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第12章机械零件的选材及工艺路线制定教学内容:机械零件的选材零件的失效选材的基本原则典型零件的选材及加工工艺路线制定工程材料的应用状况典型零件选材及加工工艺路线制定
学习目标:描述零件的失效形式及内容;了解失效分析的过程。描述选材的一般原则;理解并掌握使用性原则、工艺性原则的具体内容;理解经济性原则、环保性原则的含义。熟悉并掌握轴杆类零件、齿轮类零件、刀具类零件的选材及加工工艺路线;针对某零件的性能要求会选材并进行热处理工艺设计;针对某零件的加工工艺路线会分析其热处理工艺的目的及意义。第12章机械零件的选材及工艺路线制定
12.1机械零件的选材
常见的滚动轴承失效形式接触疲劳失效磨损失效腐蚀失效断裂失效
轮齿折断齿面磨损齿面胶合齿面塑性变形齿轮的失效齿面点蚀
什么是失效:失去设计要求的功能失效的基本类型完全不能工作虽仍能工作,但已不能完成指定的功能或工作低效;有严重损伤,不能确保安全工作断裂失效过量变形失效(畸变失效)表面损伤失效12.1.1零件的失效
12.1.1零件的失效失效形式失效现象应对失效的措施典型失效零件举例过量变形失效过量弹性变形因刚性不足,零件工作时弹性变形量超过允许范围提高零件刚度,例如增大零件截面尺寸、选用弹性模量大的材料细长杆件、薄壁杆件过量塑性变形工作应力超过材料的屈服强度,使零件产生过量塑性变形而无法工作选用高强度材料,对零件进行强化处理,增大零件截面尺寸紧固螺栓、传动轴、机床丝杠蠕变变形在长期应力和高温作用下,零件的蠕变变形量超出规定范围选用高强耐热钢并进行合适的热处理高温下工作的螺栓断裂失效韧性断裂工作应力大于屈服强度,零件发生明显塑性变形并逐渐增大直至断裂对零件进行强化处理或选用强度高的材料起重机链环低应力脆性断裂工作应力低于屈服强度,零件在无明显塑性变形的情况下突然断裂对零件进行强化处理或选用强度高的材料,降低零件应力集中,减小零件加工缺陷桥梁、压力容器、冷作模具疲劳断裂零件受交变应力长期作用,在低应力下发生突然脆断提升零件表面加工质量,进行零件表面强化处理,降低零件应力集中曲轴、弹簧、螺旋桨蠕变断裂在长期高温和应力作用下,零件的蠕变变形不断增加,最终发生断裂选用高温力学性能好的材料高温炉管、换热器表面损伤失效表面磨损由于摩擦使零件表面损伤,如使零件尺寸变化、重量减轻、精度降低、表面粗糙度值增大,甚至发生咬合等而不能正常工作选用耐磨材料,改善润滑条件,对零件进行表面强化处理齿轮、油泵柱塞副、刀具、模具、量具表面腐蚀零件受环境介质的化学或电化学作用而产生造成零部件尺寸和性能的改变而导致的失效提高零件表面质量,对零件进行表面强化化工容器及管道等表面疲劳在交变接触压应力作用下,零件表面因疲劳损伤而发生物质损失选用耐蚀材料,对零件进行表面防护处理滚动轴承、齿轮表12-1零件的主要失效形式
12.1.1零件的失效失效分析过程失效分析过程示意图
12.1.2选材的基本原则使用性原则零件的使用性能是保证工作安全可靠、经久耐用的必要条件。使用性原则是机械零件选材的主要依据。对于机器零件和工程构件,最重要的使用性能是力学性能。机械零件的使用要求零件的工作条件受力状况主要指载荷的类型、作用形式、载荷的大小以及分布特点。脆性材料只适用于制造在静载荷下工作的零件;有冲击或振动的情况下,应选用塑性材料;表面受较大接触应力的零件,应选择可以进行表面处理的材料,如表面硬化钢;受变应力的零件,应选耐疲劳的材料;受冲击载荷的零件,应选冲击韧度较高的材料。
12.1.2选材的基本原则力学性能要求力学性能指标选材范围典型零件表面要求硬度高,心部要求塑韧性好表面和心部硬度、心部屈服强度、心部冲击韧性,接触疲劳强度承受大冲击的零件选用低碳渗碳钢,承受的较小冲击载荷的零件中碳调质钢,疲劳强度要求高的精密零件选用氮化用钢汽车变速齿轮等高硬度、高耐磨性硬度HRC、足够的强度淬火、低温回火态的碳素工具钢、低合金工具钢锉刀、丝锥等手动工具高硬度、高耐磨性、高的红硬性硬度HRC、屈服强度、冲击韧性淬火、低温回火态的合金工具钢、高速钢钻头、车刀、滚刀等机加工工具高弹性极限、高疲劳强度弹性极限、疲劳强度淬火、中温回火态的中高碳弹簧钢汽车板簧等弹簧类零件综合力学性能好硬度HRC、屈服强度、伸长率、冲击韧度调质或正火态中碳钢,调质、正火或等温淬火态的球磨铸铁,淬火、低温回火后的低碳钢连杆、锻模等表12-2常见机械零件的力学性能要求及选材范围
12.1.2选材的基本原则机械零件的使用要求零件的工作条件受力状况环境状况指零件工作温度及工作时腐蚀、摩擦等工作环境。工作温度对材料选择的影响,一方面,相配合的零件的材料线胀系数不能相差过大,以免在温度变化时产生过大的热应力或者使配合松动;另一方面要考虑材料的力学性能随温度而改变。特殊性能要
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