有高強度、高硬度的磨粒進入兩個接觸面間梨出溝槽。 黏著磨損是在兩個相對運動的物體直接接觸中，由于接觸應力很高而引起塑性變形，導致物體接觸，溫度升高并發(fā) 生 粘著、焊合現象， 分離 時粘合處撕開，從而將小塊料撕去，造成表面的損傷。 提高耐磨性，一是要材料有高硬度 ， 若材料中存在耐磨硬顆粒，更有利。二是材料具有小的摩擦系數， 降低配對材料間的原子結合力，此外，改善潤滑條件，細化表面 粗糙度，使 機械零件保持清潔等，均有利于減少摩擦磨損。 陜西航空職業(yè)技術學院 金屬材料與熱處理技術 4 變形失效的分析 變形失效主要有彈性和塑性變形 失 效。 彈性變形失效是零件因過量彈性變形產生的失效。主要是指失去彈性的能力，屬于功能失效。引起彈性變形的原因是零件 剛 度不夠，除結構因素外， 還取決與材料的彈性模量，因此， 要預防彈性變形失效，因選擇彈性模量高的材料 來 制作零件。 塑性變形失效是零件因過量塑性變形產生的失效，主要由于應力過大造成的。零件產生塑性變形，是由于實際工作應力超過了這種材料的屈服強度。再設計裝配使用正常情況下，應考慮選用高屈服強度材料。 主軸的性能特點 經過對疲勞斷裂、過量變形和過量磨損的分析，主軸應有較高的回轉精度及足夠的 剛 度和良好的抗振性能、足夠的剛度、屈服強度、抗疲勞能力和高耐磨性。 陜西航空職業(yè)技術學院 金屬材料與熱處理技術 5 第 3 章 主軸材料的選擇 材料的選定 表 3— 1 各種材料的 化學成分 和 熱處理規(guī)范 鋼號 化學成分 試樣毛柸尺寸（ mm） 熱處理規(guī)范 C Si Mn Cr V B 淬火 回火 溫度 冷卻劑 溫度 冷卻劑 45 ～ ～ ～ 25 850 水 550 水 40Cr ～ ～ ～ ～ 25 850 油 500 水或油 40CrSi ～ ～ ～ ～ 試樣 900 — 540 水或油 注： 25mm 30min，空冷 。淬火保溫時間不少于 30min， 70 鋼 、 80 鋼油冷，其余鋼水冷；回火保溫時間不少于 1 小時。 表 31 可知，選用 45 鋼即可。因為主軸承 受變彎曲用力和 扭轉應力，但由于承受的載荷并不是很大，轉速也不高，沖擊作用也不大，所以具有一般的綜合力學性能即可。但因為主軸大端的內錐陜西航空職業(yè)技術學院 金屬材料與熱處理技術 6