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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ετ 48

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