机械零件用材料及成型工艺的选择.pptVIP

第8章 机械零件用材料及成型工艺的选择 主 要 内 容 零件的失效分析 材料及成型工艺选择的步骤和方法 典型零件的材料及成型工艺的选择 第一节 零件的失效分析 失效的概念：一般说来，发生下列情况之一时，被定位为失效：①完全失去原定功能；②仍然可用，但是不再能够良好地实现其原定功能；③严重损伤，使其在继续使用的过程中失去可靠性和安全性。 一、失效分析的目的和作用 找出失效原因，提出防止或推迟失效的措 施，防止类似事件再次发生，提高产品质 量。 二、零件失效的原因 1.设计因素???最常见的情况是零件尺寸和几何结构不正确，如过渡圆角半径太小，存在过大的应力集中；设计中对零件的工作条件估计错误或估计不足，零件设计承载能力不够；或忽略了某些设计因素，如温度、环境介质的影响等。这些都是在设计过程需要特别注意的。 2.加工工艺因素 对于很多零件而言，尽管原始设计时正确的，但是如果加工工艺条件不满足设计要求，仍任会导致零件失效。如冷加工中常出现的过深的刀痕，磨削裂纹等缺陷；热成型出现的过热等缺陷，热处理工序遗漏，工艺参数选择有误等，都是造成零件失效的重要原因。 3.材料因素 材料造成的失效可能是由于选材不当，也可能是由于冷、热工艺加工工艺过程中形成的缺陷，导致材料的力学性能有所下降，造成实际承载能力降低。 4.安装使用因素 （一 ）零件在常温静载下的过量变形 材料的静载性能指标有哪些? 什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性变形的原因是什么?设计时应选择什么性能指标? 发生过量塑性变形的原因是什么?抗力指标有哪些? （二）断裂失效 1.断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？ 2.断裂过程分为几个阶段？韧性断裂和脆性断裂的断裂过程的区别在哪里？ 3.什么是材料的韧性？评价材料韧性的力学性能指标有哪些？ 4.材料韧性指标的含义及应用？ 静载荷和冲击载荷 断裂：材料在外力作用下分为两个或者两个以上部分的现象。 断裂的分类：韧性断裂和脆性断裂 断裂过程：裂纹萌生和裂纹扩展 韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。 1.冲击韧性及衡量指标 1.冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性 变形功和断裂功的能力。是材料强度和塑 性的综合表现。 2.衡量指标：冲击吸收功Ak 冲击韧度ak(ak＝ Ak/Fk ) 3.应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结合 用于一般零件抗断裂设计。 4.低温冲击试验：(材料的韧脆转变温度TK) 2.断裂韧性及衡量指标 （1）断裂韧度KIC: 是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 单位：MPa·m 1/2 或者 MN · m-3/2 （2）应用（判断构件是否安全，合理选材） KI KIC 构件安全 KI KIC 构件发生脆性断裂 KI ＝KIC 构件发生低应力脆性断裂的临界条件 （ 3） 应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、大型发电机转子等。 （三）磨损失效 1.粘着磨损 （1）又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦幅的接触面发生金属粘着，在随后的相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。 2.磨粒磨损 （1）定义：又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件表面存在硬质磨粒，使磨面发生局部塑性变形，磨粒嵌入、磨粒切割金属表面从而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。 第二节 材料及成型工艺选择的步骤和方法 一、材料及其成型工艺路线选择的步骤 1.分析零件的服役条件、形状、尺寸和应力状态，确定零件的技术条件； 2.找出零件主要和次要的失效抗力指标； 3.根据力学计算，确定性能指标，正确选择材料； 4.选择成型方法，确定热处理工艺方法，编制加工工艺路线； 5.审核所选材料及其成型方法的安全性、可靠性及其经济性。 二、选择的具体方法 1.按零件类别及结构特征进行选择 （1）轴杆类零件； （2）盘套、饼块类零件； （3）机架、箱体类零件。 2.按力学性能要求进行选择 （1）以综合力学性能为主进行选择； （2）以疲劳强度为主进行选择； （3）以磨损为主进行选择。 3.按制造中的经济性进行选择。 第三节 典型零件的选材及工艺分析 轴类零件 齿轮类零件 一、轴类零件 1 轴类零件的工作条件(1) 工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用;(2) 轴与轴上零件有相对运动, 相互间存在摩擦和磨损;(3) 轴在高速运转过程中会产生振动, 使轴承受冲击载荷;(4) 多数轴会承受一定的过载载荷。 2 轴类零件的失效方式 （1） 长期交