零件的工作条件、损坏形式、力学性能指标及概略关系

零件

名称

工作条件

主要损坏形式

主要力学

性能指标

几种力学性能的概略关系

重要螺栓

拉应力或交变拉应力，冲击载荷(连杆螺栓受切应力)

过度塑性变形或由疲劳破坏造成断裂

σ-1l、σ0.2、HB

1.σb一般是随硬度的提高而增加，σb愈高σs愈高[调质：σs≈(0.75～0.85)σb；正火：σs≈0.5σb]，δ和ψ愈低，而含碳量C为0.2%～0.6%的各种钢的淬火马氏体的硬度HRC≈

2.σ-1一般与σb成正比(碳钢σ-1≈0.43σb，合金钢σ-1≈0.35σb+12)，但当σb＞1000MPa后，σ-1增加不再显著，而主要依钢的组织而异。在σb相同条件下，马氏体回火组织比正火或退火组织具有较高的σ-1，因此，要提高σ-1，既要选用σb较高的材料，又要有适宜的淬透性

σ-1还和零件的结构形式、表面质量以及表层中残留应力的类型有关，拉应力有害，压应力有利。因此，要提高σ-1还应注意降低表面粗糙度数值，防止热处理时产生氧化、脱碳等现象，并尽可能用圆角过渡，以免应力集中，形成疲劳源；还可用渗碳、渗氮、高频淬火、喷丸和滚压等方法来提高σ-1

3.aK值只是表示材料在一次冲击下能承受最大冲击能量的抗力指标，但在实际工作中，不少情况是零件承受能量不大的反复冲击，此时零件的耐力不仅与aK值有关，也与σ-1有关；一般aK值与σb成反比，而σ-1与σb成正比。因此，对于承受冲击作用的零件，要提高其强度，不能片面强调aK值，应根据具体情况考虑。生产实践证明，在小能量和较高频度的冲击作用下，要提高零件寿命，还应适当降低aK值，而增大σb，根据试验，相应的最佳硬度为40HRC左右

4.KIC为平面应变断裂脆性，代表一个裂纹源失稳扩张的强度因子临界值。，式中ac裂纹深度，σc断裂应力，Y裂纹形状因子(常见的半椭圆表面裂纹Y≈1.4)。例如40Cr热处理到52HRC，此时，σs≈1500MPa，KIC≈1500N/mm3/2则对ac＝1mm裂纹，发生脆断。若处理到46HRC，σs≈1300MPa，KIC≈2200mm3/2时，σc≈1570MPa＞σs，则不会脆断，而许用应力要比处理到52HRC为高，这是40Cr齿轮心部硬度过高后崩齿的一个实例。但KIC过高，降低σb、σs则易于疲劳破坏，因此原则是在不发生脆断的前提下，尽可能提高强度

重要传动齿轮

交变弯曲应力、交变接触压应力、冲击载荷、齿表面带滑动的滚动摩擦

齿的折断、过度磨损、疲劳麻点、剥落、压塌、磨损为主

σ-1、σw(接触疲劳强度)、HRC

轴、曲轴

交变弯曲应力、扭转应力、冲击载荷、局部磨损

局部过度磨损、疲劳断裂、以疲劳为主

σ0.2、σ-1、HRC

凿岩机

活 塞

小能量多次冲击、交变应力

疲劳折断，冲击端部塑性变形，崩裂，过度磨损

σ-1l、KIC

弹簧

交变应力、振动

弹性丧失、疲劳断裂

σe、σs/σb、σ-1l

滚动轴承

点接触或线接触下的交变压应力、磨损

过度磨损、疲劳断裂

σe、σr、σ-1l、HRC

抽油杆

腐蚀疲劳

脆性断裂

σ-1l

石 油

射孔器

高温大能量瞬时冲击(火药爆炸)

过度塑性变形至开裂

σb、σs

ψ、aK

刹车鼓

热疲劳、磨损

龟裂、磨损

HRC

泥浆泵

活塞杆

磨损、冲刷、疲劳

磨损、脆断

HRC、σ-1l

石油裂

化管等

高温、蠕变、腐蚀

塑性变形至断裂，或脆性断裂

 

石油钻

井钻头

接触疲劳、多次冲击、磨损

脆性断裂、磨损

σw(接触疲劳强度)、HRC

石油钻

机吊环

循环周期长的周期变动载荷，磨损，有时有大的冲击载荷、低温

磨损、疲劳断裂

σb、σ0.2、HB、缺口敏感性小、过载敏感性小，适应低温

拖拉机

履带板

主要承受压力和一定的冲击载荷

磨损、节销断裂

σb、aK、HRC

注：σ-1l——对称拉伸或压缩应力时的疲劳极限。