机械工程材料——零件选材和工艺路线.pptVIP

第十二章 零件的选材及工艺路线 力学与工程科学学院 机械工程材料 第十二章 零件的选材及工艺路线 力学与工程科学学院 机械工程材料 第十二章 零件的选材及工艺路线 力学与工程科学学院 机械工程材料 第十二章 零件的选材及工艺路线 力学与工程科学学院 机械工程材料 第十二章 零件的选材及工艺路线 力学与工程科学学院 机械工程材料 常用力学性能指标在选材中的意义 断裂韧度在选材中的意义 零件实物性能试验的重要性 材料强度、塑性与韧性的合理配合 选材方法 典型零件选材及工艺路线 机械工程材料 机械工程材料顾名思义就机械工程中应用的材料问题，应该是跨越机械和材料两个学科，以机械工业的需求出发，推动材料科学技术的发展，同时材料科学的新进展又推动了机械工程技术的革新和发展。 能够根据零件工作条件和失效方式，合理选材与使用材料 能够正确制定零件的冷、热加工工艺路线 会选用材料 会改进材料 过量变形 过量弹性变形 过量塑性变形 断裂 韧断 脆断 韧性 冲击韧性 断裂韧性 疲劳断裂 无裂纹零件 带裂纹零件 过载持久值 磨损 粘着磨损 腐蚀磨损 磨粒磨损 接触疲劳 腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 （高温氧化腐蚀……） （腐蚀倾向，局部腐蚀） 应力腐蚀 蠕变 蠕变极限 持久强度 （在高温长期载荷作用下对塑性变形的抗力） （在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力） 刚度指标 零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力。当零（构）件尺寸和外加载荷一定时，材料的E和G就代表刚度。则E和G是刚度设计时选材的重要依据。 若要在给定的弹性变形量下，要求零件质量最轻，就要按照比刚度进行选材。比刚度与E、G、密度以及加载方式都有关。 飞机机翼为何选用铝合金制造，而不选用弹性模量更高的钢？ 弹性指标 材料弹性变形时的大小，通常用弹性能来表示。材料的弹性极限?e越高、弹性模量E越低，则弹性能越大。 汽车板簧为何不选用低熔点金属、橡胶这些弹性模量低的材料？ 硬度指标 材料抵抗表面局部塑性变形的能力，与材料其他力学性能（抗拉强度、磨损抗力等等）存在一定关系。 测量非常简单且基本不损坏零件，所以常作为金属零件的质量检验标准。 用硬度作为控制材料性能的指标时，为何必须对处理工艺作出明确的规定？ 屈服强度指标 ?s是强度设计中用得最多的性能指标。 对于纯剪或纯拉的零件……对于承受交变接触应力的零件……对于低应力脆断的零件……对于承受弯曲和扭转的轴类零件…… 抗拉强度指标 ?b对设计塑性低的材料和脆性材料等制作的零件有直接意义，对于塑性材料可以衡量其疲劳强度的高低。 如何弥补硬度作为检验标准的不足之处？ 塑性指标 ?和?是材料产生塑性变形使应力重新分布而减小应力集中的能力的度量。 ?和?只能表示单向拉伸应力状态下的塑性。 该指标为何不能可靠地避免零件的脆断？ 冲击韧性指标 AK和ak反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度很敏感，正好弥补了?和?的不足。是判断脆断抗力的重要性能指标。 为什么不能过分地追求高的冲击韧性值？ 断裂韧度在选材中的意义 对于在材料制备和冷、热加工过程中不可避免地会产生一些缺陷和裂纹的零（构）件，根据断裂韧度KIC选材即可保证发挥材料强度的最大潜力，又可以避免发生低应力脆断。 火箭发动机壳体在打压试验时，当工作应力远低于许用应力的情况下为什么会发生爆裂？若按经典设计思想选用强度更好的钢，为什么爆裂会发生在更低的工作应力下？ 零件实物性能试验的重要性 结构设计对性能的影响 加工工艺对性能的影响 轴上开卸载槽，减少应力集中，改善压配合件的疲劳强度 键槽根部处直角改圆角…… 喷丸强化提高疲劳强度，零件经喷丸后表面形成位错强化和压应力状态…… 材料强度、塑性与韧性的合理配合 通常材料的强度与塑性、韧性是相互矛盾的，强度高则塑性、韧性低。大多数机件的断裂是由高周疲劳引起的，因强度不足而发生早期疲劳断裂时，往往塑性、韧性尚有余。 如何从零件的实际工作情况出发，使材料的强度、塑性、韧性合理配合？ 以高周疲劳断裂为主要危险的零件…… 低应力脆断为主要危险的零件…… 选材方法 根据材料的使用性能选材 使用性能是材料在零件工作过程中所应具备的性能（力学/物理/化学性能），是选材最主要的依据。 1. 分析零件的工作条件，确定使用性能 2. 进行失效分析，确定零件的主要使用性能 3. 从零件使用性能要求提出对材料性能的要求 在零件工作条件和失效分析的基础上明确了零件的使用性能要求以后，还要把使用性能要求通过分析计算转化为某些可测量的实验室性能指标和具体数值，再按各类材料的性能数据和大致应用范围进行选材…… 根据材料的工艺性能选材 工艺性能表示材料加工的难易程度。好的工艺性能是指工艺简单、加工成形容易，能源消耗少，材料利用率高，产品质量好（变形小、尺寸精度高、表面光洁、组织均