【正文】 的抗腐蝕措施 形成單相組織。 M 型 —— 如 1Cr13 用于汽輪機葉片； 3Cr13 做手術(shù)器具及刀具。 用途： 履帶、鐵道岔道 第 9章 機械零件失效分析及選材 ? 機械零件的失效分析； ? 選材的一般原則； ? 選材的實際過程。 失效的形式 變形失效 彈性變形 塑性變形 蠕變變形 斷裂失效 韌性斷裂 脆性斷裂 低應(yīng)力斷裂 疲勞斷裂 蠕變斷裂 介質(zhì)加速斷裂 表面損傷失效 磨損 腐蝕 表面接觸疲勞 物理性能降級 電、磁、熱等性能衰減 失效的主要原因 設(shè)計 設(shè)計思想有誤 工作條件分析錯誤 結(jié)構(gòu)外形不合理 材質(zhì) 選材不當 材質(zhì)低劣（冶金缺陷） 加工 各種冷、熱加工缺陷 使用 安裝不良、維護不善、操 作不當、過載使用 失效分析的工具 ? 肉眼及光學顯微鏡（ OM）； ? 掃描電子顯微鏡（ SEM）； ? 透射電子顯微鏡（ TEM）； ? X射線熒光鏡； ? X射線衍射及立體顯微鏡。 典型零件按使用性能分析 零件 工作條件 常見失效形式 性能要求 應(yīng)力 種類 載荷 性質(zhì) 受載 狀態(tài) 螺栓 拉、 剪 靜載 過量變形，斷裂 強度，塑性 傳動軸 彎、 扭 循環(huán) 沖擊 軸頸 摩擦 疲勞斷裂，過量變形 ，軸頸磨損 綜合力學性能 傳動齒輪 壓、彎 循環(huán) 沖擊 摩擦 振動 斷齒，磨損， 疲勞斷裂，接觸疲勞 表面高硬度及疲勞極限 ，心部強度及韌性 彈簧 扭、 彎 交變 沖擊 振動 彈性失穩(wěn)， 疲勞破壞 彈性極限，屈強比 ，疲勞極限 按力學性能選材需注意的問題 ? 材料性能與零件性能的關(guān)系； ? 力學性能指標在選材中的應(yīng)用意義； ? 材料強度與塑性、韌性的合理配合； ? 注意提高零件的結(jié)構(gòu)效率。 ?合金的流動性： 影響合金流動性的因素（成分、物理性 質(zhì)、溫度、雜質(zhì)和氣體）； ?充型能力的影響因素： 鑄型條件；鑄型的發(fā)氣；鑄型溫度；鑄件結(jié)構(gòu)。 ?縮松：多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆口附近甚至厚大鑄件的整個斷面，它分布面廣，難于控制。 ?鑄件的裂紋及防止： 熱裂－凝固后期高溫下形成的，主要是由于收縮受到機械阻礙作用而形成的。 砂型鑄造工藝過程簡介 ?造型； ?熔煉和澆注； ?落砂與清理。 2）球墨鑄鐵 球化處理見圖 10－ 32所示。 特點：流動性好，可以澆鑄出復雜鑄件和薄壁鑄件。 鑄鋼的鑄造工藝特點 ?熔點高（約 1500℃ ）、流動性差、收縮率高（達到 2％）。對薄壁件應(yīng)遵循同時凝固的原則。 ? 根據(jù)鍛造設(shè)備類型不同，自由鍛可分為鍛錘自由鍛和水壓機自由鍛二種。如萬噸模鍛水壓機只能模鍛幾百公斤重的鍛件，而萬噸自由鍛水壓機卻可鍛造重達百噸以上的大型鍛件。鍛錘產(chǎn)生沖擊力，液壓機產(chǎn)生靜壓力使金屬變形。從而避免了對地基及建筑物的震動，工作環(huán)境噪音小，也比較安全。水壓機施加的壓力可達 800～ 12023噸，所鍛鋼錠的重量由 1噸到 300噸，廣泛用于碳素鋼、合金鋼、高合金鋼及特殊鋼等大型鍛件的單件小批生產(chǎn)中。剪床的用途是將板料切成一定寬度的條料，供沖壓用。 ? (1)沖裁變形過程 ? (2)凸凹模間隙 凸凹模間隙不僅嚴重影響沖裁件的斷面質(zhì)量，而且影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。其變形過程為：把直徑是 D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，板料通過塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，形成空心零件。拉深件的法蘭部分，切向受壓應(yīng)力作用，厚度有所增大。產(chǎn)生破裂的原因主要有以下幾點： ? ①凸凹模圓角半徑設(shè)計不合理 ? 拉深模的工作部分不能設(shè)計成鋒利的刃口，必須做成一定的圓角。 ? ②凸凹模間隙不合理 ? 拉深模的凸凹模間隙一般取 Z＝ (～ )S。彎曲時材料內(nèi)側(cè)受壓，而外側(cè)受拉。材料塑性好，則彎曲半徑可小些。坯料越厚、內(nèi)彎曲半徑 r越小，則壓縮及拉伸應(yīng)力越大，越容易彎裂。 ? ③拉深系數(shù)過小 ? m值過小時，板料的變形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉力也加大，當超出其承載能力時，即會被拉斷。凸模圓角半徑Rp＝ (～ 1)Rd。 m越小，表明拉深件直徑越小，變形程度越大，坯料 ? 拉深件成形過程中最常見的質(zhì)量問題是破裂 (圖 1013)和起皺 (圖 1014)。零件直壁由坯料外徑 D減去內(nèi)徑 d的環(huán)形部分所形成，主要受拉力作用，厚度有所減小。 成形工序 ? 成形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序，如拉深、彎曲、翻邊、脹形等。 ? 板料沖壓的基本工序可分為分離工序和成形工序兩大類。 ? 板料沖壓的特點：生產(chǎn)率高，操作簡單，工藝過程易于實現(xiàn)機械化、自動化；沖壓件質(zhì)量好，尺寸精度高，互換性好；可沖制形狀復雜的零件，材料利用率高，廢品率低；沖模結(jié)構(gòu)復雜，材料和制造成本高，只有在大批量生產(chǎn)的條件下，才能顯示出它的優(yōu)越性。 ? 水壓機的缺點是設(shè)備龐大，并需一套供水系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)，造價較高。 ? 空氣錘的特點是：錘頭速度可達到 7～ 8m／ s，不需要輔助設(shè)備，操作方便，但結(jié)構(gòu)較復雜，錘擊能力有限，廣泛應(yīng)用于中小型鍛件的生產(chǎn)。 ? ③自由鍛是靠人工操作來控制鍛件的形狀和尺寸，所以鍛件的精度差，鍛造生產(chǎn)率低，勞動強度較大。 ? 自由鍛造具有以下三個特點：自由鍛造具有以下三個特點： ? ①自由鍛使用工具簡單，通用性強，靈活性大，因此適合單件小批鍛件的生產(chǎn)。 ? 塑性加工的產(chǎn)品主要有原材料、毛坯和零件三大類。 ?鑄鋼所用型砂須有良好的透氣性、耐火性、強度和退讓性。 鑄鋼件 ?鑄鋼分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼； ?鑄鋼的特點：綜合力學性能高于各類鑄鐵，不僅強度高，且有優(yōu)良的塑性和韌性，焊接性好； ?缺點：晶粒粗大、組織不均勻，常存在一些殘余應(yīng)力，需進行熱處理。 特點：收縮大，流動性差。 特種鑄造 ?熔模鑄造； ?金屬型鑄造； ?壓力鑄造； ?離心鑄造。 砂型鑄造 ?砂型鑄造的生產(chǎn)過程及其特點 砂型鑄造的生產(chǎn)工藝流程見書圖10－ 14。 鑄造應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋 ?熱應(yīng)力；機械應(yīng)力； ?鑄件的變形及其防止： 變形－－鑄件厚的部分受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力超過合金的屈服極限時，鑄件就會產(chǎn)生變形。 影響收縮的因素 ?合金成分； ?澆注溫度； ?鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型 鑄件中的縮松和縮孔 ?縮孔：存在于鑄件上部或最后凝固的部位，縮孔的外形特征：多呈倒錐形，內(nèi)表面不光滑。 第 10章 鑄造 前言 ?鑄造的概念； ?鑄造的特點； ?鑄造的缺點。 選材的一般原則 ? 使用性能； ? 工藝性能； ? 經(jīng)濟性能。當其在使用過程中，因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計功能，使其低效工作或無法工作或提前退役的現(xiàn)象稱為失效。 不銹鋼的成分、熱處理、性能 鋼號 主 要 化 學 成 分 , % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Cr Ni Ti 類 別 機械性能 ? ?b MPa ?s MPa ?5 % HRC HB 1Cr13 ? 12~ 14 950~ 1000水 ,油 700~ 750 4Cr13 ~ 12~ 14 1050~ 1100 油 200~ 300 M型 540 345 680 400 25 4 159 50 1Cr17 ? 16~ 18 780~ 850 正火 0Cr18Ni9 ? 17~ 19 8~ 12 1010~ 1150 水 F型 A型 AF型 450 205 520 205 22 40 183 187 1Cr18Ni9Ti ? 17~ 19 9~ 12 ? ~ 920~ 1150 水 520 205 40 187 1Cr21Ni5Ti ~ 20~ 22 ~ ? ~ 950~ 1100水 ,空 600 350 20 ２ . 耐熱鋼 抗氧化性： 金屬在高溫下的抗氧化能力 熱強性： 熱強性是指鋼在高溫下的強度 用途： 鍋爐、燃氣輪機等 類 別 鋼號 主 要 化 學 成 分 , % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Cr Ni Ti M型 1Cr13 ? 12~ 14 950~ 1000油 700~ 750 1Cr11MoV ~ 10~ Mo ~ 1050~ 1100空 720~ 740 A型 1Cr18Ni9Ti ? 17~ 19 8~ 11 ? ~ 920~ 1150 水 機械性能 ? ?b MPa ?s MPa 540 345 490 685 520 205 ?5 % 20 40 HB 159 159 187 ３ . 耐磨鋼 ZGMn13 熱處理 ： 1000℃ ～ 1100℃ ，保溫，水冷 →A，硬度低，韌性高。 加入 Cr 、 Al等，生成致密的表面氧化膜 。 穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。 最終熱處理 —— 淬火 + 高溫回火 最終組織 —— 回火 T 或 回火 S 3．量 具用鋼 —— 卡尺、千分尺、塞規(guī)等 性能 —— 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性。 （２）熱模具鋼 —— 熱鍛、熱擠壓、壓鑄模等。 最終組織 （右圖）：回火 M + 粒狀碳化物 + 少量 A 39。 高淬透性 —— 尺寸不大時可空冷淬火， Cr 等元素提高淬透性。 鋼號 主要化學成分， w / % 熱處理及性能 C Mn Si Cr 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC 9SiCr ~ ~ ~ ~ 860~ 880油 180~ 200 60~62 CrWMn ~ ~ ~ ~ 820~ 840油 140~ 160 62~65 （摘自 GB/T1299－ 2023） 熱處理 —— 球化退火 （ + 機加工） + 淬火 + 低溫回火 最終組織 —— 回火 M + 合金碳化物 + 少量 A 39。 1． 合金刃具鋼 2． 合金模具鋼 3． 量具用鋼 合金工具鋼 1． 合金刃具鋼 （１）性能要求 高硬度 —— 機加工刀具 HRC＞ 60 高耐磨性 —— 刀具壽命和生產(chǎn)率 ↑ 組織 要求 —— 硬而細小的碳化物，均勻分布在強而韌的鋼基體中。 性能 —— 高接觸疲勞強度、高硬度和耐磨性，韌性、淬透性好。 汽車曲軸 4． 彈簧鋼 成分 —— w(C)=～ %， Si, Mn為主要元素，提高屈強比。 性能 —— 綜合機械性能高 調(diào)質(zhì)鋼 的牌號（摘自 GB/T3077－ 1999） 淬 透 性 鋼號 主 要 成 分 , % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Mn Si Cr 低 45 ~ ~ ~ 830~ 840水 580~ 640空 40Cr ~ ~ Cr ~ 850油 500 水，油 中 高 35CrMo ~ ~ Cr ~ 850油 550 水，油 38CrMoAlA ~ Al ~ Cr ~ 940 水，油 640 水，油 40CrMnMo ~ ~ Cr ~ 850油 600 水，油 機械性能 ? ?b MPa ?s MPa aKU2 J ?600 ?355 39 40MnB ~ ~ ~ 850油 500 水，油 980 785 47 980 785 47 980 835 63 980 835 71 980 785 63 熱處理 組織 —— 表層 ：回火 S 應(yīng)用 40Cr，