第11章 机械零件的失效与分析
教学提示：机械零件的失效是指其服役期内因受到损伤而使机器低效工作或提前退役的现象。失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施和引出机械零件选材原则。
教学要求：本章让学生在学习了机械零件失效形式的基础上，通过比较和综合分析各种失效原因，掌握机械零件选材应考虑的主要问题，并通过对各种机械零件常用材料的分析和课堂讨论，进一步熟悉和掌握针对不同应用场合选择机械零件材料的一般原则和方法。
11.1 机械零件的失效与分析
失效是机械或机械零件在使用过程中，由于尺寸、形状、材料的性能或组织发生变化而引起的机械或机械零件不能完成指定功能，或机械构件丧失了原设计功能的现象。机械零件的失效是其服役期内因受到损伤而使机器低效工作或提前退役的现象。零件具有以下表现均可视为失效：完全破坏而不能工作；虽然能工作但达不到预定的功能；损坏不严重，
但继续工作不安全。常见的失效形式可分为下列三种：变形失效、破断或断裂失效、表面损伤引起的失效。
失效分析的目的是找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施。零件的损坏往往会带来严重的后果，因此对零件的可靠性将提出越来越高的要g8726。此g3818，g1186g13475g8994性g13783g15397，g1075
要g8726不断提高零件的g4563g2641。g6164以机械或机械零件的失效分析将越来越重要。失效分析的g13479
果对于零件的设计、g17885材、g2164工以g2462使用，g18129有重要的指g4560g5859g1053。
11.1.1 机械零件的失效形式
零件在工作g7114的受g2159g5785g1929g980g14336g8616g17751g3809g7446，往往g6227受g3822种应g2159的g3809g2524作用，因而g17908成零件的不g2528失效形式。零件的失效形式有断裂、过g18339变形g2656表面损伤三g3835g12879g3423。
1,断裂
断裂是g18341g4658构件在应g2159作用下材料分g12175为g1126不相g17842的g1016g1022或g1016g1022以g990g18108分的现象，g4439
是g18341g4658构件常见的失效形式g1055g980。断裂是g980种严重的失效形式，g4439不但使零件失效，有g7114
g17836会g4560g14280严重的g1166g17535g2656设g3803g1119g6937。断裂可分为g19899性断裂、低g9213g14042性断裂g2656g11142g2183断裂以g2462g15849
变断裂g12573g1972种形式。g5415零件在g3818g17745g14667作用下，由于g7588g980g2373g19517g6142面g990的应g2159g17241过零件的g5390g5242
g7509g19492或断裂g5390g5242，将发生前g1016种断裂；g5415零件在g5502g10627g1144变应g2159作用下，工作g7114g19400g17751g19283的零件，g7380g7143发生g11142g2183断裂，此为机械零件的g1039要失效形式。g3
g311 g19899性断裂失效：断裂前零件有g7138g7186的g3621性变形，断g2487g2588g13432g13512状。g3
g312 低g9213g14042性断裂失效：零件在低于其材料的g19899g14042g17728变g9213g5242以下工作g7114，g19899性g2656g3621性g3835
g3835g19489低并发生g14042性断裂而失效。
金属学与热处理
·242·
·242·
g313 g11142g2183断裂失效：零件在g6227受g1144变g17745g14667g7114，g980定g2620期后g1185会发生断裂，g11142g2183断裂为g14042
性断裂。
g314 g15849变断裂失效：在高g9213下工作的零件，g5415g15849变变形g18339g17241过g980定g14551g3272g7114，零件内g18108g1147
生裂g13453而g4560g14280g5567g17907断裂。
g315 g10627g3671破断失效：在g17139g17745g7477件下，由于g10627g3671因g13044(g1375g3926g14116g15444g1183g17148)的g5445g2721，往往出现低应g2159下的g5322g17843断裂使零件失效。
2,过量变形
机械零件受g17745工作g7114，g5529然会发生g5389性变形。在g1813g16780g14551g3272内的g5506小g5389性变形，对机器工作g5445g2721不g3835，但过g18339的g5389性变形会使零件或机器不能正常工作，有g7114g17836会g17908成g17751g3835振动，
g14280使零件损坏。g5415零件g17241过材料的屈服g5390g5242g7114，g3621性材料g17836会发生g3621性变形。这会g17908成零件的尺寸g2656形状改变，破坏零件与零件g19400的相g1126位置g2656配g2524关系，使零件或机器不能正常工作。变形失效g1039要有g5389性变形失效g2656g3621性变形失效g1016种。
g5389性变形是g2164g990g3818g17745g14667后就g1147生，卸去g3818g17745g14667即消失的变形。g5415变形消失后，构件的形状g2656尺寸完全恢g3809到原样。具有可逆性、单g17148性、变形g18339小g12573特点，g6164以g17908成的g2373害性不g3835。而g3621性变形是不可逆的变形即卸去g3818g17745g14667后变形不会消失，这样的过g18339变形将g5445g2721
构件的使用功能。
为避免g990述g5785g1929出现可采取以下措施,
g311g3g17885择g2524适的材料g2656构件g13479构，g3926采用高g5389性模g18339材料或者增g2164g6227g17745面积。
g312g3准确确定构件的工作g7477件，正确进行应g2159计算。
g313g3严格控制工艺流程，减少残余应g2159g12573。
3,表面损伤
绝g3835g3822数零件g18129与其他零件具有静或动的接触g2656配g2524关系。g17745g14667作用于表面，摩擦g2656
磨损就发生在表面，g10627g3671g1183g17148包g3272着表面，g14116g15444就在表面g1147生，因此，失效g3835g18129会出现在表面。表面损伤包括：磨损失效、g14116g15444失效g2656表面接触g11142g2183失效。表面损伤后通常g18129会增
g3835摩擦，增g2164能g18339消耗，破坏零件的工作表面，g14280使零件尺寸发生变化，g7380终g17908成零件报废。零件的使用g4563g2641在很g3835程g5242g990受到表面损伤的g19492制。
g5529须指出，实际零件在工作中往往不只是g980种失效方式起作用。g980g14336来说，g17908成g980g1022
零件失效g7114总是g980种方式起g1039g4560作用。失效分析的核心问题就是要找出g1039要的失效方式。
各g12879基本失效方式可以g1126相组g2524成更g3809g7446的g3809g2524失效方式，g3926g14116g15444g11142g2183、g15849变g11142g2183、g14116g15444
磨损g12573。各g12879失效特点g990g18129有g1039g4560方式，另g980种方式为辅助方式。因此在分析g7114往往把失效方式归入g1039g4560g980g12879中，g1375g3926g14116g15444g11142g2183，g11142g2183特征是g1039g4560因g13044，g14116g15444是起辅助作用的，因此被归入g11142g2183g980g12879进行分析。
11.1.2 机械零件的失效原因
机械零件在设计g4563g2641内发生失效的原因g3822种g3822样，g980g14336认为是由设计不g2524理、g17885材不
g5415或材料缺陷、制g17908工艺不g2524理、使用操作g2656g13512修不g5415g12573方面引起的。
1,设计不合理
由于设计g990g13783g15397步骤或认识水平的g19492制，设计不g2524理g17908成机械零件在使用过程中失效第11章 机械零件的失效与分析
·243·
·243·
的现象g7114有发生。其中g13479构g2656形状不g2524理，g3926零件存在缺g2487、小圆弧g17728角、不g2528形状过渡区g12573高应g2159区引起的失效均g8616g17751常见。
设计中的过g17745、应g2159集中、机构g17885择不g5415、安全系数过小以g2462搭配不g2524理g12573g18129会g4560g14280
机械零件失效。g6164以机械零件的设计不仅要有足够的g5390g5242、刚g5242g2656稳定性，g13479构设计g1075要
g2524理。
2,选材不当和材料缺陷
机械零件的材料g17885择要遵g5502使用性能原则、g2164工工艺性能原则g2462g13475g8994性能原则。使用性能原则是首先要g13783g15397的，零件在特定g10627g3671中使用，对可预见的失效形式要为其g17885择足够的能抵抗该种失效的材料。g3926对g19899性材料，可能g1147生屈服变形或断裂失效，应该g17885择足够的屈服g5390g5242g2656抗拉g5390g5242；但对可能g1147生的低应g2159g14042性断裂、g11142g2183g2462应g2159g14116g15444开裂的g5785g1929下，
高g5390g5242的材料往往适得其反。在保证零件使用性能、g2164工工艺性能要g8726的前提下，g13475g8994性
g1075是g5529须g13783g15397的。
机械零件g6164用的原材料g980g14336g13475过冶g9872、g17723制、g19215g17908、g19148g17908g12573过程，在制g17908过程中g17908成的缺陷往往g1075会g4560g14280零件的g7101期失效。冶g9872工艺g17751g5058g7114会使g18341g4658材料中g6329有g17751g3822的g8699、g8694、
g8706，并有g17751g3822的g7446g17148g2656g3853g7446g10301，这不仅会使g19062的性能变g14042，g10990g14279g17836会形成g11142g2183裂g13453g9316，g4560
g14280g7101期失效。g17723制工艺控制不g3921，会使g19062材表面g12907g12973、g1997g1996不平，g1147生g2022g11177、g6252g2484g12573，这
g1135缺陷g18129会g4560g14280失效。g19148g17908g4493g7143使g19148件g1147生g11107g7506、g1571析、内裂g13453、g3853g7446g8851g7242g19400析出g12573引起
g14042断，因此高g5390g5242的机械零件g17751少用g19148件。由于g19215g17908g7138g7186改g2904材料的g2159g4410性能，g16780g3822受g2159
零件g4625g18339采用g19215件。
3,制造工艺不合理
机械零件往往要g13475过g1931g9921成形、g9950接、机械g2164工、g16025配g12573制g17908工艺过程。g14521工艺g16280g14551
制定不g2524理，则零件在g2164工成形过程中往往会g11053下各种各样的缺陷。g3926g1931g9921成形的表面g12907
g12973不平；g9950接g7114g9950g13553的表面缺陷、g9950接裂g13453；机械g2164工中出现的圆角过小、g2022g11177；组g16025的
g19181位、不g2528心g5242g12573，g6164有的这g1135缺陷g3926g17241过g980定g19492g5242则会g4560g14280零件以g2462g16025g3803g7101期失效。
4,使用操作不当和维修不当
使用操作不g5415是机械零件失效的重要原因g1055g980，g3926g17841g12468操作、g17241g17745、g17241g17907g12573；缺g1059g13475
g20576、g12907心g3835g5859g12573。g16025g3803g5529须进行定期g13512修g2656保g1871，g3926对g16025g3803的g7828g7609、g13512修g2656更g6454不g2462g7114或
g8821有采取适g5415的修理、g19462g6264措施g12573，g1075会引起g16025g3803的g7101期失效。
11.1.3 失效分析的一般方法
在失效分析中，有g1016g20045g7380重要的工作。g980是g6922集失效零件的有关g17176料，这是g2040断失效原因的重要g1393g6466，g5529要g7114g17836要g1582断裂g2159g4410分析。g1120是g7693g6466g4451g16278g2462g5506g16278的断g2487分析，确定失效发g9316g3332的性g17148g2462失效方式。g4451g16278g2462g5506g16278的断g2487分析工作g7380重要，因为g4439g19512了能g2040断失效的g12946确g3332点g2656应该在该g3800g8991定g2750g1135数g6466g3818，g17836对可能的失效原因能提g1391重要g1461g5699。g1375g3926，
g8851g7242断裂应该是材料本g17535、g2164工或g1183g17148作用的问题，与设计关系不g3835。正确的失效分析，
是找出零件失效原因，g16311g1927零件失效问题的基g11796g10627g14422。机械零件的失效分析是g980g20045g13520g2524性的g6228g7427工作，g3835g14280有g3926下步骤。
金属学与热处理
·244·
·244·
g311 g4625g18339g1192g13466g3332g6922集失效零件的残g20620，g19462g8502g11908g6770g2656g8757g7591，并g6305g10043g16772g5417实g1929，确定重点分析的对象，样g2709应取g14270失效的发g9316g18108位，或能反g7156失效性g17148g2656特点的g3332方。
g313 对g6164g17885g16809样断g2487进行g4451g16278(用g13917g11536或g12447g1319g7186g5506g19248)g2462g5506g16278(用高g1505的g1821g4410或g11017g4388g7186g5506
g19248)分析以g2462g5529要的g18341相组织分析，确定失效的发g9316点g2462失效的方式。
g313 g16826g13466g16772g5417并g6984理失效零件的有关g17176料，g3926设计g3282g13452g2656说g7138g1082、实际g2164工工艺、使用
g13512修g16772g5417g12573。g7693g6466这g1135g17176料全面g3332g1186设计、g2164工、使用各方面进行具g1319的分析。
g314 对失效样g2709进行性能g8991g16809、组织分析、化g4410分析g2656g7092损g6518伤，g7828g20576材料的性能指g7643
是g2554g2524格，组织是g2554正常，成分是g2554g12538g2524要g8726，有g7092内g18108或表面缺陷g12573，全面g6922集各种g5529
要的数g6466。
g315 断裂g2159g4410分析，在g7588g1135g5785g1929下g19668要进行断裂g2159g4410计算，以g1427确定失效的原因并提出改进措施。
g316 g13520g2524各方面分析g17176料作出g2040断，确定失效的具g1319原因，提出改进措施，g1901出相关报g2590。
11.2 工程材料选择的基本原则
机械设计工作的g980g14336程g5219是：首先g7693g6466零件的工作g7477件(g3926g17745g14667性g17148、工作g9213g5242、使用
g10627g3671g12573)g17885择材料，然后g7693g6466g6164g17885材料的g2159g4410性能g2656工艺性能来确定零件的断面尺寸g2656g13479构形状，g7380后制定出零件的g3282样g2656g6228g7427g7477件。g6164以材料的正确g17885择，是保证g1147g2709内在g17148g18339的
g980g1022g19762常重要的因g13044。g4439将g11464接g5445g2721到g1147g2709的g17148g18339、g4563g2641g2656生g1147成本。
零件g17885材是g980g20045g3809g7446的工作。因为g8611g1022机械零件g18129有特定的功用，在其服役期内要保证各g20045指g7643均g12538g2524设计要g8726，g1000零件g13475久耐用。为此，零件应具有足够的失效抗g2159。g3926前
g6164述，g5445g2721零件失效的原因是g3822方面的，g1186g17885材角g5242，应有三g7477原则,
g311g3材料应满足相应的g2159g4410性能指g7643。
g312g3材料应有良g3921的工艺性能。
g313g3材料的g13475g8994性。
11.2.1 选材的力学性能原则
在机械设计工作中，g17885择零件材料的g1039要g1393g6466是零件的工作g7477件g2656预期g4563g2641。g1186零件的工作g7477件g2656预期g4563g2641中找出对材料g2159g4410性能的要g8726，这是材料g17885择的基本出发点。但不是任何机械零件的g4563g2641越g19283越g3921，这样g5529然g4560g14280生g1147成本过高，g1186而使g6984台设g3803在价格g990
g7138g7186缺g1059竞争g2159，g2528g7114g1075g17841背现代设计思想。g8611种零件应g13783g15397其用途g2656g14270g17535g4563g2641，g2528g7114g1075
要g13783g15397g6984g1022设g3803的设计使用g4563g2641，使g8611g1022零件的g4563g2641不要g17241过g6984g1022设g3803的g4563g2641。因此确定零件g2524理的使用g4563g2641十分重要。
绝g3835g3822数零件的失效g18129是由于g2159g4410因g13044g17908成的。因此确定g2159g4410性能指g7643后，就要g17885择相应的材料来满足。而材料的g2159g4410性能指g7643又取g1927于材料的化g4410成分、g9921g3800理工艺g12573因g13044。
在g17885材中要注g5859以下问题。
1,材料的热处理条件
g3926果g7588种材料的g2159g4410性能指g7643的g8991g16809g7477件与零件的g9921g3800理g7477件g980g14280，则可以g11464接g1186材第11章 机械零件的失效与分析
·245·
·245·
料设计手册中g17885取、g2554则g17836要针对具g1319零件的材料g2656g9921g3800理工艺进行g2159g4410性能g8991g16809。
2,力学性能指标的综合作用
g980g14336g5785g1929下，在提高材料的g5390g5242的g2528g7114，g3621、g19899性就要下g19489，g5415g3621、g19899性下g19489到g980定值g7114，在低应g2159的作用下材料g1075g7143g1147生g5506裂g13453，g1186而使得g6227g17745能g2159下g19489。g6164以，在对零件进行g17885材并确定g9921g3800理方案g7114，g980定要g13783g15397g2159g4410性能指g7643的g13520g2524作用，充分g13783g15397零件g2159g4410
性能的g5390g19899性配g2524。为了保证零件的安全，要g8726零件既具有高g5390g5242又具有g17751高的g19899性。零件在不g2528工作g7477件下，g5390、g19899性的g2524理配g2524g14279今尚g7092普遍运用的估算方法。对于实际工作的各种零件来说，很难准确g3332确定其g5390g5242与g3621性、g19899性的配g2524关系，g980g14336只是g7693g6466下列原则定性的确定，其可靠性往往g1185g19668按实际g16809g20576来g20576证。
g311g3对于静g17745g14667，g13479构g990存在g19762尖锐缺g2487(g3926g13479构小孔、键槽、g1996肩g12573)的零件，高的g3621
性可以g19489低局g18108的应g2159集中，g19462g8502零件g1147生g5506裂g13453。g6164g17885材料应有g980定的g3621性g2656g19899性。
g312 对于g6227受小能g18339g3822次冲击的零件，以g2462g13479构g990存在尖锐缺g2487g2656内g18108存在裂g13453的零件，g5390g5242是g19762常重要的因g13044，可以不按g10043传统的方法g17885择g3621性g2462g19899性g18129很高的材料。
g313 对于在低g9213下工作的零件，常g17885择g19899性g17751g3835的材料。
应该指出，材料的常g16280g2159g4410性能对零件的g6227g17745能g2159g2656预期g4563g2641各有其独g12447作用，但g4439
们g1055g19400又g1126有g5445g2721。因此在g17885材g7114就存在取舍问题。对于g3835g3822数的零件来说，在保证g5390g5242
的g2528g7114，应g2524理g3332确定g3621性与g19899性，以充分发挥材料的潜能。
3,g4087g1383g4372的应用
材料的硬g5242常在g980定的g14551g3272g5445g2721着g5390g5242。在实际的g1147g2709g17148g18339g7828g8991g7114，通常采用对成g2709
进行硬g5242g8991g16809，以g19400接估算其他g2159g4410性能指g7643。
g980g14336g5785g1929下，g18341g4658材料的硬g5242提高，其g5390g5242g1075g2528g7114提高，而其g3621性、g19899性下g19489。但对于高碳g19062，g3926果材料的g9921g3800理方法不g5415，则可能在硬g5242升高的g2528g7114，g5390g5242g1075下g19489。g3926过共析g19062g2164g9921g14279 A
cm
线以g990，然后再缓慢g1931却，则会得到网状渗碳g1319组织，使g19062的g5390g5242、g3621、
g19899性严重下g19489，但硬g5242由于渗碳g1319的存在却很高。另g3818，采取g7588g1135g9921g3800理工艺，可以得到
g13466化、g17241g13466化的g7242粒而使得材料在g5390g5242提高的g2528g7114，硬g5242、g3621性g2656g19899性g1075能g18129得到提高。
11.2.2 选材的工艺性能原则
g980g14336材料g18129g19668要进行g2164工才能成为成g2709零件。因此，要g8726g17885择的材料应满足g2164工工艺性的要g8726。
1,g2989g3780g1958工性能
对要g8726有g17751高的g12946g5242的零件，毛坯成形后g17836g19668要进行切削g2164工。g17885材g7114就要g13783g15397到切削g2164工的特点，不要g17885择g19762常难以切削g2164工的材料，或者g13783g15397以适g5415的g9921g3800理来改g2904切削
g2164工性，g2554则难以达到g6164要g8726的零件表面g12907g12973g5242g2656尺寸g12946g5242。
2,热处理工艺性能
重要的零件g18129要进行g9921g3800理，g17885材g7114就要g13783g15397材料的g9921g3800理性能。g1375g3926，零件的g6984g1022
断面g18129g19668要淬火的重要轴g12879，在g17885择材料g7114，就g19668要g17885择淬透性很g3921的材料；对于刀具g12879
零件，就g19668要g17885择有g17751高回火稳定性的材料；对于g19668要g19215g17908的零件，g7380g3921g17885择本g17148g13466g7242粒金属学与热处理
·246·
·246·
g5242材料；对于表面g19668要涂(镀)层的零件，就要g13783g15397表面与基g1319的g13479g2524g2159g12573。
3,g1102形工艺性能
材料g18129g19668要成形才成为零件，材料满足成形工艺性能将是g19762常重要的。g1375g3926，对于g19148
g17908成形的毛坯，使用的材料g5529须满足流动性g2462g6922缩性的要g8726，对于g7588g1135薄壁件g17836g19668要材料有g19762常高的流动性；对g19668要压g2159g2164工成形的零件，就g19668要材料具有良g3921的g19215g17908性能、小的变形抗g2159g2656良g3921的g3621性；对g19668要g9950接成形的零件，应g13783g15397其g9950接性能，g980g14336来说，随着g19062
材含碳g18339的增g2164，材料的g9950接性下g19489，g5415碳g5415g18339＞0.45g7114，其g9950接性能g7186著恶化。
总g1055，良g3921的工艺性能是保证零件顺利g2164工、提高零件的g17148g18339、简化零件的生g1147工艺、
g19489低零件的生g1147成本的重要g7477件。
11.2.3 选料的经济性原则
在满足零件使用性能的前提下，g17885材g7114应g13783g15397g4625g18339g19489低零件的材料费用。零件的总成本与零件的g4563g2641、g17148g18339、g2164工费用、g13512修费用g2656材料价格有关。因此应g7693g6466各种g17176料，对总成本进行分析，以g1427g17885材g2656设计g12573工作g1582得更g2524理。
g19148铁的价格低于碳g19062，碳g19062的价格低于g2524g18341g19062。g17885材g7114在满足使用性能要g8726的g7477件下，
应避免g17885择稀有贵重材料，g4625可能g7693g6466我国的具g1319g5785g1929g2656富有g17176g9316，就近取材。g1375g3926，我国是贫镍、铬的国家，而硅、锰、稀土元g13044g17751g3822，因此g17885择硅锰g12879g19062代替镍铬g12879g19062g1186价格
g990说要g1427宜得g3822。g5415然作为高镍铬的不锈g19062是g7092法用普通材料代替。g17885用价格g17751低的g19062种，
有g7114通过适g5415的g9921g3800理完全可以满足零件使用性能的要g8726。但要通过成本的核算，确定增
g2164的g9921g3800理工g5219g6164增g2164的成本，要g8616g17885择价格g17751高的材料成本低。零件g17885材g7114，应g4625g18339g17885
择可简化g2164工工g5219的材料。应g2524理g3332g17885择代用材料、使代用材料既可保证g1147g2709的使用性能，
又能g3835幅g5242g19489低其g2164工费用，简化g2164工工艺。g1375g3926，用球墨g19148铁代替g19215g19062材料g1582低g17907柴油机的曲轴、铣床g1039轴已成为以g19148代g19215的成功g14551g1375，具有g17751g3921的g13475g8994效益。
11.3 齿轮、轴等工件的选材及工艺路线分析
机械零件的g17885材是g980g20045十分重要的工作。g17885材是g2554恰g5415，特别是g980台机器中关键零件的g17885材是g2554恰g5415，将g11464接g5445g2721到g1147g2709的使用性能、使用g4563g2641g2462制g17908成本。g17885材不g5415，严重的可能g4560g14280零件的完全失效并g4560g14280重g3835的g13475g8994损失，有g7114g10990g14279要付出生g2641的代价。零件g17885
材应该g13783g15397以下g1972方面问题：g17885材应满足零件工作g7477件对材料使用性能的要g8726；g17885材应满足生g1147工艺对材料工艺性能的要g8726；g17885材应g2159g8726使零件生g1147的总成本g7380低；g17885材应g13783g15397g1147
g2709的实用性g2656市场g19668g8726；g17885材应g13783g15397实现现代化生g1147的可行性。
11.3.1 齿轮类零件
1,g1122g2525的工作条件g99失效形式g1923性能要g3024
齿轮是机械工业中应用g7380广g8879的重要传动零件g1055g980，g4439g1039要用于传g17894动g2159、改变运动
g17907g5242g2656方g2533。齿轮工作g7114的受g2159g5785g1929是,
g311 由于传g17894g6209g11709，齿g7693g6227受很g3835的g1144变g5379曲应g2159。
第11章 机械零件的失效与分析
·247·
·247·
g312 g6454g6389、g2563动或g2882g2524不均g7114，齿g18108g6227受g980定冲击g17745g14667。
g313 齿面相g1126g9390动或g9381动接触，g6227受很g3835的接触压应g2159g2462摩擦g2159的作用。
齿轮的g1039要失效形式有：齿g7693g11142g2183断裂、齿面局g18108g2105g14865g2656过g5242磨损，g7693g6466齿轮的受g2159
g5785g1929g2656失效分析，g980g14336要g8726齿轮材料应具有以下性能,高的g5379曲g11142g2183g5390g5242g2656接触g11142g2183g5390g5242；
高的齿面硬g5242g2656耐磨性； 良g3921的心g18108g5390g5242g2656g19899性； g17751g3921的工艺性能。
2,g1122g2525的选材g1923工艺分析
1) 机床齿轮
机床传动齿轮工作g7114受g2159不g3835，g17728g17907中g12573，工作g17751平稳，g7092g5390g9884冲击，g5390g5242g2656g19899性要
g8726均不高，g980g14336用中碳g19062(g392645g19062)制g17908，g13475g16855g17148后心g18108有足够的g5390g19899性，能g6227受g17751g3835的g5379
曲应g2159g2656冲击g17745g14667。表面采用高g20069淬火g5390化，硬g5242可达52HRCg79455HRC，耐磨性得到提高。
g17885用45g19062，其g2164工工艺g17347线g3926下,
下料g279g19215g17908g279正火g279g12907g2164工g279g16855g17148g279g12946g2164工g279高g20069淬火g2462回火g279g12946磨
该工艺g17347线中g9921g2164工工g5219的作用是：g19215g17908可成形零件毛坯并得到g2524理的g2164工流线；正火可消g19512g19215g17908应g2159，均g2260组织，g16855g6984硬g5242，改g2904切削g2164工性，改g2904齿轮表面g2164工g17148g18339；g16855
g17148g3800理可使齿轮心g18108具有g17751高的g13520g2524g2159g4410性能，以g6227受g1144变g5379曲应g2159g2656冲击g17745g14667，g17836可以减少高g20069淬火变形；高g20069g5875应g2164g9921淬火可提高齿轮表面硬g5242g2656耐磨性；回火可采用低g9213回火或g14270行回火，以消g19512淬火应g2159，提高抗冲击能g2159，并可以g19462g8502g1147生磨削裂g13453。
2) g8785g17722、g6314拉机齿轮
g8785g17722、g6314拉机的工作g7477件g17751恶g2167，受g2159g17751g3835，g17241g17745g14667g2656受冲击g20069g13333。因此在耐磨性、
g11142g2183g5390g5242、抗冲击能g2159g12573方面的要g8726g8616机床齿轮高。g980g14336g17885用渗碳g19062g3926 20CrMnTi、
20CrMnMog12573制g17908，其工艺g17347线g980g14336为,
下料g279g19215g17908g279正火g279机械g2164工g279渗碳g711淬火g711低g9213回火g279g2955g1036g279磨内孔g2462g6454g6389槽g279g16025
配。20CrMnTi g19062的g9921g3800理工艺性能g17751g3921，有g17751g3921的淬透性，渗碳淬火后变形小。为改g2904
20CrMnTi 的切削g2164工性能，g19215g17908后g980g14336要正火。渗碳的作用是提高齿面含碳g18339(0.8%g794
1.05%)，淬火后则可g14731得0.8mmg7941.3mm的淬硬层。g2955g1036g3800理使零件表层g1147生压应g2159，提高抗g11142g2183性能。
11.3.2 轴类零件
1,g4416的工作条件g99失效形式g1923性能要g3024
轴是各种机械的重要零件g1055g980，g3835g3822数作回g17728运动的零件安g16025在轴g990。轴与轴g990的零件组g2524成传动g18108件并传g17894运动g2656动g2159，其工作g7477件g2656受g2159g5785g1929g8616g17751g3809g7446，g1039要失效形式
g3926下,
g311 受g8190g2533g2159并传g17894g6209g11709，g6227受g1144变g5379曲应g2159g2656g6209应g2159，常常发生g11142g2183断裂。
g312 轴g20060g2656g14469键g12573g18108位发生相对运动，g6227受g17751g3835的摩擦，轴g20060表面g1147生过g18339的磨损。
g313 g6227受g980定的过g17745g2656冲击g17745g14667，g1147生过g18339g5379曲变形，g10990g14279发生g6252断或g6209断。
轴的失效形式是断裂g2656局g18108过g5242磨损，g7693g6466轴g12879零件的工作g7477件g2656失效形式，g6164g17885择的材料应满足以下的要g8726：良g3921的g13520g2524g2159g4410性能，以g19462g8502过g17745g2656冲击断裂；高的g11142g2183g5390g5242，
以g19462g8502g11142g2183断裂；良g3921的切削g2164工性；高的表面硬g5242g2656良g3921的耐磨性，以g19462g8502轴g20060磨损。
金属学与热处理
·248·
·248·
2,g4416的选材g1923工艺分析
1) 机床g1039轴
机床g1039轴g1039要g6227受g1144变g5379曲应g2159g2656g6209g17728应g2159，有g7114g1075g6227受冲击g17745g14667作用，轴g20060g2656g19193孔表面受摩擦。因此，g1039轴应该具有良g3921的g13520g2524g2159g4410性能，g14469键、轴g20060g2656g19193孔表面应有g17751高的硬g5242g2656耐磨性。g3926C616g17722床g1039轴，工作g7114g6227受g6209g17728g2656g5379曲应g2159，g17745g14667不g3835，g17728g17907中g12573，
可g17885用45g19062，具g1319g2164工工艺g17347线为,
下料g279g19215g17908g279正火g279g12907g2164工g279g16855g17148g279g2334g12946g17722g3818圆g711g19087中心孔g711铣键槽g279局g18108淬火(g19193
孔g2462g3818g19193g1319)g279g17722各g12366刀槽g711g12907磨g3818圆g711g9390铣g14469键g279g14469键高g20069淬火g711回火g279g12946磨(g3818圆，g3818
g19193g1319g2462内g19193孔)
该工艺g17347线中g9921g2164工工g5219的作用是：g19215g17908可成轴的毛坯g2656g14731得g2524适的g2164工流线；正火
g3800理可消g19512应g2159，改g2904g19215g17908组织；g16855g17148g3800理(g6984g1319g16855g17148)硬g5242为 200HBSg794230HBS，为回火
g13046g8675g1319组织，目的是使g1039轴得到高的g13520g2524g2159g4410性能，为了更g3921g3332发挥g16855g17148的效果，g6937安g6502
在g12907g2164工g1055后；因内g19193孔g2656g3818圆g19193面常与g2357g11436、g20042尖相对摩擦，内g19193孔g2656g3818圆g19193面g13475g11428g9032
局g18108淬火g2656回火后硬g5242达到45HRCg79452HRC；g14469键g18108位采用高g20069g5875应g2164g9921淬火g2656回火，以保证其耐磨性g2656高的g12946g5242。
2)g3内g10135机曲轴
内g10135机曲轴工作g7114g6227受g6209g17728g2656g5379曲g2462冲击g2159，要g8726曲轴具有高的g5390g5242，g980定的冲击g19899
性g2656g5379曲、g6209g17728g11142g2183g5390g5242，在轴g20060g3800要有高的硬g5242g2656耐磨性。中小功g10587内g10135机曲轴g7380常用的材料是45g19062g2656球墨g19148铁，高g17907g3835功g10587内g10135机曲轴g980g14336采用g2524g18341g19062，g3926 35CrMo、42CrMo
g12573。用45g19062制g17908曲轴的工艺g17347线,
下料g279g19215g17908g279正火g279g12907g2164工g279g16855g17148g279g12946g2164工g279轴g20060表面淬火g711低g9213回火g279g12946磨
用QT700g2522制g17908曲轴的工艺g17347线
g10088g9872g279g19148g17908g279高g9213正火(950g263)g279高g9213回火(560g263)g279机械g2164工g279轴g20060g8680g1319渗g8706(渗g8706g9213
g5242570g263) g279g12946磨
11.3.3 箱体类零件
g12677g1319是机器的基g11796零件，其作用是保证g12677g1319内各g1022零g18108件的相对位置，使运动零件能
g2339g16855运g17728。g5415机器工作g7114，g12677g1319要g6227受内g18108零件g19400的作用g2159g2462g4439们的g17148g18339g12573。因此对g12677g1319
的g2159g4410性能要g8726是：足够的刚g5242g2656抗拉g5390g5242；良g3921的减振性。
g12677g1319g12879零件g980g14336具有形状g3809g7446、g1319积g17751g3835、壁g2414g17751小g12573特点，g6164以g980g14336g17885用g19148g17908毛坯，
常用普通g9796g19148铁、球墨g19148铁、g19148g19062g12573。
g6227受中g12573g17745g14667、工作平稳的g12677g1319，可用g9796g19148铁HT150、HT200g12573。
g6227受g17745g14667g2462冲击g17751g3835或单件生g1147的g12677g1319，可采用g9950接g13479构，g3926g19668用g9950接性能g3921的Q235、
20、16Mng12573g19062g9950接而成。
g7092g16782g19148g17908毛坯g17836是g9950接毛坯，g19148g17908g2656g9950接后内g18108往往存在g17751g3835的内应g2159。为了避免在使用过程中发生变形失效，机械g2164工前通常要进行去应g2159g1166工g7114效或g14270然g7114效g3800理。
第11章 机械零件的失效与分析
·249·
·249·
11.4 工程材料的应用举例
11.4.1 汽车零件用材
1,g1586g3480和g1586g1570
g13580g1319常用的材料有g9796g19148铁g2656g19121g2524g18341g1016种。g13580g11434应采用g4560g9921性g3921、高g9213、g5390g5242高、能g6227
受反g3809g9921应g2159、g19148g17908性能良g3921的材料来制g17908。目前使用的g13580g11434材料有g1016种：g980种是g9796g19148铁或g2524g18341g19148铁；另g980种是g19121g2524g18341。
2,g1586g3466
常用g13580g3883材料为耐磨g2524g18341g19148铁，g1039要有高g11979g19148铁、g11856g19148铁、g2524g18341g19148铁g12573。
3,g1891g3126g99g1891g3126g3783和g1891g3126g1836
g8975g3634材料g980g14336用20g19062或20Cr、20CrMnTig12573低碳g2524g18341g19062。g8975g3634g19156g3818表面应进行渗碳或碳g8706共渗g3800理，以满足g3818表面硬而耐磨，材料内g18108g19899而耐冲击的要g8726。
4,g2389g1574
g17842g7450材料g980g14336采用用45g19062、40Cr或者40MnBg12573g16855g17148g19062。
5,g2935g2602
g8680g19388材料应g17885用耐g9921、耐g15444、耐磨的材料。进g8680g19388g980g14336可用40Cr、35CrMo、38CrSi、
42Mn2Vg12573g2524g18341g19062制g17908；而g6502g8680g19388则要g8726用高铬耐g9921g19062制g17908，采用4Cr10Si2Mo。
6,g854g4416
中、小g3423g8785g17722的g2334轴g980g14336用 45、40Cr g19062制g17908，而重g3423g8785g17722用 40MnB、40CrNi 或
40CrMnMog12573淬透性g17751高的g2524g18341g19062制g17908。
7,g876g3746g1591g99g3147g1082g2797g99g4506g2403g1289
这g1135g18108件通常采用08、20、25g265616Mng19062g7507制g17908。g9921g17723g19062g7507g1039要用来制g17908g980g1135g6227受g980
定g17745g14667的g13479构件。g980g1135形状g3809g7446、受g2159不g3835的机械g3818g3783、g20562g20554g4472、g17747g17722的g17722g17535g12573g16218g11434零件
g17836用g990述g19062种的g1931g17723g19062g7507来制g17908。
11.4.2 机床零件用材
1,机g3206g99g1304g4534用材
机床g2656g5225g5243常采用的g9796g19148铁制g17908，其g10272g2507是：HT150、HT200g2462g4393g13958g19148铁HT250、HT300、
HT350、HT400g12573。
机g17535、g12677g1319g12573g3835g3423零g18108件在单件或小g6221g18339生g1147g7114，g1075可采用普通碳g13044g19062来制g17908，g3926
Q215、Q235、Q255，其中Q235用得g7380g3822。
2,g1122g2525用材
齿轮常采用HT250、HT300g2656HT400g12573g9796g19148铁制g17908。由于g4493g7143制g17908g3809g7446形状的零件g2656
金属学与热处理
·250·
·250·
具有成本低的g1260点，g9796g19148铁常常成为首g17885材料。在g7092g9082g9381g5785g1929下，g19062只能制作小齿轮，常用普通碳g13044g19062Q235、Q255g2656Q275制g17908。
g5390g5242要g8726高的齿轮g3822采用40g19062、45g19062g12573g13475正火或g16855g17148g3800理的中碳g1260g17148g19062制g17908。高g17907、
重g17745或受g5390g9884冲击的齿轮，宜采用40Crg12573g16855g17148g19062或20Cr、20CrMnTig12573渗碳g19062制g17908。
3,g4416g2347零件用材
g980g14336采用正火或g16855g17148g3800理的45g19062g12573g1260g17148碳g13044g19062制g17908轴g12879零件。不重要的或受g2159g17751小的轴g2462g980g14336g17751g19283的传动轴，可以采用 Q235、Q255 或 Q275 g12573普通碳g13044g19062制g17908。g6227受g17745g14667g17751
g3835，g1000要g8726g11464g5464小、g17148g18339小或要g8726提高轴g20060耐磨性的轴，可以采用 40Cr g12573g2524g18341g16855g17148g19062或
20Crg12573g2524g18341渗碳g19062制g17908。曲轴g2656g1039轴常采用QT600g2522、KTZ600g2523g12573球墨g19148铁g2656可g19215g19148
铁制g17908。
4,g2532g3637g2387g2052件用材
g15758g13453g13864接件可由g15758g7655、g3822g3848g15758g7655、g13051g3278g15758g19037g12573g13864接零件构成。g7092特g8542要g8726的g980g14336g15758g13453
g13864接件常用低碳或中碳的普通碳g13044g19062Q235、Q255、Q275制g17908。用35g19062、45g19062g12573g1260g17148碳
g13044g13479构g19062制g17908的g15758g7655，常用于中g12573g17745g14667以g2462g12946g4506的机床g990。g2524g18341g13479构g1906240Cr、40CrVg12573g1039
要用于制作受重g17745高g17907的g7509重要的g13864接g15758g7655。
5,g2532g3880g1166g1358用材
g15758g7071传动g3926g1009g7476g15758g7071传动，不进行g9921g3800理的g15758g7071传动件用 45 g19062、50 g19062制g17908；进行g9921
g3800理的g15758g7071传动件用T10、65Mn、40Crg12573g19062材制g17908。
制g17908g15758g8609的材料用g19148g17908g19189g19750g19120ZCuSn10Zn2、ZCuSn6Zn6Pb3使用得g7380为广g8879。在g17751小
g17745g14667g2462低g17907传动中g15758g8609用耐磨g19148铁制g17908。
6,g3646g2525g1166g1358用材
制g17908g15595轮的材料有g19148g17908g19189g19750g19120、g19148g17908g19121g19750g19120g2656g19148铁。g5415g9381动g17907g5242 τg3053m/s g7114，常采用
g19148g17908g19189g19750g19120ZCuSn10Pb1或ZCuSn6Zn6Pb3g12573。
为g14422g13434贵重的g19120g2524g18341，g11464g5464为100mmg794200mm的g19750g19120g15595轮，应采用g19750g19120轮g13548与g9796g19148铁轮g14467分别g2164工再组g16025成g980g1319的g13479构。
g15595轮材料g980g14336为碳g19062g2656g2524g18341g19062，g3926用15g19062、20g19062、15Crg19062、20Crg19062，表面渗碳淬硬到56HRCg79462HRC，或用45g19062、40Crg19062，g16855g17148后表面高g20069淬火到45HRCg79450HRC。
7,g1825g1358g4416g1109用材
g311 g18341g4658材料：包括轴g6227g2524g18341(g5064g8675g2524g18341、g19120基轴g6227g2524g18341)g2656g19148铁。
g312 g12893g7423冶g18341材料：g12893g7423冶g18341材料可用于制g17908含油轴g6227。
g313 g3621料轴g6227：常用的g3621料轴g6227有ABSg3621料、g4624g21869、g13870g11014g18287、g13870g3247g8691g1069g9923g12573。
8,g1711g1358g4416g1109用材
g9390动轴g6227的内g3818g3292g2656g9390动g1319g980g14336用GCr9、GCr15、GCr15SiMng12573高碳铬或铬锰轴g6227g19062
g2656GSiMnVg12573g7092铬轴g6227g19062制g17908。
第11章 机械零件的失效与分析
·251·
·251·
9,机g1173其g3408零件用材
g311 g1996轮用材：g980g14336尺寸不g3835的平g7507g1996轮可用 45 g19062制g17908，进行g16855g17148g3800理，要g8726高性能的g1996轮可用45g19062g265640 Crg19062制g17908，并进行表面淬火，硬g5242可达50HRCg79460HRC。尺寸g17751g3835
的g1996轮(g11464g5464g3835于300mm或g2414g5242g3835于30mm)，g980g14336采用HT200、HT250或HT300g12573g9796g19148铁或耐磨g19148铁制g17908。
g312 刀具用材：刀具用材包括碳g13044工具g19062、g2524g18341工具g19062、高g17907g19062g2656硬g17148g2524g18341。
11.4.3 仪器仪表用材
1,g2228g3480材料
g311 g18341g4658材料：低碳g13479构g19062(g3926Q195、Q215、Q235)，再用油g9434g19462锈g2656g16025g20292。铬不锈g19062、
铬镍g3897g8675g1319不锈g19062(g39261Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti)
g312 g19762g18341g4658材料：g1375g3926 ABS g3621料，g7143g11017镀g2656g7143成形、g2159g4410性能良g3921，是制g17908g12661g17959、g1660
槽内g15936、g11017机g3818g3783、g1214表g3783、g1214表g11436g12573的g1260g12180材料。
2,g4416g2347零件用材
用 Q235 g12573普通碳g13044g19062、g13870g11014g18287g3621料g12573工程g3621料制g17908。硬g19121 LY12、LY11 g2656黄g19120
HMn58g2522g3822用于制g17908重要g1000g19668要耐g15444的轴g19156g12573零件。
3,g3530g2525用材
g1214器中g3822数g1996轮g6164用材料为中碳g19062或中碳g2524g18341g19062，g980g14336尺寸不g3835的平g7507g1996轮可用45g19062
g7507制g17908，并进行g16855g17148g3800理。要g8726高性能的g1996轮可用45g19062或40 Crg19062制g17908，并进行表面淬火。
4,g1122g2525用材
用普通碳g13044g19062Q275制g17908齿轮，g980g14336不g13475g9921g3800理。QAl10g2524g2524g19750g19120可用来制g17908在400g263
以下工作的齿轮、阀g5243；QAl11g2526g2526 g19750g19120可用来制g17908在 500g263以下工作的齿轮、g3883g12661g2462
其他减磨g2656耐g15444的零件。硅g19750g19120QSi3g2521有高的g5389性、g5390g5242g2656耐磨性。耐g15444性良g3921，可用来制g17908耐g15444件g2462齿轮、制动g7450g12573。
5,g3646g2525g99g3646g1574用材
QAl11g2526g2526 可用来制g17908在 500g263以下工作的g15595轮、g3883g12661g2462其他减磨g2656耐g15444的零件。
硅g19750g19120QSi3g2521g19750g19120有高的g5389性、g5390g5242g2656耐磨性。耐g15444性良g3921，可用来制g17908g15595轮、g15595g7450g2462
耐g15444件g12573。g13870碳酸酯g12573工程g3621料可制g17908轻g17745g15595轮、g15595g7450g12573零件。
小 结
零件的失效形式有断裂、过g18339变形g2656表面损伤三g3835g12879g3423。
零件g17885材应满足三g7477原则,
g311 材料应g12538g2524相应的g2159g4410性能指g7643；
金属学与热处理
·252·
·252·
g312 材料应有良g3921的工艺性能；
g313 材料的g13475g8994性。
本 章 习 题
1,何为机械零件的失效？常见的失效形式有那g1135？
2,举g980g1375来说g7138机械零件失效分析的g980g14336步骤g2656方法。
3,简述齿轮、轴的材料g2462工艺g17347线制定。
