第13章 材料典型失效讲义.pptVIP

* 第13章 材料的选用及加工 选材的原则 零件的失效 典型零件的选材及工艺路线 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 一、零件的失效 断裂失效 过量变形失效 表面损伤失效 失效的基本类型 什么是失效：失去设计要求的功能 比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中 1943年美国T-2油轮发生断裂 失效实例 断口形貌 卸荷槽部位腐蚀裂纹的宏观形貌特征 卸荷槽部位裂纹及金相组织形貌特征? 裂纹在扫描电镜下的形貌特征 失效实例 铁路货车摇枕出现裂纹的宏观位置 摇枕断口宏观照片 　目测可见的两条亮线和焊补区? 失效实例 失效实例 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 挑战者号在1986年1月28日进行代号STS-51-L的第10次太空任务时，因为右侧固态火箭推进器上面的一个O形环失效，导致一连串的连锁反应，并且在升空后73秒时，爆炸解体坠毁。机上的7名宇航员都在该次意外中丧生。 2006年贵州一在建公路项目桥梁垮塌 美国 “哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”（即增强碳-碳隔热板）的材料。当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。 南京汉中门大桥在竣工一年后，栏杆出现了30处的裂纹，当施工单位接到举报后，第一时间赶过去不是去修而是去“粘”。 2009年6月27日，上海的一栋竣工未交付使用的高楼整体倒覆， 设计缺陷 选材不当或材质存在缺陷 制造工艺问题 装配调试因素 运转维修因素 失效的主要原因 使用性能原则 根据零件的工作条件、失效形式，确定零件的使用性能要求 工艺性能原则 材料的工艺性能应满足生产工艺的要求 （铸、锻、焊、机加工、热处理） 经济性原则 应考虑材料的价格、零件的总成本?、国家的资源等因素? 二、选材的原则 工作条件：转速中等，载荷不大，工作平稳，无强烈冲击 性能指标：心部——HBS220~250，齿面——硬度≥HRC52 选材： 45、 40Cr 工艺路线： 锻造 → 正火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 轮齿高频淬火及低温回火 → 精磨 最终组织： 心部——回火S　　齿面——回火M ※冲击小的低速齿轮可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等 三、典型零件的选材 及热处理工艺的制定 机床齿轮 工作条件：受力较大，受冲击频繁 性能指标：耐磨性、疲劳强度、心部强度、冲击韧性等均要求比机床齿轮高（σb1000MPa，aK≥50J ，齿面硬度≥HRC55） 选材：20CrMnTi、20Cr 工艺路线： 锻造→正火→机加工→渗C、淬火＋低温回火→喷丸→磨削 最终组织：心部——回火M (+ F) 齿面——回火M + 碳化物 + Ar 载重汽车变速箱齿轮 工作条件与性能要求： 受交变弯曲和扭转复合应力，载荷和转速不高，冲击不大，一般综合机械 性能即可；大端轴颈、锥孔与卡盘、顶尖间有摩擦，要求硬度和耐磨性高。 选材与工艺： 普通车床（轻载）主轴 ——45，调质或正火+轴颈高频表面淬火。 　锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轴颈表面淬火＋低温回火→磨削 心部：回火S　　轴颈表面：回火M 铣床（中载）主轴 —— 40Cr，调质+轴颈高频表面淬火。 组合机床（重载）主轴 —— 20CrMnTi 、20Cr，渗C+淬火+回火处理。 精密镗床（高精度）主轴 —— 38CrMoAl ，调质 + N化 + 时效。 C620车床主轴 机床主轴 性能：功率和承受载荷不大；轴颈部要有较高硬度及耐磨性； σb750MPa，整体硬度240～260HBS，轴颈表面硬度≥ HRC55 选材：QT700-2 工艺： 铸造 → 高温正火(880~920℃) → 高温回火(500～600℃) →机加工→轴颈 N化 最终组织： P + G + 少量F 175A型农用柴油机曲轴 性能——承受多种力的作用，要求综合性能好 选材——45、40Cr、球墨铸铁 工艺 ——锻造→正火→粗加工→调质→精加工 最终组织 —— 回火索氏体 V型发动机连杆 连杆 连杆 性能——高硬度、高耐磨性，红硬性和强韧性要求不高 选材——碳素工具钢，T8