工程材料学第十章工程材料的选用.ppt

第九章 工程材料的选用;?? 内容提要： ??? 本章按照失效模式与失效机理对零件失效形式进行分类，介绍各种失效形式，包括畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效。阐述机械零件选材原则。?? 学习目标： ??? 了解各种失效形式（畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效）的特点。掌握机械零件选材原则???? 学习建议： ??? 在学习了有关材料的基本知识和各种工程材料之后，本章开始接触到材料的实际应用，学习如何正确选材及工艺路线设计。应当综合应用前面几章的基础知识。 ?? ;失效：主要指某零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材科的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能。失效导致严重事故事例 失效几种情况： (1)零件完全破坏，不能继续工作； (2)虽仍能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。 (3)零件严重损伤，继续工作不安全。; 一 、 失效的形式;第一节 零件失效形式;1．弹性畸变失效 弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化，不恰当的变形量导致失效。 拉、压变形的杆、柱类零件，过大的弹性畸变量导致支承件(如轴承)过载，机械因丧失尺寸精度造成动作失误。 ?弯、扭变形的轴类零件，过大的弹性畸变量会造成轴上啮合零件的严重偏载，啮合失常。如轴承的严重偏载，甚至咬死，导致传动失效； ?某些控制元件，如温控元件，予定的弹性变形(挠度)是温控装置的精度的保证。 ?影响弹性畸变的主要因素有：零件形状、尺寸、材料的弹性模量、零件工作的温度、载荷的大小。;2 塑性畸变失效 是外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形(永久变形)。 影响因素： (1)材质缺陷 它包括材料本身的冶金缺陷和热加工缺陷，其中较为常见的是热处理不良造 成的缺陷。如淬火时，加热温度或冷却速度不合适，导致较软的组织的形， 从而未达到所需的硬度和屈服强度。导致零件在工作时发生塑性畴变失效。 (2)使用不当 这是导致塑性畸变的另一原因。使用不当主要是严重过载和润滑不当。如齿轮传动是在过高的压力或润滑不足的条件下运行，齿面很可能出现如鳞皱、起脊等塑性畸变，导致齿轮失效。 (3)设计失误 它主要表现为对载荷估计不足，对温度的影响、材质缺陷估计太低，以及缺少对一些重要零件的全面质量管理要求。;3 翘曲畸变失效 是一种大小与方向上常产生复杂规律的变形而最终形成了翘曲的外形，从而导致严重的翘曲畸变失效。这种畸变往往是由温度、外加裁荷、受力截面、材料组成等所引起的不均匀性的组合，其中以温度变化，特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。;二、表面损伤失效;1. 粘着磨损??? 两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结(固相粘着)，使材料从一个表面转移到另一表面或撕下作为磨料留在两个表面之间，这一现象称为粘着磨损。　 ;2. 磨料磨损 ??? 配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或表面微突体的作用造成表面损伤（被犁削形成沟漕）的磨损称为磨粒(料)磨损。;3.犁削磨损 ??? 硬材料表面的微凸点切削较软材料的表面，在较软材料的表面形成“犁沟”。活塞环与缸套存在粘着磨损、犁削磨损（拉缸现象）、磨料磨损。 ; 4. 表面疲劳磨损 ??? 两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损。 　 5. 冲刷磨损 ??? 冲刷磨损是由于含固态粒子的流体(常为液体)冲刷造成表面材料损失的磨损。 6. 腐蚀磨损 ??? 腐蚀磨损是金属在摩擦过程中，同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生表层金属的损失或迁移现象。 ;三、 断裂失效 ??? 机械零件因断裂而产生的失效称为断裂失效。 1、断裂失效的分类 ??? 塑性断裂 ??? 脆性断裂 ??? 疲劳断裂 ??? 蠕变失效断裂;2、断口的分析方法 　断口分析是断裂失效分析的关键，是断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走弯路。 例：金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察，可以看到断口分为： ??? F - 纤维状区 ??? R - 放射状区 ??? S - 剪切唇区;脆性断裂实物 ; 汽车板簧断裂失效 板簧表面存在严重的热加工缺陷-折叠。 ??? 折叠造成了表面裂纹。疲劳源在折叠造成的表面裂纹处形成。 ??? 根据板簧的安装条件和工作状况分析，板簧断裂位置处于应力集中处。 ??? 裂纹在应力作用下扩展，最后造成板簧疲劳断裂。; 四.腐蚀失效 ??? 腐蚀是金属