失效與選材(共35張PPT)

第6章失效與選材第一頁(yè)，共35頁(yè)。6.1.1材料的使用性能

零件的工作條件：（１）受力狀態(tài)：拉、壓、彎、扭。（２）載荷性質(zhì)：靜載、沖擊載荷、交變載荷。（３）工作溫度：低溫、室溫、高溫、交變溫度。（４）環(huán)境介質(zhì)：有潤(rùn)滑劑，接觸酸、堿、鹽、海水、粉塵、磨粒等。（５）特殊要求：導(dǎo)電、磁性、導(dǎo)熱、膨脹、輻射、密度等。

選用材料的一般原則第二頁(yè)，共35頁(yè)。6.1.1材料的使用性能

使用性能：材料在使用過程中所體現(xiàn)出的性能。包括力學(xué)性能、工作溫度、工作介質(zhì)及其它特殊性能。取決于材料本身及其組織。

在利用手冊(cè)上的力學(xué)性能數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意零件的使用性能，由零件的工作應(yīng)力、使用壽命或安全性與力學(xué)性能指標(biāo)的關(guān)系，確定對(duì)力學(xué)性能指標(biāo)要求的具體數(shù)字。

選用材料的一般原則第三頁(yè)，共35頁(yè)。6.1.2材料的工藝性

加工的難易程度。

１、高分子復(fù)合材料成形工藝比較簡(jiǎn)單，但導(dǎo)熱差。

２、陶瓷材料成形后很難加工。

３、金屬材料加工復(fù)雜，方法有鑄造、壓力加工、焊接、切削加工及熱處理。

4、鑄造合金應(yīng)有高的流動(dòng)性，小的疏松、縮孔、偏析和吸氣性傾向；

5、塑性加工材料應(yīng)有高的塑性和低的變形抗力；

6、切削加工材料應(yīng)有小的切削力，切屑易處理；

7、熱處理過敏性小，氧化和脫碳傾向小，淬透性高變形和開裂傾向小。

機(jī)械零件切削加工硬度控制在170～230HBS之間，可通過熱處理達(dá)到。

選用材料的一般原則第四頁(yè)，共35頁(yè)。6.1.3材料的經(jīng)濟(jì)性

在滿足使用性能的前提下，注意降低成品零件的總成本。零件的總成本：包括材料本身的價(jià)格、加工費(fèi)用及其他費(fèi)用。

選材原則：在滿足使用性能的前提下，盡可能選用價(jià)格低、工藝性能好的材料；考慮我國(guó)的生產(chǎn)和供應(yīng)情況，選材種類、規(guī)格應(yīng)盡可能少而集中，以便于采購(gòu)和管理。

選用材料的一般原則第五頁(yè)，共35頁(yè)。零件的失效形式

6.2.1零件的失效分析

失效：指零件完全破壞、嚴(yán)重?fù)p傷、不能繼續(xù)安全工作。

失效方式：變形、斷裂、腐蝕、磨損。

失效的原因：設(shè)計(jì)、選材、加工和安裝使用不當(dāng)。零件的失效形式第六頁(yè)，共35頁(yè)。6.2.1零件的失效分析

零件的失效分析步驟：１．收集失效零件的殘?bào)w資料；２．整理失效零件的有關(guān)資料；３．確定失效的發(fā)源地及失效方式；４．測(cè)定樣品的必要數(shù)據(jù)；５．確定失效的具體原因，提出改進(jìn)措施，寫出分析報(bào)告。零件的失效形式第七頁(yè)，共35頁(yè)。

6.2.2失效形式

１．彈性變形失效

由于發(fā)生過大的彈性變形而造成零件的失效。彈性變形的大小取決于零件的幾何尺寸及材料的彈性模量。零件的失效形式第八頁(yè)，共35頁(yè)。

6.2.2失效形式

２．塑性變形失效

由于發(fā)生過量的塑性變形而造成零件的失效。塑性變形發(fā)生與否取決于零件的幾何尺寸及材料的屈服強(qiáng)度。在選擇金屬材料時(shí)，不但要選定材料的牌號(hào)，而且要確定熱處理工藝。零件的失效形式第九頁(yè)，共35頁(yè)。

3斷裂失效

１）延性斷裂失效

零件承載截面已進(jìn)入延性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性變形，最后導(dǎo)致斷裂。

零件的失效形式第十頁(yè)，共35頁(yè)。3斷裂失效

２）低應(yīng)力脆性斷裂

零件在低于材料屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生的斷裂。零件的失效形式

產(chǎn)生原因：零件存在尖缺口或裂紋，特別是工作在低溫或受沖擊時(shí)。

預(yù)防措施：（１）保證低、中強(qiáng)度鋼不在低應(yīng)力脆斷的溫度范圍內(nèi)工作；（２）選用工作溫度下沖擊韌性好的高強(qiáng)度鋼。第十一頁(yè)，共35頁(yè)。3斷裂失效

３）．疲勞斷裂失效

零件在交變循環(huán)應(yīng)力多次作用后發(fā)生的斷裂。零件的失效形式

產(chǎn)生原因：加工、冶煉。

斷口特征：有發(fā)源區(qū)（疲勞源）、擴(kuò)展區(qū)和終斷區(qū)。第十二頁(yè)，共35頁(yè)。3斷裂失效

４）蠕變斷裂失效

材料在固定載荷下，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，變形增加，最后由于變形過大或斷裂而導(dǎo)致的失效。零件的失效形式

特點(diǎn)：具有永久變形。蠕變抗力的大小與熔點(diǎn)有關(guān)，熔點(diǎn)越高，蠕變發(fā)生的溫度越高。第十三頁(yè)，共35頁(yè)。4表面損傷失效與選材

表面損傷失效：零件在工作過程中，由于機(jī)械的和化學(xué)的作用，使工作表面及其附近的材料受到嚴(yán)重?fù)p傷以致失效。

１）磨損失效

在機(jī)械力的作用下，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸表面的材料，以細(xì)屑形式逐漸磨耗，使零件尺寸變小而失效。

特點(diǎn)：零件表面變得粗糙，出現(xiàn)許多擦傷的痕跡。零件的失效形式第十四頁(yè)，共35頁(yè)。１）磨損失效

分類：（１）磨粒磨損：由硬粒對(duì)零件表面的切削作用造成；零件的失效形式（２）粘著磨損：由相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體表面的微凸體，在摩擦?xí)r發(fā)生焊合，然后撕開，產(chǎn)生磨屑造成。第十五頁(yè)，共35頁(yè)。１）磨損失效

選材與防止：（１）為降低磨粒磨損，要求材料的硬度高，并有較多的耐磨相。（２）在沖擊載荷下，應(yīng)選用較軟的高錳鋼。（３）摩擦副選用不同材質(zhì)，且摩擦因數(shù)小，并具有一定的自潤(rùn)滑能力或利于保存潤(rùn)滑劑。零件的失效形式第十六頁(yè)，共35頁(yè)。２）表面疲勞失效

相互接觸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面，在工作過程中承受交變接觸應(yīng)力的作用，使表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落，造成零件的失效。

選材與防止：（１）材料應(yīng)有足夠的硬度，一定的塑性和韌性。（２）材料含夾雜物少。（３）進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。零件的失效形式第十七頁(yè)，共35頁(yè)。３）腐蝕失效

由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕引起表面損傷，造成零件失效。

選材與防止：１）根據(jù)介質(zhì)的成分性質(zhì)選材。２）零件進(jìn)行各種表面強(qiáng)化處理。反應(yīng)釜

零件的失效形式第十八頁(yè)，共35頁(yè)。第十九頁(yè)，共35頁(yè)。典型零件選材與分析

1.軸的選材與工藝

軸的作用：支承傳動(dòng)零件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

軸類零件的特性：（１）都要傳遞一定的扭矩；承受一定的交變彎矩或拉壓載荷。（２）都用軸承支持，在滑動(dòng)軸承軸頸處應(yīng)有較高的耐磨性。（３）大多要承受一定的沖擊載荷；（4）特殊條件下受高溫或介質(zhì)作用。第二十頁(yè)，共35頁(yè)。1軸的選材與工藝

材料特性：（１）具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。（２）具有高的疲勞抗力。（３）局部具有高的硬度和耐磨性。（４）其他的特殊性能（蠕變抗力、耐腐蝕性）。典型零件的選材分析第二十一頁(yè)，共35頁(yè)。1軸的選材與工藝

按受力情況選材：（１）受力不大，主要考慮剛度和耐磨性，用球墨鑄鐵或碳鋼制造。（２）主要受彎曲、扭轉(zhuǎn)的軸，用45鋼、40Cr制造。（３）同時(shí)承受彎曲（或扭轉(zhuǎn)）及拉壓載荷的軸，整個(gè)截面應(yīng)力分布均勻，選用淬透性好的鋼種。典型零件的選材分析第二十二頁(yè)，共35頁(yè)。1）機(jī)床主軸的選材與工藝路線

特點(diǎn)：

１）受彎曲、扭轉(zhuǎn)。２）承受的應(yīng)力和沖擊不大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。３）滑動(dòng)軸承、錐孔、外圓錐面處應(yīng)有一定的耐磨性。采用45號(hào)鋼或40Cr鋼。

典型零件的選材分析第二十三頁(yè)，共35頁(yè)。1）機(jī)床主軸的選材與工藝路線

工藝路線：下料鍛造粗加工調(diào)質(zhì)磨削精車表面淬火低溫回火正火典型零件的選材分析第二十四頁(yè)，共35頁(yè)。1）機(jī)床主軸的選材與工藝路線正火的目的：得到合適的硬度，便于機(jī)加工；去除內(nèi)應(yīng)力，改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)處理作準(zhǔn)備。

調(diào)質(zhì)的目的：得到良好的綜合力學(xué)性能；

表面淬火的目的：提高硬度，增加耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。典型零件的選材分析第二十五頁(yè)，共35頁(yè)。2齒輪的選材與工藝

齒輪工作特點(diǎn)：１）由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力。２）齒面承受較大的接觸應(yīng)力，強(qiáng)烈的摩擦和磨損。３）由于換擋、啟動(dòng)或嚙合不良，輪齒受到?jīng)_擊。典型零件的選材分析第二十六頁(yè)，共35頁(yè)。2齒輪的選材與工藝

齒輪材料主要性能：（１）高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。（２）齒面有高的硬度和耐磨性。（３）輪齒心部有足夠的強(qiáng)度和韌性；（4）較好的工藝性能。典型零件的選材分析第二十七頁(yè)，共35頁(yè)。1）機(jī)床齒輪的選材與工藝路線

機(jī)床齒輪工作時(shí)受力不大，轉(zhuǎn)速中等，工作較平穩(wěn)，無(wú)強(qiáng)烈沖擊，強(qiáng)度和韌性要求均不太高，一般用中碳鋼或中碳低合金鋼。

工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→高頻淬火→低溫回火→精磨。典型零件的選材分析第二十八頁(yè)，共35頁(yè)。3箱體類的選材與工藝路線

箱體類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般只能用鑄造的辦法生產(chǎn)。受力較大，形狀簡(jiǎn)單的，也可選用型鋼焊接而成。根據(jù)受力情況及自重要求等，可選用鑄鋼、鑄鐵、鑄造鋁合金以及工程塑料等。典型零件的選材分析第二十九頁(yè)，共35頁(yè)。典型零件和手工工具的熱處理分析

6.4.1熱處理的工序位置

１．預(yù)備熱處理包括退火、正火等。

主要作用：１）消除前一工序造成的缺陷（如內(nèi)應(yīng)力、晶粒粗大、組織與成分不均等）。２）為切削加工作準(zhǔn)備。第三十頁(yè)，共35頁(yè)。6.4.1熱處理的工序位置

２．最終熱處理包括淬火、回火、表面熱處理等。

主要作用：獲得所需的使用性能。典型零件和手工工具的熱處理分析第三十一頁(yè)，共35頁(yè)。

6.4.3簡(jiǎn)單手工工具的熱處理１．工作條件承受較大的局部壓力，摩擦和磨損。２．要求具有較高的硬度和耐磨性，及足夠的塑性和韌性。３．熱處理淬火和回火。典型零件和手工工具的熱處理分析第三十二頁(yè)，共35頁(yè)。精品課件！第三十三頁(yè)，共35頁(yè)。１）由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力。２）為切削加工作準(zhǔn)備。1熱處理的工序位置零件的失效分析步驟：（３）大多要承受一定的沖擊載荷；選材原則：在滿足使用性能的前提下，盡可能選用價(jià)格低、工藝性能好的材料；（１）受力不大，主要考慮剛度和耐磨性，用球墨