工程材料與熱加工零件失效

工程材料與熱加工零件失效第1頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12章機(jī)械零件材料與

成型方法的選擇選材是機(jī)械零件設(shè)計(jì)的第一步。機(jī)械零件使用的材料種類(lèi)繁多，如何合理地選擇材料是一項(xiàng)非常重要的工作。在掌握各種工程材料性能和失效形式的基礎(chǔ)上，正確合理地選擇和使用材料是從事工程構(gòu)件和機(jī)械零件設(shè)計(jì)與制造的工程技術(shù)人員的一項(xiàng)重要任務(wù)。

第2頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12章機(jī)械零件材料與

成型方法的選擇機(jī)械零件的選材與成型方法選擇不是相互獨(dú)立的。在進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)，首先遇到的就是選材問(wèn)題，而材料的工藝性能好壞是決定其是否被選用的一個(gè)重要因素。而在選擇零件成型方法時(shí)，也要首先考慮該工藝是否適合對(duì)選中材料的成型加工。由此可知，機(jī)械零件材料的選擇與零件成型方法的選擇是相關(guān)的、統(tǒng)一的。正確選擇零件毛坯的材料、類(lèi)型和合理選擇毛坯成型工藝方法是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。第3頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12章機(jī)械零件材料與

成型方法的選擇12.1零件失效分析12.2零件材料與成型方法的選擇原則12.3典型零件材料與成型方法選擇第4頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析◆零件失效：主要指某零件由于某種原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀或材料的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的功能?！袅慵У脑蚝芏?，但零件的材料選用不當(dāng)（零件材料不能適應(yīng)零件的服役條件），與零件材料和結(jié)構(gòu)不相適應(yīng)的零件成型方法是造成零件失效的主要原因。第5頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.1機(jī)械零件的服役條件機(jī)械零件在服役過(guò)程中可能承受的載荷主要有三種類(lèi)型：力學(xué)載荷、熱載荷(環(huán)境溫度)和環(huán)境介質(zhì)?！粼诹W(xué)載荷作用下，機(jī)械零件將產(chǎn)生變形，甚至出現(xiàn)斷裂；◆在熱載荷作用下，機(jī)械零件會(huì)產(chǎn)生尺寸和體積的改變，并產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時(shí)隨著溫度的升高，零件的承載能力下降；第6頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.1機(jī)械零件的服役條件機(jī)械零件在服役過(guò)程中可能承受的載荷主要有三種類(lèi)型：力學(xué)載荷、熱載荷(環(huán)境溫度)和環(huán)境介質(zhì)。◆環(huán)境介質(zhì)的作用主要表現(xiàn)為機(jī)械零件的表面磨損和腐蝕環(huán)境下機(jī)械零件表面的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，對(duì)于高分子材料制成的機(jī)械零件，環(huán)境介質(zhì)還會(huì)導(dǎo)致材料的老化。第7頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.1機(jī)械零件的服役條件對(duì)于以承受力學(xué)載荷為主要功能的機(jī)械零件來(lái)說(shuō)，服役過(guò)程中主要是承受各種力學(xué)載荷的作用。◆根據(jù)外力作用性質(zhì)的不同，分為靜載荷、沖擊載荷及疲勞載荷?！舾鶕?jù)外力作用方式的不同，分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷?！舾鶕?jù)外力大小和分布的特點(diǎn)，分為均布載荷和集中載荷。機(jī)械零件在不同力學(xué)載荷作用下表現(xiàn)出不同的力學(xué)行為。第8頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.2機(jī)械零件的失效形式畸變失效，斷裂失效，磨損失效，

腐蝕失效第9頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15.1零件失效分析15.1.3機(jī)械零件失效的原因①設(shè)計(jì)因素②材質(zhì)因素③制造（工藝）因素④裝配調(diào)試因素⑤運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素第10頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：①設(shè)計(jì)因素設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素：零件在特定工況、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等條件下可能發(fā)生的基本失效模式。設(shè)計(jì)過(guò)程：依據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)選材確定零件結(jié)構(gòu)計(jì)算受力并驗(yàn)算合格不合格第11頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：②材質(zhì)因素選材不當(dāng)：所選用的材料的性能不能滿足工作條件的要求；材料內(nèi)部缺陷、毛坯加工(鑄鍛焊)工藝；冷熱加工(特別是熱處理)工藝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。第12頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：③制造（工藝）因素制造工藝條件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求是導(dǎo)致零件失效的一個(gè)重要因素。如零件在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋；焊接過(guò)程的未焊透、偏析、冷熱裂紋；鑄造過(guò)程的疏松、夾渣，機(jī)加工過(guò)程的尺寸公差和表面粗糙度不合適；熱處理工藝產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性、硬軟層硬度梯度過(guò)大；精加工磨削中的磨削裂紋等。第13頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：④裝配調(diào)試因素在安裝過(guò)程中，未達(dá)到所要求的質(zhì)量指標(biāo)，如：●嚙合傳動(dòng)件(齒輪、桿、螺旋等)的間隙不合適(過(guò)松或過(guò)緊，接觸狀態(tài)未調(diào)整好)；●聯(lián)接零件必要的“防松”不可靠；●鉚焊結(jié)構(gòu)的必要探傷檢驗(yàn)不良；●潤(rùn)滑與密封裝置不良等?！裨诔醪桨惭b調(diào)試后，未按規(guī)定進(jìn)行逐級(jí)加載跑合。第14頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：⑤運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素●對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)(載荷、速度等)的監(jiān)控是否準(zhǔn)確；●定期大、中、小檢修的制度是否合理、執(zhí)行；●潤(rùn)滑條件是否保證，包括潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法是否選得合適，潤(rùn)滑裝置以及冷卻、加熱和過(guò)濾系統(tǒng)功能是否正常。第15頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15.1零件失效分析◆失效分析的基本步驟：（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究和收集資料；（2）整理分析；（3）斷口分析；（4）組織結(jié)構(gòu)分析；（5）性能的測(cè)試與分析；（6）綜合分析。第16頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15.2機(jī)械零件材料與成型方法的選擇原則15.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則優(yōu)異的使用性能、良好的加工工藝性能、便宜的價(jià)格和環(huán)保性能是機(jī)械零件選材的最基本原則。第17頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則1.使用性能原則使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。對(duì)大量機(jī)器零件和工程構(gòu)件，則主要是力學(xué)性能。對(duì)一些特殊條件下工作的零件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理、化學(xué)性能。使用性能的要求，是在分析零件工作條件和失效形式的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。第18頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的工作條件包括三個(gè)方面：①受力狀況載荷的類(lèi)型(例如動(dòng)載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等)和大小；載荷的形式如拉伸、壓縮、彎曲或扭轉(zhuǎn)等；載荷的特點(diǎn)，例如均布載荷或集中載荷等。第19頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的工作條件包括三個(gè)方面：②環(huán)境狀況主要是溫度特性，例如低溫、常溫、高溫或變溫等；介質(zhì)情況，如酸性環(huán)境、堿性環(huán)境、多塵環(huán)境、霉雨環(huán)境等。第20頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的工作條件包括三個(gè)方面：③特殊要求主要是對(duì)導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。第21頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的失效形式主要有：第22頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則2.工藝性能原則材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。在選材中，同使用性能比較，工藝性能常處于次要地位。但在某些特殊情況下，工藝性能也可成為選材考慮的主要依據(jù)。第23頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則3.經(jīng)濟(jì)性原則材料的經(jīng)濟(jì)性是選材的根本原則。采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，使產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，始終是設(shè)計(jì)工作的重要任務(wù)。（1）材料的價(jià)格零件材料的價(jià)格無(wú)疑應(yīng)該盡量低。材料的價(jià)格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比重，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在許多工業(yè)部門(mén)中可占產(chǎn)品價(jià)格的30％--70％，因此設(shè)計(jì)人員必須關(guān)心材料的市場(chǎng)價(jià)格。第24頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2機(jī)械零件材料與成型方法的選擇原則3.經(jīng)濟(jì)性原則（2）零件的總成本

零件選用的材料必須保證其生產(chǎn)和使用的總成本最低。零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費(fèi)用、研究費(fèi)用、維修費(fèi)用和材料價(jià)格有關(guān)。價(jià)值工程原理：價(jià)值(V）＝功能（F）/成本（C）第25頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機(jī)械零件材料的選擇原則4.可持續(xù)發(fā)展原則隨著工業(yè)的發(fā)展，資源和能源的問(wèn)題日漸突出，選用材料時(shí)必須對(duì)此有所考慮，特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，所用材料應(yīng)該來(lái)源豐富并顧及我國(guó)資源狀況。另外，還要注意生產(chǎn)所用材料的能源消耗，盡量選用耗能低的材料。第26頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則機(jī)械零件的功能，主要由兩方面的因素決定：①零件所具有的結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量等）；②零件所采用的材料。這兩個(gè)方面決定著零件的成型加工方法。第27頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則第一步：初步確定零件的結(jié)構(gòu)和材料第二步：基本確定成型工藝；第三步：結(jié)合零件的生產(chǎn)批量、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)甚至企業(yè)生產(chǎn)條件等因素，對(duì)零件成型方法做出明確的選擇；第四步：根據(jù)所選用的成型方法，對(duì)零件的結(jié)構(gòu)工藝性和材料的工藝性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和修正；第五步：對(duì)零件結(jié)構(gòu)的局部?jī)?yōu)化。零件設(shè)計(jì)的基本步驟：第28頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則成型方法的選擇是否合理，關(guān)系著零件制造過(guò)程的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率及零件能否滿足使用要求。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，當(dāng)零件的結(jié)構(gòu)和材料初步確定之后，其成型工藝的基本類(lèi)型就大致確定了。第29頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：1.工藝適應(yīng)性原則工藝適應(yīng)性原則是指所采用的成型方法應(yīng)該與零件的結(jié)構(gòu)和材料的工藝性能相適應(yīng)。即：工藝適應(yīng)性原則著眼于所用的成型方法是否能使毛坯的成型過(guò)程容易，并且不易產(chǎn)生缺陷。因此，成型方法工藝性的優(yōu)劣，會(huì)在不同程度上影響到工件成型的難易程度、生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和成本等。第30頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：1.工藝適應(yīng)性原則第31頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：2.經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則是指在選擇成型方法時(shí)應(yīng)致力于把生產(chǎn)的總成本降至最低，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，使產(chǎn)品在市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在滿足零件使用要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用成品率高、生產(chǎn)成本低的成型方法和加工方案。第32頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機(jī)械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：3.環(huán)保性原則環(huán)保性原則是指在選擇成型方法時(shí)應(yīng)考慮到生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，力求做到清潔生產(chǎn)，與環(huán)境相宜。因此，必須綜合考慮資源和環(huán)境的關(guān)系，