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第1章 机械零件失效分析及疲劳强度1

1.1 失效分析及失效预防的基本思路1

1.2 机械零件的主要失效形式3

1.3 疲劳断裂失效4

1.3.1 定义与分类4

1.3.2 力学分析5

1.4 材料的疲劳强度7

1.4.1 疲劳强度和抗拉强度之间的经验关系7

1.4.2 应力集中和缺口的影响8

1.4.3 材料缺口疲劳强度和疲劳缺口敏感度11

1.5 疲劳强度的其他影响因素14

1.5.1 缺口敏感度14

1.5.2 变动载荷频率范围的影响16

1.5.3 表面状况的影响16

1.5.4 合金成分及显微组织的影响17

1.5.5 表面残余应力对疲劳强度的影响18

第2章 从材料强度学的观点优化机械零件疲劳寿命19

2.1 应力状态等的基本概念19

2.1.1 应力状态软性系数19

2.1.2 压缩的特征20

2.1.3 弯曲的特征21

2.1.4 扭转的特征21

2.2 缺口效应22

2.2.1 缺口试样在弹性状态下的应力分布23

2.2.2 缺口试样在塑性状态下的应力分布24

2.3 不同应力状态的选材原则25

2.4 材料的强度、塑性、韧性与使用寿命的辩证关系26

2.4.1 材料的强度、塑性、韧性判据26

2.4.2 强、塑、韧合理配合与优化选材、用材28

2.5 接触疲劳及其类型29

2.5.1 影响接触疲劳寿命的因素30

2.5.2 轴承钢表面硬度与平均使用寿命的关系31

2.5.3 静态接触疲劳寿命、冲击接触疲劳寿命与硬度的关系曲线31

2.5.4 滑动磨粒磨损与多次冲击磨粒磨损32

第3章 零件结构与疲劳强度40

3.1 轴的圆角过渡的影响40

3.2 键槽的影响44

3.2.1 轴的疲劳断裂事故分析44

3.2.2 键槽的影响44

3.3 花键齿形的影响45

3.4 横孔的影响45

3.5 零件尺寸的影响47

3.5.1 尺寸效应47

3.5.2 零件尺寸系数εσ和ετ48

3.5.3 加大半轴直径反而使用寿命低的实例48

3.6 压配合对轴疲劳强度的影响50

3.6.1 压配合轴的应力集中分析50

3.6.2 降低应力集中的结构设计50

3.6.3 提高压配合轴弯曲疲劳强度的实验51

3.6.4 提高拖拉机前轴主销疲劳寿命的实例52

第4章 机械加工与零件疲劳强度54

4.1 车削加工与零件疲劳强度54

4.1.1 车削工艺参数对钢的疲劳强度的影响54

4.1.2 高速切削工艺参数对钢的疲劳性能的影响55

4.1.3 工程应用实例57

4.2 不同加工表面粗糙度的影响57

4.3 磨削加工的影响59

4.3.1 磨削可以提高零件疲劳强度59

4.3.2 采用纵向磨削有利于提高疲劳强度59

4.3.3 磨削表面缺陷的不利影响59

4.3.4 工程研究实例60

4.4 抛光对零件疲劳强度的影响61

4.4.1 抛光对疲劳强度的影响分析61

4.4.2 纵向抛光的有利作用61

4.4.3 工程研究实例62

4.5 带孔零件的疲劳强度62

4.5.1 横孔对疲劳强度的影响62

4.5.2 不同加工横孔工艺方法的影响63

4.5.3 钻孔倒角对钢的疲劳强度的影响64

4.5.4 静压钻孔棱角对钢的疲劳强度的影响64

4.5.5 冲击压缩钻孔棱角对疲劳强度的影响65

4.5.6 工程应用实例65

4.6 机械加工的影响66

第5章 冶金及热加工与钢的性能70

5.1 冶炼方法对钢的性能的影响70

5.1.1 氧气顶吹转炉炼钢70

5.1.2 电弧炉炼钢的影响71

5.1.3 电渣炉重熔71

5.1.4 真空脱气、真空熔炼及真空重熔的影响72

5.1.5 夹杂物对钢的疲劳强度的影响73

5.2 冶金质量与钢的淬透性75

5.2.1 成分波动对工艺性能的影响75

5.2.2 成分波动对钢的淬透性的影响76

5.2.3 结构钢淬透性的技术要求78

5.3 微量合金元素B、Ti的影响80

5.4 金属纤维流线与疲劳强度——热加工的影响81

5.4.1 金属纤维流线的形成81

5.4.2 纤维流线对钢材力学性能的影响82

5.4.3 机械零件的纤维流线的合理设计83

5.5 晶粒尺寸的影响88

5.6 轧制89

5.7 化学成分90

5.8 钢的洁净程度与夹杂物的影响90

第6章 钢的热处理与疲劳强度94

6.1 热处理工艺及金相组织对钢的力学性能的影响94

6.1.1 铁素体组织的影响95

6.1.2 非马氏体组织的影响97

6.1.3 残余奥氏体的影响100

6.1.4 贝氏体和马氏体混合组织的影响101

6.1.5 回火脆性的影响103

6.1.6 过热后晶粒度的影响105

6.1.7 脱碳及增碳的影响107

6.1.8 生产实例108

6.2 感应淬火强化及其综合强化110

6.2.1 预先热处理是正火还是调质好111

6.2.2 淬硬层该多深为好111

6.2.3 表层与心部的合理硬度值问题112

6.2.4 感应淬火的组织及评定问题114

6.2.5 关于感应淬火层的合理分布设计问题114

6.2.6 感应淬火的综合强化及生产应用116

6.2.7 感应表面淬火及综合强化的发展动向118

6.2.8 高频表面淬火的残余压应力与强度119

6.2.9 表面淬火对零件使用性能的影响123

6.2.10 关于淬硬层深的选择126

6.2.11 高频表面淬火强度与零件疲劳设计127

6.2.12 表面加热淬火零件心部硬度的选择128

6.3 化学热处理128

6.3.1 渗碳128

6.3.2 碳氮共渗129

6.3.3 碳、氮、硼三元共渗129

6.3.4 气体氮化129

6.3.5 软氮化130

6.3.6 离子氮化132

6.3.7 渗碳、气体氮化、碳氮共渗的疲劳强度比较134

6.3.8 表面化学热处理与疲劳强度141

6.4 表面电镀金属与疲劳强度141

6.4.1 残余应力与疲劳强度141

6.4.2 残余应力对在不同条件下服役零件使用性能的影响143

第7章 提高机械零件疲劳强度的工程设计151

7.1 合理的机械结构设计151

7.2 焊接接头的疲劳强度设计156

7.2.1 钢的可焊性设计156

7.2.2 焊接接头形式对疲劳强度的影响157

7.2.3 焊缝中的残余应力158

7.2.4 降低焊缝区应力集中，增加焊缝构件承载能力的技术措施159

7.3 260/320型压缩机曲轴主轴颈断裂分析161

7.3.1 确定疲劳源161

7.3.2 咬蚀的作用164

7.3.3 紧配合轴的强度165

7.3.4 提高强度的途径166

7.3.5 结论及改进措施167

7.4 预防疲劳失效的选材167

7.4.1 材料失效与成分、组织、状态的关系167

7.4.2 选材原则167

7.4.3 提高带缺口零件的疲劳强度理论分析169

7.5 采用能提高材料疲劳强度的热处理及强化工艺172

参考文献174