KTZ700—02 珠光体可锻铸铁，最小抗拉强度——最小断后伸长率 可锻铸铁 P基体上分布着一些团絮状石墨 同上 QT450—10 球墨铸铁，最小抗拉强度、最小断后伸长率 球墨铸铁 球墨铸铁 钢基体（主要F）上分布着一些球状石墨 用来制造一些受力复杂，对强度、韧性和耐磨性要求高的零件. 同上，但性能要求更高一点。如汽、柴油机曲轴、车床主轴、 QT700—2 球墨铸铁，最小抗拉强度、最小断后伸长率 钢基体（主要P）上分布着一些球状石墨 15、填写下表，指出表中金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途。（建议去掉特性，主要用途简写，写出最主要的即可）
材料牌号或代号 20Cr 合金渗碳钢 碳含量≈0.2%；Cr%＜1.5% 用于制造高耐磨性、高疲劳强度和要求具有较高心部韧性（即表硬心韧）的零件 H68 45钢 普通黄铜 优质碳素结构钢 65Mn GCr15 弹簧钢 含碳量0.45%，Mn%＜1.5% 主要用作弹簧 H-黄铜;68-Cu%为68% 含碳量0.45% 形状复杂的深冲零件，散热器外壳、装璜件 结构零件 类别 牌号或代号含义 主要用途 滚动轴承钢 G—滚动轴承；含碳量1%左右，轴承，冷作模具 Cr%≈1.5% W6Mo5Cr4V2 高速钢 W%≈6%；Mo %≈5%；Cr %≈4%；高速切削刀具 V%≈2% Q235 普通碳素结构钢 Q-屈服强度；235—屈服强度值 C%≈0.1%；Cr %≈18%；Ni %≈9%；Ti%＜1.5% 普通结构件 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 化工设备，装饰型材 38CrMoAl 调质钢 C%≈0.38%；Cr %＜1.5%；Mo %＜1.5%；Al%＜1.5% 氮化用钢 20CrMnMo 渗碳钢 C%≈0.2%；Cr %＜1.5%；Mn %＜1.5%；Mo%＜1.5% 多用于齿轮 9SiCr 合金工具钢 C%≈0.9%；Si %＜1.5%；Cr %＜1.5% 量刃具用钢 60Si2Mn 弹簧钢 C%≈0.6%；Si %≈2%；Mn %＜1.5%
主要用作弹簧 第7章 工程设计、制造与材料选择
习题答案
1、零件失效有哪些类型？试分析零件失效的主要原因。答案参考 P200～202
答：机器零件的失效可以分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效。每一类失效又可细分为若干具体的失效形式。
失效的主要原因有以下四个方面：
（1）设计
1）应力计算错误——表现为对零件的工作条件或过载情况估计不足造成的应力计算错误。 2）热处理结构工艺性不合理 ——热处理结构工艺性是指零件结构对热处理工艺性的影响及零件结构对失效的影响。如把零件受力大的部位设计成尖角或厚薄悬殊等，这样导致应力集中、应变集中和复杂应力等，从而容易产生不同形式的失效。
（2）选材与热处理
1）选材错误——料牌号选择不当、错料、混料，均会造成零件的热处理缺陷或力学性能得不到保证和使用寿命下降。
2）热处理工艺不当——材料选择合理，但是热处理工艺或是热处理操作上出现了毛病，即使零件装配前没有报废，也容易早期失效。
3）治金缺陷——夹杂物、偏析、微裂纹、不良组织等超标，均会产生废品和零件失效。
（3）加工缺陷
冷加工和热加工工艺不合理会引起加工的缺陷，缺陷部位可能成为失效的起源。
如切削加工缺陷主要指敏感部位的粗糙度值太高，存在较深的刀痕；由于热处理或磨削工艺不当造成的磨削回火软化或磨削裂纹；应力集中部位的圆角太小，或圆角过渡不好；零件受力大的关键部位精度偏低，运转不良，甚至引发振动等，均可能造成失效。
（4）装配与使用
装配时零件配合表面调整不好、过松或过紧、对中不好、违规操作、对某些零件在使用过程中未实行或未坚持定期检查、润滑不良以及过载使用等，均可能成为零件失效的原因。
2、选材三原则是什么？零件选材时应注意什么问题？答案参考 P202～205 答：选材三原则是使用性能原则、工艺性原则、经济性原则。
使用性能原则——使用性能是选材的必要条件，是零件乃至机器完成其功能的基本保证。使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征。机械零件主要是力学性能。
工艺性原则——是指材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力。 经济性原则——选材要讲经济效益，要考虑多项成本。
零件选材时应注意的几个问题：
①在多数情况下优先考虑使用性能，工艺性和经济性原则次之。
②有些力学性能指标（如σb、σ0.2、σ-1、KIC）可直接用于设计计算；δ、Ψ、αk等不能直接用于计算，而是用于提高零件的抗过载能力，以保证零件工作安全性。
③设计时确定的主要力学性能指标是零件应该具备的性能，在查阅手册转化为相应钢材的性能指标时，要注意手册上给出的组织状态：如果零件的最终状态与手册上给出的相同，可直接引用；否则，还要查阅其它手册、文献资料或进行针对性的材料力学性能试验。
④手册或标准给出的力学性能数据是在实验室条件下对小尺寸试样的试验结果，引用这些数据时要注意尺寸效应。
⑤由于材料的成分是一个范围，试样毛坯的供应状态可以有多种，因此即使是同一牌号的材料，性能也不完全相同。国际标准和原冶金部部颁标准给出的热轧或正火状态的力学性能范围或最低值，其数据可靠；而技术资料、论文中指出的数据一般是平均值，使用时要加以注意。
⑥同一材料的不同供应或加工状态（如铸造、锻造、冷变形等）对数据影响很大。
⑦选材时要同时考虑所选材料的成型加工方法。不同的成型方法会对零件设计、零件加工路线、零件热处理方法、零件使用性能及零件成本等带来重要影响。
7、如镗杆选用38CrMoAl制造，其工艺路线如下：
下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→去应力退火→粗磨→氮化→精磨→研磨，试从力学性能和成分的角度说明选择38CrMoAl的原因及各热处理工序的作用。
答：38CrMoAl为中碳调质钢，为氮化专用钢。
从力学性能角度上，镗杆工作时承受较大冲击载荷，而表面要求具有高硬度、高耐磨性，且尺寸精度高，故选择氮化专用钢；
成分上，38CrMoAl为中碳钢，Cr提高淬透性，使心部能获得韧性较好的低碳马氏体，还可产生固溶强化；Mo可形成稳定碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，其细晶强韧化作用；Mo和Al促进渗氮，Mo还防止高温回火脆性。
热处理工序的作用：
退火：消除锻造应力，改善组织；
调质：获得心部良好的综合力学性能；为氮化做组织准备； 去应力退火：消除加工应力； 氮化：提高表面硬度和耐磨性。
8、指出下列工艺路线的错误：
（1）高精度精密机床床身，选用灰铸铁：铸→时效→粗加工→半精加工→时效→精加工； （2）高频表面感应加热淬火零件，使用退火圆料：下料→粗加工→高频淬火、回火→半精加工→精加工；
（3）渗碳零件：锻→调质→精加工→半精加工→渗碳、淬火、回火。 答：正确工艺如下：
⑴高精度精密机床床身，选用灰铸铁：铸→粗加工→时效→半精加工→时效→精加工； ⑵高频表面感应加热淬火零件：下料→调质或正火→粗加工→半精加工→高频淬火、回火→精加工
⑶渗碳零件：锻→正火或退火→粗加工→半精加工→渗碳、淬火、回火→精加工