1、8.3 部件的全生命评价,产品全生命周期评价（LCA：Life Cycle Assesment)研究起源于20世纪60年代的能源危机，在70年代初期，该研究主要集中在包装废物问题上，如美国中西部研究所(Midwest Research Institute，简称MRI)对可口可乐公司的饮料包装瓶进行的，从原材料采掘到废弃物最终处置的全程跟踪与定量研究。1990年8月，国际环境毒理学和化学学会(SETAC)在有关生命周期评价的国际研讨会上，首次提出了“生命周期评价”的概念，并成立了LCA顾问组，负责LCA方法论和应用方面的研究。与此同时，欧洲一些国家先后制定了一系列促进LCA的政策和法规，如“生态
2、标志计划”、“生态管理与审计法规”、“包装及包装废物管理准则”等。 国际标准化组织ISO1993年6月成立了负责环境管理的技术委员会TC207，负责制订生命周期评价标准。继1997年发布了第一个生命周期评价国际标准ISO14040环境管理生命周期评价原则与框架后，先后发布了ISO14041环境管理生命周期评价目的与规范的确定和清单分析、ISO14042环境管理生命周期影响评价、ISO14043生命周期评价中的生命周期解释、ISO/TR14047ISO14042应用示例和ISO/TR14049ISO14041应用示例等文件。,生命周期(Life Cycle)的概念： 对于某个产品而言，就是从自然
3、中来回到自然中去的全过程，也就是既包括制造产品所需要的原材料的采集、加工等生产过程，也包括产品贮存、运输等流通过程，还包括产品的使用过程以及产品报废或处置等废弃回到自然过程，这个过程构成了一个完整的产品生命周期。-产品系统和周围环境不断交互的过程。 实施绿色设计和绿色制造的关键是要对不同设计方案的环境影响进行综合分析和评价，LCA技术正成为绿色设计和绿色制造实施的重要工具。 8.3.1 能耗和排放低能耗、低污染、低排放,LCA应用的成功案例-钢铁企业的节能与减排 自1996年以来,我国钢铁产量连续5年突破1亿吨,居世界第一位。然而,钢铁工业也是资源消范能源消耗和污染环境的大户。进入21世纪,钢
4、铁工业严重的环境状况已成为冶金界的热门话题。为了从根本上解决钢铁工业日益严重的环境问题, 要研究钢铁产品的“生命周期”(LifeCycle), 从钢铁厂设计、原料的制备、产品的生产、产品的使用,一直到产品使用后的回收等各个环节,使每个环节都能符合保护生态环境和维护可持续发展的要求。 1999年,东北大学和河北理工学院合作,就唐钢能耗现状及系统节能对策进行全面研究,形成了一套系统节能方案。实施两年，唐钢不仅吨钢能耗连年降低,而且吨钢环境负荷也逐年减轻,为唐钢进一步开展节能、降耗、环保创造了良好条件。,LCA研究内容： 1.对企业现有环境负荷进行全面调查,摸清环境负荷的底细,找出存在的差距和原因。
5、 2.应用LCA方法,对主要产品即主要生产作业线进行半生命周期环境负荷评价,找出影响吨产品环境负荷的主要因素;分析主要原料、辅助原料、能源和产品变化(种类、质量、流量、价格)对单位产品环境负荷的影响。 3.应用“-p分析法”,分析各生产工序环境负荷,分析各工序的环境负荷()和各工序钢比系数(p)对企业吨钢环境负荷的影响,建立吨钢能耗、吨钢环境负荷与大气排放(污染物浓度监测值)之间的数量关系。 4.在搞清环境负荷现状的基础上,制定出清洁生产的实施规划,提出降低环境负荷、清洁生产对策,为企业创造全国清洁生产作业线提供理论指导。 5.研究物质的减量化和碳的减量化,排放物的再资源化、再能源化和无害化处
6、理技术,提高物质循环的封闭程度和能源的有效利用程度。 6.研究钢铁制造过程与其它行业的关系,排放物成为其它行业资源的可能性,钢铁企业处理污水和城市垃圾等环保技术,构造唐山地区工业生态链。 7.建立企业环境负荷分析评价数学模型,开发相应软件,使上述研究工作经常化、科学化和程序化。,参考：产品绿色设计全生命周期评价方法研究现状及展望，现代制造技术与装备，2006.1，p.8-13.,8.3 .2 典型部件的选材分析 8.3.2.1 齿轮类机械零件的选材分析 齿轮是各类机械、仪表中应用最广泛的传动零件，作用:传递扭矩，调整速度及改变方向。 1.工作条件分析 一对齿轮副运转工作时，两齿面啮合运动，工作
7、条件为： (1)因传递扭矩而使齿根部受到弯曲应力； (2)同时使齿面有相互滚动和滑动摩擦的摩擦力； (3)在轮齿面窄小接触处承受很大的交变接触压应力； (4)由于换档、启动或啮合不均，使齿轮承受一定冲击载荷作用； (5)瞬时过载、润滑油腐蚀及外部硬质磨粒的侵入等情况，加剧齿轮工作条件的恶化。,传递扭矩；调节速度、改变运动方向。 1. 工作条件与受力分析 (1) 弯曲疲劳强度、接触疲劳强度 （2）齿面强烈的摩擦、磨损 （3）承受冲击载荷作用。,2.常见的主要失效形式 （1）断齿（过载：24.4%；疲劳：36.8%）除因超载而脆性折断(多发生在轮齿的硬齿面齿轮或脆性材料制造的齿轮上)外，多数断齿源
8、于弯曲疲劳。(2) 齿面麻点（接触疲劳）：20.3% 齿面承受大的交变接触应力作用，因表面疲劳使齿面表层产生点状、小片剥落的破坏。（齿轮最常见的失效形式） （3）齿面磨损：13.2%两种情况：一、摩擦磨损高速重载齿轮运转时，因齿面摩擦产生大量的热，造成润滑膜破坏，促使齿面软化，致使齿面过度磨损。轻度的摩擦磨损称为擦伤，严重者称为胶合。 二、磨粒磨损外来硬质点嵌入相互啮合的齿面间，使齿面产生机械磨损。,齿轮的轮齿疲劳断裂失效宏观形貌,3.主要性能要求对齿轮材料的性能要求是： 1）高的弯曲疲劳强度，特别是齿根处要有足够的强度，使运行时产生的弯曲应力不致造成疲劳断裂。 2）高的接触疲劳强度、表面硬度
9、和耐磨性，防止齿面损伤。 3）足够高的齿轮心部强度和冲击韧性，防止过载与冲击断裂。 4）良好的切削加工性，淬火变形小，以获得高的加工精度和低的表面粗糙度值，以提高齿轮抗磨损能力。注：齿轮副中两齿轮齿面硬度值应由一定差值，因小齿轮的齿根薄、轮齿受载次数多，故小齿轮硬度应比大齿轮高些。一般两齿轮齿面硬度差：软齿面为30-50HBS,硬齿面为5HRC左右。（软齿面：齿面硬度350HBS, 硬齿面350HBS）,4.齿轮类零件的选材分析齿轮类零件绝大多数选用调质钢或渗碳钢系列。经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有良好韧性，能满足使用性能要求。对于尺寸较大（直径400mm）形状复杂并承受一定冲
10、击载荷的齿轮，毛坯用锻造难加工时，也常用铸钢。如矿山机械中的大型从动齿轮，由于尺寸很大，淬火不能淬透，通常不作淬火处理，可选用ZG45等，在铸造正火状态下使用。 1）轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮 选用中碳钢 40、45、50、50Mn钢等制造，常用正火或调质等热处理制成软齿面齿轮，正火硬度为160200HBS；调质硬度一般为200280HBS。因硬度适中，精切齿廓可在热处理后进行。工艺简单、成本低。齿面硬度不高易于跑合，承载能力不高，用作标准系列减速箱齿轮，冶金机械、重型机械和机床中的一些次要齿轮。,2）中载、中速受一定冲击载荷、运动平稳的齿轮选用调质钢系列：45，40Cr，
11、42SiMn等。最终热处理可采用高频/中频淬火及低温回火，制成硬齿面齿轮，齿面硬度达50-55HRC,齿心部保持原正火或调质状态，具有较好的韧性。机床中大多数齿轮属于此类。 3）重载、高速或中速，受较大冲击载荷的齿轮 选用渗碳钢系列，如20Cr、20CrMnTi等。热处理是渗碳、淬火、低温回火，齿轮表面获得5863HRC高硬度，因淬透性较高，齿心部有较高的强度和韧性。这种齿轮的表面耐磨性、抗接触疲劳强度和齿根的抗弯强度及心部的抗冲击能力都比表面淬火的齿轮高。但热处理变形大，精度要求高时，最好一般要安排磨削。 加工工艺路线：下料锻造正火机械加工渗碳淬火低温回火磨削。用作工作条件繁重、恶劣的汽车、
12、拖拉机变速箱和后桥中齿轮,5.典型齿轮的选材分析 机床类齿轮 由于工作条件较好（无强烈冲击、工作平稳），对机床齿轮齿轮的表面耐磨性和心部韧性要求不很高。大多可选调质钢（45、40Cr等）制造，经正火或调质处理后再经感应加热表面淬火强化，齿面硬度可达5058HRC，齿轮心部硬度为220250HBS。加工工艺路线为：下料锻造正火粗加工调质精加工高频淬火低温回火磨削 成品。,（2）汽车、拖拉机齿轮 与机床齿轮相比，工作时受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度、冲击韧度等性能要求比一般机床齿轮高。 通常使用合金渗碳钢（20CrMnTi, 20MnVB）制造，经渗碳、淬火及低温回火后，其齿面
13、硬度可达5862HRC,心部硬度3045HRC。由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可使心部获得较高的强度和冲击韧性，为进一步提高齿轮的抗疲劳性能，还可进一步喷丸处理，增大表层压应力。 加工工艺路线：下料锻造正火机械加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削 成品。 内燃机车、坦克的动力牵引齿轮、飞机上的变速齿轮等的负载和工作条件比汽车更重、更恶劣，应选用合金元素含量更高的合金渗碳钢（ 18Cr2Ni4WA ），以获得更高的强度和耐磨性,【例题1】 C618机床变速箱齿轮（该齿轮尺寸不大，其厚度为15mm）工作时转速较高，性能要求如下：齿的表面硬度5056HRC，齿心部硬度2225HRC，整体强度b=760
14、800MPa，整体韧性K=4060J/cm2 请从材料：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V中进行合理选用，并制订其工艺流程。【例题2】 有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为5863HRC，齿心部硬度3345HRC，其余力学性能要求为：b 1000Mpa ,-1440Mpa , K 95J/cm2 。试从“例题1”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。,【例题1】 C618机床变速箱齿轮（该齿轮尺寸不大，其厚度为15mm）工作时转速较高，性能要求如下：齿的表面
15、硬度5056HRC，齿心部硬度2225HRC，整体强度b=760800MPa，整体韧性K=4060J/cm2 请从材料：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V中进行合理选用，并制订其工艺流程。 1.分析普通车床中的变速箱齿轮是主传动系统中传递动力的齿轮。要求有一定的强度和轮齿的心部硬度及韧性。这种齿轮在工作中转速较高，齿表面要求有较高的硬度以保证耐磨性。但同汽车、拖拉机变速齿轮相比，一般机床齿轮工作时相对比较平稳，承受冲击负荷很小，传递的动力也不很大。所以上述要求都不是太高，例如齿表面硬度只要求5056HRC，显然不需要采用化学热处理（如渗
16、碳）。整体的强度、韧性经调质可以达到。因此，选用淬透性适当的调质钢经调质处理后，再经高频表面淬火和低温回火即可达到要求。这种齿轮的尺寸不大，尤其是厚度甚小（15mm），可选用优质碳素结构钢，水淬即可使截面大部分淬透，回火后基本上能满足性能要求。因此，从所给钢种中选择45钢制造合适。 2.解答 选用45钢制造，较为合适。其加工工艺路线为：下料锻造正火（840860空冷）机加工调质（840860水淬，500550回火）精加工高频表面淬火（880900水冷）低温回火（200回火）精磨。,3.常见错误剖析 选用20CrMnTi或38CrMoAl钢制造。错在此种选材法不符合经济性原则，即大材小用。4.更
17、正措施遵循选材的三项基本原则，应选用45钢较为合适。5.联想与归纳 要做到正确、合理地选材，必须遵循选材的三项基本原则。即首先应考虑满足材料的力学性能原则，在此前提下充分兼顾材料的工艺性能原则，还要同时考虑材料的经济性原则。,【例题2】 有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为5863HRC，齿心部硬度3345HRC，其余力学性能要求为：b 1000Mpa ,-1440Mpa , K 95J/cm2 。试从“例题1”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。 1.分析 此载重汽车变速箱齿轮在工作时负荷较重，每个齿受交变弯矩
18、的作用，因此要有高的强度和高的疲劳强度。齿轮还受到较大的冲击，故要求有高的冲击韧性。齿表面为防止磨损，要求具有高硬度和高耐磨性（HRC）。每个齿除受较大的弯矩外，齿表面还承受较大的压力。因此不仅要求齿表面硬度高，耐磨，还要求齿心部具有一定的强度和硬度（5HRC）。根据以上分析，可知该汽车齿轮的工作条件比机床齿轮要求苛刻，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比机床齿轮要高。从例题所列钢种中，调质钢钢不能满足使用要求（表面硬度只能达5056HRC）。 38CrMoAl为氮化钢，氮化层较薄，适合应用于转速快，压力小，不受冲击的使用条件，故其不适合做此汽车齿轮。 渗碳钢20CrMn
19、Ti经渗碳热处理后，齿表面可获得高硬度（ HRC）、高耐磨性。由于该钢淬透性好，齿心部可获得强韧结合的组织，具有较高的冲击韧度，故可满足使用要求。因此该载重汽车变速箱齿轮选用 20CrMnTi钢制造。,2.解答 制造该齿轮的适宜钢种为20CrMnTi ，其加工工艺路线为： 下料锻造正火（950970空冷）机加工渗碳（920950渗碳68小时）预冷淬火（预冷至870880油冷）低温回火喷丸磨齿。 其中每一步热处理的目的及相应组织为： 正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性。经正火后的组织为S。 渗碳：表面获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性。渗碳温度下对应的组织为+K。 预
20、冷淬火：齿表面获得高硬度、高耐磨性，其对应的组织为高碳+碳化物+残余A；齿心部强、韧结合，对应的组织为低碳+F+S。 再经低温回火后，减少淬火应力、稳定组织，其相应组织为：表面M回+ K + A残 ，心部M回+ F + S 。,(1)传递扭矩，承受交变扭转载荷，往往还有交变弯曲应力。有时还承受拉-压轴向载荷作用。 (2)局部（轴颈或花键等处）承受较大的摩擦和磨损。 (3)大多承受一定的过载或冲击载荷作用。,8.3.2 .2 轴类机械零件的选材分析 1.工作条件分析,轴类零件，如机床主轴与丝杠、内燃机曲轴、气轮机转子轴以及仪器仪表的轴等，是各种机械中的关键性零件，一切做回转运动的零件如齿轮、皮带
21、轮等都装在轴上，轴的质量直接影响机器的运转精度和工作寿命。主要作用是支承传动零件并传递运动和动力(扭矩)，工作条件为：,2.常见的主要失效形式 (1)断裂 除少数由于大载荷或冲击载荷的作用、轴发生折断或扭断外，大多数由于交变载荷的长期作用而造成的疲劳断裂，以扭转疲劳为主，也有弯曲疲劳。疲劳断裂是轴类零件最主要的失效形式； (2)磨损失效 由于轴相对运动的表面如轴颈处过度磨损而导致磨损失效 (3)变形或腐蚀失效等个别情况下发生过量弯曲或扭转变形失效，或腐蚀失效,3. 主要性能要求 根据工作条件和失效形式分析，轴用材料需满足以下性能要求： 1）高的疲劳强度，防止疲劳断裂 2）良好的综合力学性能，即
22、强度和塑性、韧性有良好的配合， 为防止过载和冲击断裂 3）较高硬度和良好的耐磨性，防止轴颈、花键等局部承受摩擦的地方过度磨损。,4. 轴类零件的选材分析轴类零件是典型的疲劳失效零件，由于疲劳极限难以确定，一般通过建立疲劳与普通拉伸性能之间的经验关系来解决。,通常钢的强度指标b和s愈高，疲劳极限-1也愈高， 而且与钢中的第二相质点的形状、数量、大小和分别有关 。第二相质点往往是疲劳源的形成处，因此用b表示-1， 为了更精确，还应考虑与第二相质点有关的塑性（ ）性能指标。,上式适用于低中强度钢。 由(8-1)式可知，要求钢有较高 的疲劳极限，也就是要求钢有较高的强韧性配合。此外材 料的弯曲疲劳极限
23、-1和抗压疲劳极限-1p以及扭转疲劳极 限-1之间还有以下关系：,(8-1),（钢）,（铸铁）,（钢及轻合金）,（铸铁）,(8-3),(8-2),(8-5),(8-4),因此，为了兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力，轴一般用中碳钢或中碳合金调质钢制造。轴选材的原则为： 1.受力小，不重要的轴一般用普通碳素钢。,2.受弯扭交变载荷的一般轴广泛使用中碳钢，经调质或正火处理。要求轴颈等处耐磨蚀，可局部表面淬火。,3.同时承受轴向和弯扭交变载荷，又承受一定冲击的较重要的轴，可选用合金调质钢，如40Cr，40MnB，40CrNiMo等，经调质和表面淬火。,4.承受较重交变载荷、冲击载荷和强烈摩擦的轴，可选
24、用低合金渗碳钢渗碳淬火回火，如20Cr，20CrMnTi等。,5.承受较重交变载荷和强烈摩擦，转速高、精度要求高的重要轴，可选用氮化钢调质后氮化处理，如38CrMoAl。,6.对主要经受交变扭转载荷、冲击较小、要求耐磨又结构复杂的轴，可选用球墨铸铁；对大型低速轴可采用铸钢。,5. 典型轴类零件的选材分析1）机床主轴 以C616-416车床主轴（右）为例，分析其选材与热处理方法车床主轴承受交变弯曲应力和扭转应力，由于承受的载荷与转速均不高，受冲击也不大，故材料具有一般的综合力学性能即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体，因经常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，故这些部位要求较高的硬度
25、与耐磨性。该主轴在滚动轴承中运转，轴颈硬度为220250HBS。,根据上述分析，该主轴可选用45钢（车床主轴的载荷较大时，可用40Cr钢制造）。热处理技术条件为：整体调质，硬度220250HBS；内锥孔与外锥体淬火，硬度45-50HRC；花键部位高频淬火，硬度48-53HRC。,45钢虽属于淬透性较差的钢种，但由于主轴工作时最大应力分布在表层，同时主轴设计时，往往因刚度与结构的需要已加大了轴径，强度安全系数较高。又因在粗车后，轴的形状较简单，在调质淬火时一般不会有开裂的危险。因此，不必选用合金调质钢，而可采用价廉、可锻性与切削加工性皆好的45钢。,由于主轴上阶梯较多,直径相差大,宜选锻件毛坯。
26、材料经锻造后粗略成型，可节约原材料和减少加工工时，并可使主轴纤维组织分布合理和提高力学性能。 内锥孔与外锥体用盐炉快速加热并水淬。花键采用高频淬火以减少变形并达到表面淬硬的目的。由于轴较长，且锥孔与外锥体对两轴颈的同轴度要求较高，故锥部淬火应与花键淬火分开进行，以减少淬火变形;随后用粗磨纠正淬火变形， 然后再进行花键的加工与淬火，其变形可用最后精磨予以消除。 C616车床主轴的加工工艺路线：下料锻造正火机械粗加工调质机械半精加工(除花键外)局部淬火、回火(锥孔、外锥体) 粗磨(外圆、外锥体及锥孔) 铣花键花键高频淬火、回火精磨(外圆、外锥体及锥孔)。,对于有些机床主轴如万能铣床主轴，也可用球墨
27、铸铁(QT700-2)代替45钢制造。对于高精度、高尺寸稳定性及耐磨性的主轴如镗床主轴，常选用38CrMoAlA钢制造，经调质处理后再氮化处理。附表：常用机床主轴工作条件、选材及热处理工艺,（2）内燃机曲轴 曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的零件之一，它在工作时受汽缸中周期性变化的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力及扭转振动和冲击力作用。,根据内燃机转速不同，选用不同材料。通常低速内燃机曲轴选用正火态的45钢或球墨铸铁制造;中速内燃机曲轴选用调质态45钢或球墨铸铁、调质态中碳低合金钢40Cr、45Mn2、50Mn2等制造;高速内燃机曲轴选用高强度合金钢35CrMo、42CrMo、18
28、Cr2Ni4WA等制造。,内燃机曲轴的加工工艺路线为:,下料锻造正火粗加工调质精加工轴颈表面淬火+低温回火精磨成品。,各热处理工序的作用与上述机床主轴相同,曲轴,近年常用球铁（如QT700-2）代替45钢造曲轴、工艺路线: 熔炼铸造正火+高温回火机械加工轴颈表面淬火+低温回火成品 这种曲轴质量关键是铸造质量，首先要保证球化良好并无铸造缺陷，再经正火增加组织中珠光体含量和细化珠光体片，以提高其强度、硬度和耐磨性;高温回火目的是消除正火风冷所造成的内应力。几种曲轴用材及热处理见下表。,8.3.2.3 汽轮机叶片的选材分析,叶片是汽轮机的关键部件，直接起着将蒸气或燃气的热能转为机械能的作用,8.3.
29、2.3 汽轮机叶片的选材分析,叶片是汽轮机的关键部件，直接起着将蒸气或燃气的热能转为机械能的作用1.叶片的工作条件、失效方式及性能要求1）叶片的工作条件(1)受蒸气或燃气弯矩的作用,2）叶片的失效方式：蠕变变形、断裂（包括振动疲劳断裂、应力腐蚀开裂、蠕变疲劳断裂及热疲劳开裂）和表面损伤（氧化、电化学腐蚀和磨损）,(2)承受中、高压过热蒸气的冲刷或湿蒸气的电化学腐蚀或高温燃气的氧化和腐蚀,(3)受湿蒸气中的水滴或燃气中的夹杂磨损,(4)气流作用的频率与叶片自振频率相等时产生的共振力作用,3)对叶片的性能要求(1)高的室温、高温强度、塑性及韧性，以防止蠕变变形和疲劳断裂,(2)高的化学稳定性，防止
30、氧化、腐蚀及应力腐蚀开裂,(3)导热性好，热膨胀系数小，以防热疲劳破坏,(4)减振性好，以防共振疲劳破坏,(5)良好的冷热加工性能，以利于叶片成型，提高生产效率,2. 叶片的选材及热处理叶片材料的选择取决于工作温度。1）对中、低压气轮机，叶片工作温度500，失效主要方式不是蠕变，而是共振疲劳和应力腐蚀开裂。因此，除在结构设计上避免共振外，应选用减振性能好的1Cr13和2Cr13马氏体不锈钢。对工作于过热蒸气中的前级叶片，虽温度较高(450-475),但腐蚀不明显，可采用低合金钢20CrMo进行氮化、镀铬或堆焊硬质合金。,汽轮机后级叶片的工艺路线：下料 模锻退火机加工调质热整形去应力退火机架工叶
31、片根镀硬铬抛光磁粉探伤成品退火是为了消除锻造应力，细化组织，改善切削加工性，为调质作组织准备；调质是为了使叶片获得良好的综合力学性能和高温强度；热整形可提高叶片精度，校正热处理变形；去应力退火是为了消除热整形内应力；镀硬铬是为了提高抗氧化和耐蚀性。,2）对于高压汽轮机，叶片工作温度高于500，蠕变破坏是主要失效方式，1Cr13已不能满足热强性要求，应选用1Cr18Ni9Ti。工作温度低于600的高压汽轮机叶片也可选用马氏体耐热钢 5Cr11MoV, 18Cr12WMoVNb.,8.4 本章内容小结一个机械产品的设计应包括结构设计、工艺设计和材料设计三部分，机器零件的正确选材、合理用材是机械工程
32、技术人员的基本任务之一，也是本课程的主要学习目的。同时也要了解材料的全生命评价思想。本章的主要内容有二：一是掌握机械零件用材合理选用的三条基本原则；二是熟悉齿轮和轴这两类典型零件材料选用的分析。失效与失效分析方法是科学选材的基础，在进行使用性能分析时，应紧密结合机械零件常见失效形式，正确、实事求是地分析工作条件，找出其中最关键的力学性能指标，同时还必须充分考虑到零件的工艺性与经济性。,承受一定载荷的齿轮类零件的用材大体上可划分为两类：机床类齿轮，承受一定载荷，主要要求较高疲劳强度与耐磨性，足够的冲击韧度及良好切削加工性等，一般可选用调质钢，经调质（或正火）加表面强化（高频处理或氮化等）；另一类
33、是以汽车、拖拉机变速齿轮为代表，承受中高速、重载，特别是较大冲击载荷作用，一般可选渗碳钢，经渗碳+淬火+低温回火处理。对于轴类零件的选材，在兼顾强韧性的同时，还要提高局部轴颈等处的疲劳抗力、耐磨性等，可用调质钢经调质+局部表面淬火、低温回火达到。值得注意的是当承受冲击载荷不大时可选用球墨铸铁代钢，用以制造内燃机、汽车、拖拉机的曲轴等，这已成为一种新趋势。,如第二代解放牌汽车J130汽车、东风及东风4型内燃机车的曲轴均使用球墨铸铁（或合金球墨铸铁）制造。虽然球墨铸铁的塑性、韧性远低于锻钢，但在一般发动机中，由于对塑韧性要求并不太高，而且球墨铸铁的缺口敏感性小，实际球墨铸铁的疲劳强度并不明显低于锻
34、钢，而且可通过表面强化（如滚压、喷丸等）处理大大提高其疲劳强度，其效果优于锻钢，因而在性能上完全可以代替调制碳钢。,课外作业 机械工程材料正确选用的基本原则是什么？ 何谓“失效”？零件失效的三种基本类型？ 齿轮类零件常见的失效形式有哪些？ 4. 试确定下列工作条件下的齿轮材料，并写出该齿轮的加工工艺 路线，说明每道热处理工艺的作用和所获得的组织。1）齿轮尺寸较大（d分400600mm）,轮坯形状复杂，不易锻造时（ d分 为分度圆直径）2）表面要求耐磨的一般精度的机床齿轮3）当齿轮承受较大的载荷，要求硬的齿面和强韧的齿心时； 5. 选择下列零件的材料并说明理由，制定其加工工艺路线，并说明其中各热处理工序的作用： （1）机床主轴； （2）镗床的镗杆 （3）汽车、拖拉机曲轴,
