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机械设计中的硬度要求分析

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:在机械制造中,常用的是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度等。对于机械厂,此硬度要求又是制订热处理工艺和控制热处理质量的依据。例如,上述齿轮轴,制造厂根据设计图纸上的热处理和硬度要求,按图1就非常方便地求出了回火温度,并据此硬度要求进行产品检验。硬度要求的制订应根据需要与可能的原则。如果单单依据某种材料可能达到的硬度,作为技术要求提出,这便是倒行逆施,是不合理的。

机械设计中的硬度要求分析

机械制造中,常用的是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度等。它们的实质是:金属表面抵抗外物压入所引起的塑性变形时的抗力。它们和其他静力试验的结果所得的强度指标(例如强度极限、屈服点)和塑性指标(例如ψ)之间存在着一定的关系,可借以间接地获得其他力学性能的近似情况。

因此,对某一确定的材料(如40号钢)和确定的热处理(如淬火、回火),硬度和其他力学性能之间存在着一一对应的关系。即一定的材料在一定的处理类型下,知道了硬度,就等于知道了其他力学性能,如图1所示。

图1 淬火并在各种温度回火后,40号钢的力学性能

在选择材料时,我们总要建立起与该零件的服役条件相对应的力学性能指标(如牙轮钻头的多次冲击抗力指标、接触疲劳指标等;抽油杆的不对称拉伸疲劳指标;曲轴的缺口弯扭复合疲劳强度指标、循环韧性指标;固紧螺栓的静拉伸指标等)。凡是能达到此指标的,可以选择作为该零件的材料。但是,用此选定的材料制造这一零件,并经过了规定的热处理后,如何判明它确实达到了特定的力学性能指标呢?显然,采用相应的力学性能试验是很复杂、很困难的。这就要根据材料一定、处理类型一定时,硬度和其他力学性能间一一对应的关系,在设计图纸上以硬度代替其他的力学性能指标。因为硬度试验迅速、简便,效率高;无需进行试样加工,可以进行产品的逐一检查;试验后不造成工件的损毁,无破坏性。

例如,选择某一齿轮轴的材料。建立起来的力学性能指标是:疲劳极限σ-1≥45kgf/mm2,冲击值aK≥4kgf/mm2。考虑到形状、尺寸和工艺要求,选择出了40号钢。在图1所示的“回火温度—力学性能”曲线上,查出了要求σ-1aK范围,于是也找到了对应的硬度范围355HB~395HB。由此,我们在设计图纸上便提出:经淬火回火处理,使硬度达到355HB~395HB。(www.xing528.com)

对于机械厂,此硬度要求又是制订热处理工艺和控制热处理质量的依据。例如,上述齿轮轴,制造厂根据设计图纸上的热处理和硬度要求,按图1就非常方便地求出了回火温度(400~440℃),并据此硬度要求进行产品检验。诚然,对于选择出的这种材料,在图样所要求的某种处理后,凡是能达到此硬度要求的,它的服役性能也必然会合乎要求。

在一定条件下,硬度还能间接地表征耐磨性能。在某些场合下,图样上的硬度是作为一种耐磨性能指标出现的。

硬度要求的制订应根据需要与可能的原则。需要,即零件在运转时的实际需要;可能,即提出的硬度不能超出材料的实际可能。制订零件的硬度要求时,应综合考虑“需要”与“可能”。但起主导作用的是前者。如果原选材料经过一定的处理后,不能达到既定的硬度要求,就要更换材料和热处理工艺。如果单单依据某种材料可能达到的硬度,作为技术要求提出,这便是倒行逆施,是不合理的。

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