3第3章 机器零件用钢DOC

第3章机器制造结构钢

1、了解机械制造结构钢的服役条件，理解主要失效形式、性能要求和合金化特点，掌握强韧化机理；

2、理解调质钢、非调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、低碳马氏体钢、合金渗碳钢、氮化钢、耐磨钢的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；

3、理解零件材料选择的基本原则和思路并简单运用。

机械制造结构钢的强度和脆性；各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；零件材料选择的基本原则和思路。

各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；运用理论知识选择零件材料。

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多媒体+讲授，案例

根据钢的生产工艺和用途，可分为：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。

3.1 概述

一、机器零件用钢的性能要求

1、具有良好的冷热加工工艺性

如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。

2、具有良好的力学性能

不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求。一般为亚共析

钢，低合金或中合金，优质钢或高级优质钢。

二、机器零件用钢合金化特点

主加元素：Cr、Mn、Si、Ni。主要作用：↑淬透性和力学性能。

辅加元素：Mo、W、V等↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。

最佳范围：获得最佳性能→称为极限合金化理论，结构钢常用范围为：<1.2%Si, <2%Mn，1~2%Cr, 1~4%Ni，< 0.5%Mo，<0.2%V, < 0.1%Ti，0.4~0.8%W。或是单独加入，或是复合加入。

三、零件材料和工艺选择途径

1、对于要求良好综合力学性能，零件选

①低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。为↑耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类为代表.

②回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温回火。为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高频感应加热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。

材料的途径为：

2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如低合金中碳马氏体钢。农业机械较多.

3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，进行中温回火。如弹簧钢。

4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬火+低温回火。如轴承钢。

辨证思维：由于不同机器零件的服役条件和失效方式不同，主要的设计依据和失效判据也不同，所以应合理选择钢的含碳量和热处理工艺。

应该明确：一般情况下，某零件制造的材料并不是唯一的；某一种钢采用不同的热处理工艺可以制造不同类型的零件；某一零件用某一材料制造，其热处理工艺方法也可能是多种的。

3.2 调质钢

基本情况：整体强化态钢均承受拉、压、扭等交变应力，大部分是整体受力。其主要失效形式是疲劳破坏。主要性能指标σ-1、Rm、AK、KIC等。总体上要求良好的综合力学性能。

主要应用：主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏体钢、超高强度钢等。

1、淬透性原则

淬透性相同的同类调质钢，可互相代用。0.25~0.45%C的合金钢经调质后室温性能变化屈服强度相同的碳钢和合金结构钢断面收缩率变化结构钢抗拉强度与硬度的关系结构钢是否淬透对屈强比的影响。

2、合金化及常用钢

含碳量在0.25~0.45%。常用合金元素作用：

Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向；Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向；Ni:↑基体韧度，Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆；Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向；V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。

在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来分级的。DC为油淬临界直

径：低淬透性合金钢: DC < 30~40mm, 有40Cr、40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等。

中淬透性合金钢: DC:40~60mm, 有40CrNi、42CrMo、40CrMn、30CrMnSi 等。

高淬透性合金钢: DC≥60~100mm, 有37CrNi3、40CrNiMo、40CrMnMo 等。

分析比较：40Cr→40CrNi→40CrNiMo

淬透性40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr；回脆性40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr

回稳性40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr；塑韧性40CrNi > 40Cr > 40CrNiMo

思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差别？

3、调质钢强韧化工艺的发展

正确认识性能指标：A K是一次大能量冲击性能指标，小能量多冲条件下工作的，很难正确反映。有些重要零件应以断裂韧度K IC来衡量。

由于服役条件差异，钢最佳综合性能也不一定都是高温回火态好。零件在承受冲击能量大时，钢强度应低些，塑性和韧度宜高些；冲击能量较小时，强度应高些。以达最佳配合。

综合强化工艺：如复合热处理，即热处理强化、表面处理及形变强化工艺结合起来。如汽车转向节园角处进行高频淬火处理后，疲劳寿命提高了50倍。

冷变形：如滚压、喷丸等冷变形方法的效果也比较好, 能提高零件寿命。

锻造余热淬火：既能节约能源、简化工序，又能细化组织，提高零件的强韧性。如柴油机连杆，已普遍采用锻造余热淬火工艺。

3.3 非调质机械结构钢

一、微合金元素对强韧化的贡献。

非调钢组织：主要是F+P+弥散析出K。

主要强化作用：细化组织和相间沉淀。

微合金化元素：Ti、Nb、V 、N等元素，V是主要的。

多元适量，复合加入：Nb-V-N和Ti-V等—主要贡献是细化组织。

复合微合金化非调质钢典型成分

二、获得最佳强韧化的工艺因素

相间沉淀析出示意图

三、组织因素对强韧性贡献的大小

间隙型碳氮化合物沉淀析出的强化量一般认为可提高150~400 MPa，甚至可达到600 MPa。

细化组织强化量大约在50 ~ 300 MPa，脆化矢量为- 0.66℃/ MPa。

其它强化机制都不同程度地降低韧度。

C、N原子的固溶强化，其脆化矢量分别为0.72℃/ MPa、1.97℃/ MPa；

Mn和Cr元素的脆化矢量为零；Si为0.53℃/ MPa。

铁素体中固溶C、N量极小，Mn和Si固溶量有限。所以固溶强化相对是较小的。在强化机制上，不同的成分和工艺是不同的，所以使钢的组织、性能也有很大的差异。

Mn 对非调质钢韧度的影响 V 、Ti 、Nb 对 强度的影响

四 非调质钢的优化设计 通过合适的成分配比和工艺控制可达到同时提高强度和韧度的目的。

(,),,m m p p p R R CU CU R CU f D f f D D ??????????=?+? ? ? ?????????+1/21/21/2,,()()m m r mp r r mp mp R R CU CU d R d d R R ---?????????+? ? ? ???????????

CU 为冲击韧性，Rm 为抗拉强度，D 是珠光体片间距，fp 是珠光体体积分数，dr 为奥氏体晶粒大小， △Rmp 是析出强化增量。

3.4 弹簧钢

一、弹簧的服役条件及性能要求

弹簧功能→储能减振

弹簧类型：板簧，螺簧，压簧、拉簧和扭簧等

典型的螺旋弹簧及板簧

其他要求: 冶金质量、表面质量。

思考题：为什么弹簧要求有好的表面质量，如表面不允许有裂纹、折迭、严重脱碳等缺陷?

二、常用弹簧钢及强化工艺

合金化：含碳量在0.60~1.05％,低合金弹簧钢在0.40~0.74％C。+ Si、Mn、Cr、V等合金元素。Cr和Mn主要是提高淬透性，Si提高弹性极限，V提高淬

透性和细化晶粒。

常用硅锰板簧钢有60Si2Mn 、55Si2Mn等。

60Si2Mn：①Si、Mn复合,强化F,→↑σe，σs/σb可达到0.8~0.9；②Si / Mn ↑淬透性，Ms不过分↓,开裂倾向小;③Si有效↑回稳性, 但↑脱C倾向;④Si、Mn复合，脱碳和过热敏感性较硅钢、锰钢为小。

常用螺旋弹簧钢有50CrV A等，50CrV A：①Cr 、V均↑回稳性, 韧性好；

②V细化晶粒,↓过热敏感性;③含Si少,脱C敏感性↓, 热处理不易脱C;常用于受应力高的螺旋弹簧及<300℃工作的阀门弹簧。

火车缓冲压缩螺旋弹簧热成形的三种热处理工艺

a)常规热处理b)热卷簧余热淬火c)高温形变热处理

思考题：大型弹簧为什么要先成形后强化，小型弹簧先强化后成形?小型弹簧成形后为什么进行低温退火?

热处理工艺→淬火和中温回火→回火屈氏体→具有一定的冲击韧度，较高的弹性极限、屈强比和最高的疲劳强度→关键问题：弹性参数和韧性参数之间的平衡或最佳配合。

左：60Si2Mn钢力学性能与回火温度的关系

右：55Si2Mn钢疲劳强度随回火温度的变化

形变强化效果好

板簧最适合形变强化：滚压、喷丸等冷变形强化强化都能有效地提高板簧使用寿命,如结合高温形变热处理则更好。板簧喷丸作用举例:

疲劳强度(MPa)

板厚/mm 未喷丸喷丸应力喷丸

13 390 470 800

11 350 700 850

3.5 滚动轴承钢

一、滚动轴承钢的工作特点及性能要求：滚动轴承由内、外圈和滚动体（珠、柱、锥、针）及保持器组成。

工作条件：

①高负荷→最大接触应力可高达3000~5000MPa

②高转速→ 循环周次高达每分钟数万次；

③高灵敏度→ 精度要求高→磨损、麻点→噪音

失效形式：接触疲劳破坏，麻点、剥落。

滚动轴承及其受到载分布情况

性能要求：高而均匀的硬度和耐磨性→足够淬透性和淬硬性，>60HRC ；

高接触疲劳强度→以免过早失效→保证材质、组织；一定韧度→承受冲击，以滚针保持架组件 滚子轴承 圆柱滚子推力轴承

圆锥滚子推力轴承

免碎裂；尺寸稳定性好→保证精度；一定耐蚀性→大气、润滑油腐蚀。

关键因素：化学成分、冶金质量和加工工艺。

二、轴承钢的冶金质量和合金化

接触面小→应力集中大→易产生裂纹→材质纯净、组织均匀。

冶金质量要求：纯净→夹杂物要少：主要有各种氧化物（如A12O3）和硅酸盐等；危害程度依次递减：A12O3、球状不变形夹杂、铝硅酸盐。

氧化物夹杂数量对轴承钢疲劳寿命的影响

组织均匀：碳化物细小均布。主要有三类K：

K液析→结晶时枝晶偏析而存在→高温扩散退火，不允许液析严重；

带状K→轧制时二次碳化物偏析→高温扩散退火；

网状K→冷却时在晶界析出→正火。

GCr15钢淬火回火态（回火隐晶马氏体＋碳化物）网状碳化物×

带状碳化物碳化物液析

三、高碳铬轴承钢的热处理工艺特点是简单而要求高。

热处理特点：球化退火→为最终淬火作组织准备淬回火工艺参数对疲劳寿命有很大影响，一般采用保护气氛加热或真空加热160℃保温3h或更长回火，硬度62~66HRC，如要求消除AR →淬火后立即冷处理,而后立即低温回火。

合金化：高碳，加入Cr、Si、Mn等。如GCrl5、GCrl5SiMn。

组织特点：经合适的热处理，应得到组织：细小均匀的奥氏体晶粒度5~8级；M中含0.5~0.6%C；隐晶M基体上分布细小均匀的粒状K，体积分数约7~8%，一般可有少量AR。负荷较小时,为提高σ-1，可设计M中约含0.45%C，K体积分数约5%。→钢中总含碳量应↓。

左回火温度对GCr15钢力学性能的影响

右轴承钢深冷处理温度对残留奥氏体量的影响1- GCr15，850℃淬火；

2-Cr15SiMn，830℃淬火1- GCr15，850℃淬火2-Cr15SiMn，830℃淬火

思考题：轴承钢在淬火热处理后,硬度检验时不允许有明显的软点,为什么?如出现软点,可能有哪些因素造成的?

3.6 低碳马氏体钢

没有独立钢类，有专门开发的低碳M钢。低碳结构钢采用淬火+低回工艺，可得到位错板条M →强度、韧度和塑性的最佳配合。

基本性能：抗拉强度σb ，1150~1500MPa ；屈服强度σs , 950~1250 MPa ；≥40% ；伸长率δ，≥10% ；冲击韧度AK≥6J 。

这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常规的力学性能甚至优于调质钢。

1 成分、工艺特点

成分特点：0.15~0.25%C，→以保证淬火后获得板M+ Cr、Mo、Si、Mn、V等→↑淬透性等性能15MnVB、20SiMn2MoV等是我国研制开发的工艺特点：高温加热较长t保温高速冷却；零件断面尺寸↑，心部可能淬不透，→综合性能↓应根据零件的尺寸大小来选择相应淬透性的钢。

2、低碳马氏体结构钢及应用

应用：在矿山、汽车、石油、机车车辆、农业机械等制造工业中得到了广泛的应用

实例：石油钻机吊环(卡) 20SiMn2MoV代35钢

材料工艺重量kg σb /MPa AK /J

35 正火137.4 550 50

20SiMn2MoV 淬火29 1600 110~120

局限性：工作温度<200℃;强化后难以进行冷加工\焊接等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严格的零件慎用.

吊卡实物外形

3.7 ~3.9 表面强化态钢（渗碳、渗氮、淬火）

这类钢适宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通过某种工艺使零件表面硬度高耐磨而心部具有较好强韧性配合以满足要求。典型零件有齿轮、凸轮等。

各种类型的齿轮

3.7 合金渗碳钢

1、渗碳钢的合金化

一般含碳量在0.12~0.25％，保证得到强韧性好的板条M；

常用合金化元素，Mn、Cr、Ni主要↑淬透性，Ti、V、W、Mo细化晶粒渗碳层性能：表层碳量、表层浓度梯度和渗层深度渗碳层深度根据零件需要确定。原则上，渗碳层深度应大于零件的最大切应力深度。

合金元素对渗碳层表面含碳量和渗碳层厚度的影响表合金元素对渗碳工艺和渗碳层性能的影响

2、常用渗碳钢及热处理

按淬透性可分为低、中和高淬透性钢三类。

20Cr钢：不宜渗碳后直接淬火。20CrV钢可20CrMnTi钢特点: 广泛制造汽车、拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的伞齿轮及主动轴等。

①Cr、Mn复合，淬透性好，D油约40mm；

②较高耐磨性和强韧度，特别是低温韧度较好；

③渗碳工艺性较好，晶粒长大倾向小，可直接淬火，变形也比较小。

渗碳后的热处理工艺有直接淬火\一次淬火\二次淬火.细晶粒钢可用直接淬火

18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A：高淬透性渗碳钢。

由于合金元素多，所以工艺可变程度大，获得的组织性能也较复杂。18Cr2Ni4WA可作为调质钢，低碳马氏体钢，也可作为渗碳钢。渗碳和淬火工艺较复杂。主要用于要求高综合力学性能和高耐磨性的重要件，如航空发动机齿轮等。

3.8 氮化钢

服役条件：有些零件工作时载荷不大，基本上无冲击力；有摩擦，但比齿轮等零件的磨损要轻，同时也受到交变的疲劳应力。这一类零件重要的要求是能保持高的精度。常采用氮化钢进行渗氮处理。

氮化钢：多为碳含量偏低的中碳铬钼铝钢。国内外广泛使用的氮化钢是38CrMoAl钢，获得最高氮化层硬度，达到900~1000HV。仅要求高疲劳强度的零件，可采用不含铝的CrMo型氮化钢，如35CrMo、40CrV、40Cr等，其氮化层的硬度控制在500~800HV。（550℃氮化24h）

工艺：氮化前，要经过调质热处理以得到稳定的回火索氏体组织，以保证零件最终的使用性能和使用过程中的尺寸稳定性，同时也为获得好的氮化层作组织准备。

合金元素对氮化层深度和表面硬度的影响。

思考题：某精密镗床主轴用38CrMoAlA钢制,某重型齿轮铣床主轴用20CrMnTi制造,某普通车床主轴用40Cr钢制造.试分析比较说明它们各自应采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点。

3.9 低淬透性钢

感应加热淬火与渗碳和氮化相比，特点有：不改变表面化学成分，表面硬化而心部仍然保持较高的塑性和韧度；表面局部加热，零件的淬火变形小；加热速度快，可消除表面脱碳和氧化现象；在表面形成残余压应力，提高疲劳强度。与渗碳相比，感应加热淬火工艺常用于轻负荷工件或需要局部淬硬的轴类零件，其耐磨性和疲劳抗力不如渗碳工艺。

感应加热淬火钢主要有中碳低淬透性调质钢和低淬透性钢。

概念：是指淬透性比一般碳素钢的淬透性还要低。

特点：得到沿着轮廓分布硬化层→“仿形硬化”。

应用：门用于中、小模数（m=3~8）的齿轮。

降低钢淬透性措施:↓Mn、Si；加入Ti；国家标准有55 Ti 、60 Ti 、70 Ti

等。

硬化层分布(右为仿形硬化)

3.4 耐磨钢

1、机械的失效形式

过量变形失效，其中包括过量弹性变形失效和过量塑性变形失效；

断裂失效，其中包括韧断、低应力脆断、疲劳断裂、蠕变断裂；

表面损伤失效，其中包括磨损失效、接触疲劳失效、腐蚀失效；

磨损是机械的主要失效形式之一。

2、磨损的机理

不同的工况，磨损的机理也不同，影响的因素有很多，过程也是非常复杂。磨损机理一般有磨粒磨损、黏着磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损等。其中，磨粒磨损最普遍，在零件磨损失效中约占50% ,黏着磨损约占1%,腐蚀磨损约占8%。耐磨钢目前还没有系统的技术标准，没有独立的钢类，但制造耐磨零件所选用的钢比较广泛，一部分结构钢、工具钢及合金铸铁常用来制造各种耐磨零件。

机械设计作业集第3章答案解析

第三章 机械零件的强度 一、选择题 3—1 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 C 。 A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3—2 在图中所示的极限应力图中，工作应力有C 1、C 2所示的两点，若加载规律为r=常数。在进行安全系数校核时，对应C 1点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 B 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 3—3 同上题，若加载规律为σm =常数，则对应C 1点 的极限应力点应取为 C ，对应C 2点的极限应力点 应取为 D 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 题3—2图 3—4 在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C ，OC 线与横坐标轴的交角θ=600 ，则该零件 所受的应力为 D 。 A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C σmax 、σmin 符号（正负）相同的不对称循环变应力 D σmax 、σmin 符号（正负）不同的不对称循环变应力 3—5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特性r 分别为+1、-1、0、，则其中最易发生失效的零件是 B 。 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3—6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基 数N 0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N 的疲劳极限σ-1N 为 C MPa 。 A 300 B 420 C D 3—7 某结构尺寸相同的零件,当采用 C 材料制造时,其有效应力集中系数最大。 A HT200 B 35号钢 C 40CrNi D 45号钢 3—8 某个40Cr 钢制成的零件，已知σB =750MPa ，σs =550MPa ，σ-1=350MPa ，ψσ=，零件危险截面处的最大工作应力量σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，疲劳强度的综合影响系数K σ=，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S σa 为 B 。 A B 1.74 C D 3—9 对于循环基数N 0=107 的金属材料,下列公式中, A 是正确的。 A σr m N=C B σN m =C C 寿命系数m N N N k 0/ D 寿命系数k N < 3—10 已知某转轴在弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S σ=、S τ=，则该轴的实际计算安全系数为 C 。 A B 6.0 C D 3—11 在载荷和几何尺寸相同的情况下,钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力。 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3—12 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。 A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3—13 两等宽的圆柱体接触，其直径d 1=2d 2，弹性模量E 1=2E 2，则其接触应力为 A 。 A σH1=σH2 B σH1=2σH2 C σH1=4σH2 D σH1=8σH2 S m σa O σ

机械零件的强度

机械零件的强度 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】

沈阳工业大学备课用纸 第三章机械零件的强度 1.强度问题： 静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。 （材料力学范畴） 变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。 2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试 验而发生的破坏。 3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部 的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4.疲劳破坏的特征： 1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏； 2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。 3)疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。 4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 §3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 ?m─平均应力； ?a─应力幅值 ?max─最大应力； ?min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环 应力 r=0 脉动循环应 力 r=1 静应力

2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少） 区。N<104 。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 ?－N 疲劳曲线

机器零件用钢

7机器零件用钢 7.1 渗碳钢 所谓渗碳钢是指经渗碳处理的钢种，碳氮共渗用钢与渗碳钢大体相同，可将其归为一类。常用渗碳钢的牌号、成分、力学性能及应用如表7-1、7-2所示。按淬透性大小可将渗碳钢分为3类。 低淬透性渗碳钢：其强度级别σb在800Mpa以下，又称为低强度渗碳钢。常用的又15、20、20Mn2、20MnV、15Cr等。由于这类钢淬透性低，因此只适用于对心部强度要求不高的小型渗碳件如套筒、链条、活塞销等。 中淬透性渗碳钢：其强度级别在800-1200Mpa范围内。这类钢的淬透性与心部强度均较高，可用于制造一般机器中较为重要的渗碳件如汽车，拖拉机齿轮，活塞销等。 高淬透性渗碳钢：其强度级别在1200Mpa以上。由于具有很高的淬透性，心部强度很高，因此可用于制造截面负荷较大的重负荷渗碳件如航空发动机齿轮、曲轴、坦克齿轮等。 注：1.钢中的磷、硫质量分数不大于0.035% 2.15、20钢的力学性能为正火状态时的力学性能，15钢正火温度为920℃，20钢正火温度为910℃。

渗碳钢热处理：渗碳钢的热处理一般是渗碳后进行淬火和低温回火，以获得高硬度表层和强韧心部。常用热处理方法有以下几种： 1.渗碳后预冷直接淬火及低温回火 这种方法适用于合金元素含量较低又不易过热的钢，如20CrMnTi、20CrTi。

2.一次淬火 渗碳后缓冷至室温，重新加热淬火并低温回火。适用于渗碳时易过热的碳钢、低合 金钢工件。 3.二次淬火 渗碳后缓冷至室温，重新加热低温回火并两次淬火。适用于本质粗晶粒钢及对性能 要求很高的工件。 7.2调质钢 经调质处理后使用的结构钢称为调质钢，具有良好的综合力学性能。根据淬透性的高低，可将其分为3类。 1.低淬透性调质钢 这类钢油淬的临界直径最大为30-40mm，典型钢种有45、40Cr等。 2.中淬透性调质钢 这类钢的油淬临界尺寸为40-60mm，典型钢种有40CrMn、35CrMo等。由于淬透性 较好，可用以制造截面尺寸较大的中型甚至大型零件，如曲轴、齿轮、连杆等。 3.高淬透性调质钢 这类钢的油淬临界直径在60mm以上，大多含有Ni、Cr等元素。为防止回火脆性， 钢中还含有Mo，如40CrNiMo等，用于制造大截面承受载荷的重要零件，如航空发 动机轴。 常用调质钢的牌号、化学成分、热处理、用途如表7-3、7-4所示。

3第3章 机器零件用钢

第3章机器制造结构钢 1、了解机械制造结构钢的服役条件，理解主要失效形式、性能要求和合金化特点，掌握强韧化机理； 2、理解调质钢、非调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、低碳马氏体钢、合金渗碳钢、氮化钢、耐磨钢的主要失效形式、性能要求和强韧化机理； 3、理解零件材料选择的基本原则和思路并简单运用。 机械制造结构钢的强度和脆性；各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；零件材料选择的基本原则和思路。 各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；运用理论知识选择零件材料。 5 多媒体+讲授，案例 根据钢的生产工艺和用途，可分为：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。 3.1 概述 一、机器零件用钢的性能要求 1、具有良好的冷热加工工艺性 如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。 2、具有良好的力学性能 不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求。一般为亚共析

钢，低合金或中合金，优质钢或高级优质钢。 二、机器零件用钢合金化特点 主加元素：Cr、Mn、Si、Ni。主要作用：↑淬透性和力学性能。 辅加元素：Mo、W、V等↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。 最佳范围：获得最佳性能→称为极限合金化理论，结构钢常用范围为：<1.2%Si, <2%Mn，1~2%Cr, 1~4%Ni，< 0.5%Mo，<0.2%V, < 0.1%Ti，0.4~0.8%W。或是单独加入，或是复合加入。 三、零件材料和工艺选择途径 1、对于要求良好综合力学性能，零件选 ①低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。为↑耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类为代表. ②回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温回火。为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高频感应加热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。 材料的途径为： 2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如低合金中碳马氏体钢。农业机械较多. 3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，进行中温回火。如弹簧钢。 4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬火+低温回火。如轴承钢。 辨证思维：由于不同机器零件的服役条件和失效方式不同，主要的设计依据和失效判据也不同，所以应合理选择钢的含碳量和热处理工艺。

第三章机械零件的强度

第三章机械零件的强度标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

沈阳工业大学备课用纸 第三章机械零件的强度 1.强度问题： 静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。 （材料力学范畴） 变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。 2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试 验而发生的破坏。 3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部 的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4.疲劳破坏的特征： 1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏； 2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。 3)疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。 4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 §3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环 应力 r=0 脉动循环应 力 r=1 静应力

2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少）区。N<104。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 －N 疲劳曲线

机械制造工艺学(王先逵)第三章参考答案(部分)

3-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容： 1．加工表面层的几何形貌 主要由以下几部分组成： ⑴表面粗糙度； ⑵波纹度 ⑶纹理方向 ⑷表面缺陷 2．表面层材料的力学物理性能和化学性能 表面层材料的力学物理性能和化学性能主要反映在以下三个方面： ⑴表面层金属冷作硬化； ⑵表面层金属的金相组织变化； ⑶表面层金属的残余应力。 3-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？ 一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。 二、加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响 (一)表面质量对耐磨性的影响 1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响 表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。 2．表面纹理对耐磨性的影响 圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差 3．冷作硬化对耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。 (二)表面质量对耐疲劳性的影响 1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好 2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响 表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。 (三)表面质量对耐蚀性的影响 1．表面粗糙度对耐蚀性的影响 表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。 2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响

第三章 机械零件的强度作业答案

第三章 机械零件的强度 习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710518093 6910111=???==--N N σσN M P a 3.324105.210518094 6920112=???==--N N σσN M P a 0.227102.61051809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ-=- σ Φσσ+=∴-1210 M P a 33.2832 .0117021210=+?=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D ' 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。

[解] 因2.14554==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq 查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则 35.211191.0175.069.1111k =???? ? ?-+=???? ??-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ （1）C r = 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220 2.03035.2170m a 1-=?+?=+=σΦσK σS σσca （2）C σ=m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数

机械零件常用材料.

附录A 机械零件的常用材料 机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。其中，金属材料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用前景。金属材料包括黑色金属（钢、铸铁）和有色金属，前者应用最多。此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材料科学的一个新方向。下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。 A.1 钢钢的品种多，性能好，是机械零件最常用的材料。 A.1.1 碳素钢碳素钢的性能主要取决于含碳量，即碳的质量百分含量。含碳量越高，钢的强度越高，塑性越低。由于碳素钢生产批量大，价格低，供应充足，一般的机械零件应优先选用。碳素钢分为碳素结构钢（GB/T 700—1988GB/T 699—1988）。前者主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以Q235、Q255较为常用。等杂质较少，其性能优于碳素结构钢，而且能同时保证钢的机械性能和化学成分，可以进行热处理，故常用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷作用的零件。 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，代表钢中碳的平均含量。如45钢，其平均含量碳为0.45%。对于含锰量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在含碳量数字之后加注符号“Mn ”，如40Mn 等。平均含碳量低于0.25%0.25%～0.60%母、齿轮、键、轴等零件；平均含碳量高于0.60%弹性，是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。 低韧性。应当指出，合金钢的性能不仅与化学成分有关，在很大程度上还取决于适当的热处理。由于合金钢价格较贵，通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的机械零件。 含各主要合金元素的符号及其含量，而且规定：合金元素平均含量低于1.5%时，不注含 机械设计基础

机械零件的强度

机械零件的强度 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

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§3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环r=0 脉动循环应r=1 静应力

2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区 域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲 劳（循环次数少）区。N<104。也称 应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变 形） M-材料常数 N 0-循环基数 N

无限寿命区：N ≥N 0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个 定值，用 γ σ 表示。当材料受到的应力不超过 γ σ 时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。 即寿命是无限的。 γ σ ——疲劳极限（101//+-σσσ） 因为 C N N m r m rN =?=?0σσ 所以 r N r m rN K N N σσσ?=?=0 2、等寿命疲劳曲线（极限应力线图） 定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线。 理论疲劳曲线： 经过试验得二次曲线如下图。 即在曲线 r m a σσσσ==+max （寿命为循环基数N 0） 在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。 实际疲劳曲线： K N -寿命系数 图中，曲线上任意一点的横纵坐标之 和为最大应力。代 表应力比为一定值 的疲劳极 限。

机械制造基础第三章习题及答案

第三章习题与答案 3-1铸造生产具有哪些优点和缺点？ 答：由于铸造成形是由液态凝结成固态的过程，故铸造生产具有以下特点。 1）成形方便 铸造成形方法对工件的尺寸形状几乎没有任何限制，铸件的尺寸可大可小，可获得形状复杂的机械零件。因此，形状复杂或大型机械零件一般采用铸造方法初步成形。在各种批量的生产中，铸造都是重要的成形方法。 2）适应性强 铸件的材料可以是各种金属材料，也可以是高分子材料和陶瓷材料。 3）成本较低 由于铸造成形方便，铸件毛坯与零件形状相近，能节省金属材料和切削加工工时；铸造原材料来源广泛，可以利用废料、废件等，节约国家资源；铸造设备通常比较简单，价格低廉。因此，铸件的成本较低。 4）铸件的组织性能较差 一般条件下，铸件晶粒粗大（铸态组织），化学成分不均，因此，受力不大或承受静载荷的机械零件，如箱体、床身、支架等常用铸件毛坯。 3-2金属的铸造性能包括哪些方面？ 答：金属在铸造过程中所表现出来的性能统称为金属的铸造性能，主要是指流动性、收缩性、偏析和吸气性等。 3-3试述砂型铸造的工艺过程。 答：根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒；制备型砂和芯砂；用模样制造砂型；用芯盒制造型芯；把烘干的型芯装入砂型并合型；熔炼合金并将金属液浇入铸型；凝固后落砂、清理；检验合格便获得铸件。 3-4为了保证铸件质量，在设计和制造模样及芯盒时应注意哪些问题？ 答：1）选择分型面：分型面是铸型组之间的接合面，一般情况下，也就是模样的分模面。选择分型面时，应考虑铸件上的主要工作面、大平面、整个铸件的加工基准面等的合理安置。例如铸件的主要工作面应放在下型或朝下、朝侧面。因为铸造时，铸件上表面容易产生气孔、夹渣等缺陷，而铸件下面的质量较好。 2）起模斜度：为了使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒脱出，在平行于起模方向的模样上或芯盒壁上应有一定的斜度，一般模样斜度为1°~3°，金属模样斜度为0.5°~1°。 3）铸造圆角：为了减少铸件裂纹，并为了造型、制芯的方便，应将模样及型芯盒的交角处做成圆角。 4）收缩量：不同金属材料的收缩量各不相同，一般是采用专用的收缩尺计量。例如灰铸铁的收缩率为1%；铸钢是1.5％~2.0%；铝合金是1.0％~1.5%。 5）机械加工余量：凡经机械加工的部分，都应在模样上增加加工余量。余量的大小应根据铸件的要求来定。 6）芯头：型腔中需要安放型芯时，为了便于安置，模样和芯盒上都需要考虑设置芯头。3-5如何选择铸造砂型的分型面？ 答：选择分型面时，应考虑铸件上的主要工作面、大平面、整个铸件的加工基准面等的合理安置。例如铸件的主要工作面应放在下型或朝下、朝侧面。因为铸造时，铸件上表面容易产生气孔、夹渣等缺陷，而铸件下面的质量较好。 3-6型砂和芯砂的主要成分是什么？具有哪些性能？ 答：型（芯）砂是由原砂、黏结剂、附加材料、旧砂和水等混合搅拌而成。 型砂和芯砂的性能应满足下列要求：①可塑性；②强度；③耐火度；④透气性；⑤退让

第3章机械零件强度习题.

第三章 机械零件的强度 1.何谓静应力、变应力？静载荷能否产生变应力？作用在机械零件中的应力有哪几种类型？ 2. 何谓材料的疲劳极限、疲劳曲线？指出疲劳曲线的有限寿命区和无限寿命区，并写出有限寿命区疲劳曲线方程，材料试件的有限寿命疲劳极限σrN 如何计算？说明寿命系数K N 的意义。 3. 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？零件的简化极限应力图与材料试件的简化极限应力图一样吗？有何不同？ 4. 举例说明哪些零件工作应力的变化规律符合：a) r =常数；b) σm =常数；c) σmin =常数。 5. 两个零件以点、线接触时应按何种强度进行计算？若为面接触时（如平键联接），又应按何种强度进行计算？零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将如何变化？ 6. 表面接触疲劳点蚀是如何产生的？根据赫兹公式（Hertz ），接触带上的最大接触应力应如何计算？说明赫兹公式中各参数的含义。 7. 某机械零件，疲劳极限1285MPa σ-=，若其7010=N ，m =6，当应力循环次数分别为41105.2?=N ，5 2102?=N 时，求寿命系数N K 各为多少？疲劳极限又各为多少？ 8. 有一机械零件，其1390MPa σ-=，0600MPa σ=，600MPa s σ=，σ 2.5K =，求：(1)材料常数σψ； (2)画出零件的极限应力线图； (3)设工作应力为a 200MPa σ=，m 300MPa σ=，r ＝常数，试求安全系数ca S 。 9. 某合金钢制造的零件，其材料性能为：s 800MPa σ=,1450MPa σ-=,σ0.3ψ=。已知工作应力为min 80MPa σ=-，max 280MPa σ=，应力变化规律为r =常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数σ 1.62K =。若许用安全系数是 [S ] =1.3，并按无限寿命考虑，试校核该零件是否安全。 10. 有一钢制转轴，其危险截面上对称循环弯曲应力在单位时间t 内的变化如题10图.所示，总工作时间300h ，转速n 为150r/min 。若零件材料的疲劳极限1280MPa σ-=，应力集中系数σ2K =，7010=N ，m ＝9，求此零件的安全系数ca S 。

第三章 机械零件的强度

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1 ）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环应力r=0 脉动循环应力r=1 静应力

2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ （最大应力）与循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为 AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不 大，可按静 应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少）区。N<104。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 －N 疲劳曲线

无限寿命区：N ≥N 0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用 γ σ 表示。当材料受到的应力不超过 γ σ 时，则可以经受无限次的应 力循环而不疲劳破坏。 即寿命是无限的。 γ σ ——疲劳极限（101//+-σσσ） 因为 C N N m r m rN =?=?0σσ 所以 r N r m rN K N N σσσ?=?=0 2、等寿命疲劳曲线（极限应力线图） 定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线。 理论疲劳曲线： 经过试验得二次曲线如下图。 即在曲线 r m a σσσσ==+max （寿命为循环基数N 0） 在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。 实际疲劳曲线： K N -寿命系数 图中，曲线上任意一点的横纵坐标之和为最大应力。代表应力比为一定值的疲劳极限。 沈阳工业大学备课用纸

第三章机械零件的疲劳强度设计.

第三章机械零件的疲劳强度设计 一、选择题 3－1 45钢的持久疲劳极限σ-1＝270MPa,，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为____________MPa。 （1）539 （2）135 （3）175 （4）417 3－2 有一根阶梯轴，用45钢制造，截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数Kσ=1.58，表面状态系数β＝0.28，尺寸系数εσ＝0.68，则其疲劳强度综合影响系数KσD=____________。 （1）0.35 （2）0.88 （3）1.14 （4）2.83 3－3 形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件，采用下列不同材料制造：a）HT200；b）35钢；c）40CrNi钢。其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是____________。 （1）a）和b）（2）c）和a）（3）b）和c） （4）b）和a）（5）a）和c）（6）c）和b） 3－4 零件的截面形状一定，如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之____________。 （1）增高（2）不变（3）降低 3－5 零件的形状、尺寸、结果相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度____________。 （1）较高（2）较低（3）相同 3－6 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度____________。 （1）增高（2）降低（3）不变（4）增高或降低视处理方法而定 3－7 影响零件疲劳强度的综合影响系数KσD或KτD与____________等因素有关。 （1）零件的应力集中、加工方法、过载 （2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态 （3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中 （4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。 3－8 已知设计零件的疲劳缺口系数Kσ=1.3、尺寸系数εσ＝0.9、表面状态系数βσ＝0.8。则疲劳强度综合影响系数KσD为____________。 （1）0.87 （2）0.68 （3）1.16 （4）1.8 3－9 已知零件的极限应力σr=200MPa，许用安全系数[S]=2，影响零件疲劳强度的系数为Kσ=1.2，εσ＝0.83，βσ＝0.90。则许用应力为[σr]___________MPa。 （1）160.6 （2）106.7 （3）62.25 （4）110.7 3－10 绘制设计零件的σm－σa极限应力简图时，所必须的已知数据是___________。 （1）σ－1，σ0，σs,Kσ（2）σ－1，σ0，σs, KσD （3）σ－1，σs, ψσ，Kσ（4）σ－1，σ0，ψσ, KσD 3－11 在图示设计零件的σm－σa极限应力简图中，如工作应力点M所在的ON线与横轴间夹角θ＝45o，则该零件受的是___________。