機械設計與材料設計

本書主要討論機械零件設計和加工製造工藝對金屬材料性能的影響，並用這些研究和討論的結果來指導機械設計與製造，內容主要包括：機械零件失效分析及疲勞強度;從材料強度學的觀點最佳化機構零件疲勞壽命;零件結構設計與疲勞強度;機械加工與零件疲勞強度;冶金及熱加工與鋼的性能;鋼的熱處理與疲勞強度等。 本書可供高等院校機械、材料專業教學使用，也可供從事機械設計、製造的研究人員和工程技術人員參考。

前言

本書的主要目的在於介紹當今機械製造工程與金屬材料成型加工兩個領域交叉結合時常被人們忽略的關鍵細節，本書大部分內容是筆者教學和科研的積累。本書較系統地闡述了零件所受載荷、應力與疲勞強度的原理，機械零件失效分析、失效預防的基本思路，所受載荷、應力與疲勞強度之間的關係;機械零件的殘餘應力與疲勞強度;零件的結構設計(鍵槽、孔、齒形、圓角半徑等)與疲勞強度;機械加工工藝對疲勞強度的影響;冶金與熱加工對鋼性能的影響;熱處理表面強化與鋼的疲勞強度。並從設計經濟高效的加工工藝流程的角度，提出使用的參考建議，列舉了生產中發生的典型實例。
本書在零件的結構設計與疲勞強度，機械加工工藝對疲勞強度的影響方面，填補了機械工程與材料科學與工程兩領域交叉結合處的缺項，對機械製造生產、金屬材料成型及其熱處理具有借鑑和參考價值。本書匯集幾十年的機械與材料加工領域的研究成果，向讀者介紹加工工藝各環節的技術關注點，旨在幫助從事零件製造生產領域的技術人員在材料選擇、設備選擇和工藝方案設計時，特別是在實現大批量的可靠生產、保障產品的質量、有效延長所製造零件壽命方面提供些有益的依據和參考。

目錄

第1章機械零件失效分析及疲勞強度
11失效分析及失效預防的基本思路
12機械零件的主要失效形式
13疲勞斷裂失效
131定義與分類
132力學分析
14材料的疲勞強度
141疲勞強度和抗拉強度之間的經驗關係
142應力集中和缺口的影響
143材料缺口疲勞強度和疲勞缺口敏感度
15疲勞強度的其他影響因素
151缺口敏感度
152變動載荷頻率範圍的影響
153表面狀況的影響
154合金成分及顯微組織的影響
155表面殘餘應力對疲勞強度的影響
第2章從材料強度學的觀點最佳化機械零件疲勞壽命
21應力狀態等的基本概念
211應力狀態軟性係數
212壓縮的特徵
213彎曲的特徵
214扭轉的特徵
22缺口效應
221缺口試樣在彈性狀態下的應力分布
222缺口試樣在塑性狀態下的應力分布
23不同應力狀態的選材原則
24材料的強度、塑性、韌性與使用壽命的辯證關係
241材料的強度、塑性、韌性判據
242強、塑、韌合理配合與最佳化選材、用材
25接觸疲勞及其類型
251影響接觸疲勞壽命的因素
252軸承鋼表面硬度與平均使用壽命的關係
253靜態接觸疲勞壽命、衝擊接觸疲勞壽命與硬度的關係曲線
254滑動磨粒磨損與多次衝擊磨粒磨損
第3章零件結構設計與疲勞強度
31軸的圓角過渡的影響
32鍵槽的影響
321軸的疲勞斷裂事故分析
322鍵槽的影響
33花鍵齒形的影響
34橫孔的影響
35零件尺寸的影響
351尺寸效應
352零件尺寸係數εσ和ετ
353加大半軸直徑反而使用壽命低的實例
36壓配合對軸疲勞強度的影響
361壓配合軸的應力集中分析
362降低應力集中的結構設計
363提高壓配合軸彎曲疲勞強度的實驗
364提高拖拉機前軸主銷疲勞壽命的實例
第4章機械加工與零件疲勞強度
41車削加工與零件疲勞強度
411車削工藝參數對鋼的疲勞強度的影響
412高速切削工藝參數對鋼的疲勞性能的影響
413工程套用實例
42不同加工表面粗糙度的影響
43磨削加工的影響
431磨削可以提高零件疲勞強度
432採用縱向磨削有利於提高疲勞強度
433磨削表面缺陷的不利影響
434工程研究實例
44拋光對零件疲勞強度的影響
441拋光對疲勞強度的影響分析
442縱向拋光的有利作用
443工程研究實例
45帶孔零件的疲勞強度
451橫孔對疲勞強度的影響
452不同加工橫孔工藝方法的影響
453鑽孔倒角對鋼的疲勞強度的影響
454靜壓鑽孔稜角對鋼的疲勞強度的影響
455衝擊壓縮鑽孔稜角對疲勞強度的影響
456工程套用實例
46機械加工的影響
第5章冶金及熱加工與鋼的性能
51冶煉方法對鋼的性能的影響
511氧氣頂吹轉爐煉鋼
512電弧爐煉鋼的影響
513電渣爐重熔
514真空脫氣、真空熔煉及真空重熔的影響
515夾雜物對鋼的疲勞強度的影響
52冶金質量與鋼的淬透性
521成分波動對工藝性能的影響
522成分波動對鋼的淬透性的影響
523結構鋼淬透性的技術要求
53微量合金元素B、Ti的影響
54金屬纖維流線與疲勞強度——熱加工的影響
541金屬纖維流線的形成
542纖維流線對鋼材力學性能的影響
543機械零件的纖維流線的合理設計
55晶粒尺寸的影響
56軋制
57化學成分
58鋼的潔淨程度與夾雜物的影響
第6章鋼的熱處理與疲勞強度
61熱處理工藝及金相組織對鋼的力學性能的影響
611鐵素體組織的影響
612非馬氏體組織的影響
613殘餘奧氏體的影響
614貝氏體和馬氏體混合組織的影響
615回火脆性的影響
616過熱後晶粒度的影響
617脫碳及增碳的影響
618生產實例
62感應淬火強化及其綜合強化
621預先熱處理是正火還是調質好
622淬硬層該多深為好
623表層與心部的合理硬度值問題
624感應淬火的組織及評定問題
625關於感應淬火層的合理分布設計問題
626感應淬火的綜合強化及生產套用
627感應表面淬火及綜合強化的發展動向
628高頻表面淬火的殘餘壓應力與強度
629表面淬火對零件使用性能的影響
6210關於淬硬層深的選擇
6211高頻表面淬火強度與零件疲勞設計
6212表面加熱淬火零件心部硬度的選擇
63化學熱處理
631滲碳
632碳氮共滲
633碳、氮、硼三元共滲
634氣體氮化
635軟氮化
636離子氮化
637滲碳、氣體氮化、碳氮共滲的疲勞強度比較
638表面化學熱處理與疲勞強度
64表面電鍍金屬與疲勞強度
641殘餘應力與疲勞強度
642殘餘應力對在不同條件下服役零件使用性能的影響
第7章提高機械零件疲勞強度的工程設計
71合理的機械結構設計
72焊接接頭的疲勞強度設計
721鋼的可焊性設計
722焊接接頭形式對疲勞強度的影響
723焊縫中的殘餘應力
724降低焊縫區應力集中，增加焊縫構件承載能力的技術措施
73260/320型壓縮機曲軸主軸頸斷裂分析
731確定疲勞源
732咬蝕的作用
733緊配合軸的強度
734提高強度的途徑
735結論及改進措施
74預防疲勞失效的選材
741材料失效與成分、組織、狀態的關係
742選材原則
743提高帶缺口零件的疲勞強度理論分析
75採用能提高材料疲勞強度的熱處理及強化工藝
參考文獻