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第 10 章 工程材料的选择 教学基本内容： 1、机械零件的失效分析； 2、选材的基本原则； 3、典型零件的选材。 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 1、掌握机械零件选材的基本原则； 2、熟悉典型零件的选材； 3、了解机械零件的失效分析方法。 教学重点及难点： 1、重点： 1）机械零件选材的基本原则； 2）典型零件的选材。 2、难点： 1）机械零件的失效分析； 2）根据机械零件的工作条件，选择合理的材料，并制定其热处理工艺。 教学方法及手段： 1、PPT讲解； 2、课堂讨论。 作业、讨论题、思考题： 1、分析与讨论轴类零件的工作条件，选择合理的材料，并制定其热处理工艺？ 2、分析与讨论齿类零件的工作条件，选择合理的材料，并制定其热处理工艺？ 3、分析与讨论箱体类零件的工作条件，选择合理的材料，并制定其热处理工艺？ 第十章 机械零件选材 第一节 机械零件的失效分析 一、失效的概念 ① 零件完全破坏，不能继续工作； ② 严重损伤，继续工作不安全； ③虽能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。 二、零件工作条件、失效形式及要求的力学性能 零件 工作条件 失效形式 要求的力学性能 应力种类 载荷性质 其它 紧固螺栓 拉、剪 应力 静 过量变形、断裂 强度、塑性 传动轴 弯、扭 应力 循环 冲击 轴颈处摩擦 ，振动 疲劳破坏、过量变形、轴颈处磨损 综合力学性能 传动齿轮 压、弯 应力 循环 冲击 强烈摩擦 ，振动 磨损、疲劳麻点、齿折断 表面高硬度及疲劳极限，心部较高强度、韧性 弹簧 扭应力（螺旋簧）弯应力（板簧） 循环、冲击 振动 弹性丧失、 疲劳破坏 弹性极限、屈强比、疲劳极限 油泵柱塞副 压应力 循环、冲击 摩擦，腐蚀 磨损 硬度、抗压强度 冷作模具 复杂应力 循环、冲击 强烈摩擦 磨损、脆断 硬度、足够的强度、韧性 压铸模 复杂应力 循环、冲击 高温 热疲劳、脆断、 磨损 高温强度、抗热疲劳性、足够的韧性与热硬性 第二节 选材的基本原则 一、材料的最终性能应满足零件的技术要求 1、通常以бb(б0.2)作为零件的设计指标。 бb(б0.2)愈高，机器愈轻，寿命愈长； 2、塑性指标（δ、ψ）不能直接用于设计计算，它的主要作用是增加零件抗过载能力（如应力集中），提高零件的安全性； 3、硬度（HRC、HBS）作为加工工艺的最终检验指标。 二、材料的工艺性能良好： 1、铸造性能的比较 2、锻造性能比较 1）低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢较差； 2）低合金钢可锻性近于中碳钢，高合金钢的较差； 3）铝合金：因锻造温度范围窄，可锻性并不很好； 4）铜合金的可锻性一般较好。 3、焊接性能 1）铜合金和铝合金的焊接性能较差； 2）灰口铸铁基本上不能焊； 3）低碳钢和碳含量低于0．18％的合金钢有较好的焊接性能，碳含量大于0．45％的碳钢和碳含量大于0．35％的合金钢的焊接性能较差。碳含量和合金元素含量越高，焊接性能越差。 4、切削加工性能 三、充分考虑经济性 常用金属材料的相对价格 材 料 相对价格 材 料 相对价格 碳素结构钢 低合金高强度结构钢 优质碳素结构钢 易切钢 合金结构钢（铬镍除外） 铬镍合金结构钢 滚动轴承钢 碳素工具钢 低合金工具钢 高速钢 硬质合金 1 25 3～1.5 7 1.7-2.5 5 3 6 3—4 16-20 150-200 铬不锈钢 铬镍不锈钢 普通黄铜 锡青铜、铝青铜 灰铸铁件 球墨铸铁件 可锻铸铁件 碳素铸钢件 铸造铝合金、铜合金 铸造锡基轴承合金 铸造铅基轴承合金 ５ １５ 13-17 19 -1.8 -1.4 -1.5 2.5-3 8-10 23 10 常用热处理的相对加工费用 热处理方法 相对加工费用 热处理方法 相对加工费用 退火（电炉） １ 调质 2．5 球化退火 １．８ 盐浴炉淬火及回火 刀具、模具 6-7．5 正火（电炉） １ 结构零件 3 渗碳淬火＋回火 ６ 冷处理 3 氮化 ３８ 高频感应加热淬火 按淬火长度计算，一般比渗碳淬火价廉 第三节 典型零件材料的选择 2