【正文】 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 1 緒 論 在當(dāng)今社會生產(chǎn)中，金屬材料的應(yīng)用是十分廣泛的，尤其是鋼鐵材料，在工業(yè) 、 農(nóng)業(yè) 、 交通運(yùn)輸、 建筑以及國防等各方面都離不開 它 。隨著現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)以及科學(xué)技術(shù)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(diǎn)，一般可以采取兩種方法：研制新材料和對金屬材料進(jìn)行熱處理。熱處理是一種綜合工藝 ， 熱處理工藝學(xué)就是研究這種綜合工藝的原理及規(guī)律的一門學(xué)科。 熱處理工藝設(shè)計(jì)是整個機(jī)械加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)， 它 與工件設(shè)計(jì)及其 它 加工工藝之間存在密切關(guān)系。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)時提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計(jì)時所需要的各種性 能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。 現(xiàn)在工業(yè)的迅速發(fā)展對機(jī)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(jī)械加工的順序進(jìn)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(chǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命，就必須從工件的特點(diǎn)、要求和技術(shù)條件入手，認(rèn)真分析產(chǎn)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(jù)生產(chǎn)規(guī)模，現(xiàn)場條件，熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案，最后根據(jù)其經(jīng)濟(jì)性，質(zhì)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(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 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(jī)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?yàn)檩S頸與某些軸承配合時，摩擦較大，所以部位應(yīng)具有較高的硬度及增強(qiáng)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(jī)床主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時要承受多重種載荷作用，如彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等。所以要求主軸具有抵抗各種載荷的能力。當(dāng)主軸載荷較大轉(zhuǎn)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(qiáng)度和綜合力學(xué)性能 。 失效形式 長期交變載荷作用易導(dǎo)致疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)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(xiàn)過量磨損。 軸類零件在試驗(yàn)過程中受到載荷情況相當(dāng)復(fù)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(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 3 第 2 章 主軸的性能確定 疲勞斷裂的分析 疲勞斷裂是機(jī)械零件再循環(huán)變應(yīng)力作用下，將會出現(xiàn)的疲勞斷裂。 所有機(jī)械零件在工作過程中的實(shí)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(yīng)力區(qū)，某些晶粒在變應(yīng)力作用下形成微裂紋，隨著循環(huán)數(shù)的增加，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，導(dǎo)致最終疲勞斷裂。 針對 疲勞斷裂的特點(diǎn)，可以采用各種強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)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(xiàn)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(yùn)動的物體接觸時，滑動表面高低不平，凸出的硬質(zhì)點(diǎn)將軸的接觸面刨出溝槽或劃傷而產(chǎn)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(qiáng)度、高硬度的磨粒進(jìn)入兩個接觸面間梨出溝槽。 黏著磨損是在兩個相對運(yùn)動的物體直接接觸中，由于接觸應(yīng)力很高而引起塑性變形，導(dǎo)致物體接觸，溫度升高并發(fā) 生 粘著、焊合現(xiàn)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(shù)， 降低配對材料間的原子結(jié)合力，此外，改善潤滑條件，細(xì)化表面 粗糙度，使 機(jī)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(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 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(chǎn)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(jié)構(gòu)因素外， 還取決與材料的彈性模量，因此， 要預(yù)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(chǎn)生的失效，主要由于應(yīng)力過大造成的。零件產(chǎn)生塑性變形，是由于實(shí)際工作應(yīng)力超過了這種材料的屈服強(qiáng)度。再設(shè)計(jì)裝配使用正常情況下，應(yīng)考慮選用高屈服強(qiáng)度材料。 主軸的性能特點(diǎn) 經(jīng)過對疲勞斷裂、過量變形和過量磨損的分析，主軸應(yīng)有較高的回轉(zhuǎn)精度及足夠的 剛 度和良好的抗振性能、足夠的剛度、屈服強(qiáng)度、抗疲勞能力和高耐磨性。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 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(xué)成分 和 熱處理規(guī)范 鋼號 化學(xué)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?yàn)橹鬏S承 受變彎曲用力和 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，但由于承受的載荷并不是很大，轉(zhuǎn)速也不高，沖擊作用也不大，所以具有一般的綜合力學(xué)性能即可。但因?yàn)橹鬏S大端的內(nèi)錐陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 金屬材料與熱處理技術(shù) 6