《金属材料与热处理》单元11 机械零件材料及毛坯的选择 教学课件.pptVIP

**机械零件的失效分析01机械零件材料及毛坯的选择02典型零件的选材及工艺分析03本章内容机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料选择、毛坯制备及切削加工工艺等方面的设计。合理选择和使用工程材料是机械制造过程中的一个重要环节，直接关系到产品的质量和经济效益。传统的经验选材法和万能材料法日益暴露出种种缺点，造成许多重大质量事故，所以，选材正在逐渐变成一种严格地建立在试验与分析基础上的科学方法。选材是指选择材料的成分、组织形态、冶金质量及机械和物理化学性能。一般机械零件，在设计和选材时，大多以使用性能指标作为主要依据。而对机械零件起主导作用的机械性能指标，则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。项目概述项目目标理解各种热处理工艺在实际生产中的应用；03了解金属材料的失效形式及其分析过程；01掌握机械零件选材的原则及选材的一般方法；02了解典型的零件的选材及热处理工艺；04失效是指零件在使用中，由于形状、尺寸的改变或内部组织及性能的变化而失去原设计的效能。一般机械零件在以下三种情况下可认定为已失效：零件完全不能工作；零件虽能工作，但已不能完成设计功能；零件已有严重损伤，不能再继续安全使用。一般机械零件失效的常见形式如下。（1）断裂失效：塑性断裂、低应力脆性断裂、疲劳断裂和蠕变断裂，其中疲劳断裂危害最大。（2）表面损伤失效：零件表面的磨损、接触疲劳和腐蚀。（3）变形失效：弹性变形、塑性变形或高温下发生蠕变等。同一个零件可能有几种不同的失效形式，例如轴类零件，其轴颈处因摩擦而发生磨损失效，在应力集中处则发生疲劳断裂，两种失效形式同时起作用。但一般情况下，总是由一种形式起主导作用，很少以两种形式同时都使零件失效。另外，这些失效形式可相互组合成为更复杂的失效形式，如腐蚀疲劳断裂、腐蚀磨损等。引起零件失效的因素很多且较为复杂，在进行零件的具体失效分析时，应该从多方面进行考查。零件失效可能涉及零件的结构设计，材料选择，材料的加工，产品的装配及使用保养等方面。机械零件的失效分析过程如下。（1）收集并整理失效零件的有关资料，确定重点分析的对象，根据这些资料全面地从设计、加工、使用各方面进行具体的分析.（2）确定失效的发源点及失效的方式，通过宏观（用肉眼或立体显微镜）及微观（用高倍的光学或电子显微镜）断口分析或必要的金相剖面分析以确定。（3）对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和无损探伤。（4）通过断力学分析确定失效的原因及提出改进措施。（5）综合各方面分析资料做出判断，确定失效的具体原因，提出改进措施，写出报告。而零件的失效形式主要与其特有的工作条件是分不开的。零件的工作条件主要包括：（1）受力情况：力的大小、种类、分布、残余应力及应力集中情况等。（2）载荷性质：静载荷、冲击载荷、循环载荷等。（3）温度：低温、常温、高温、变温等。（4）环境介质：干爽、潮湿、腐蚀性介质等。（5）摩擦润滑：干摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、有无润滑剂等。（6）有无振动。一、选材的一般原则选材的基本原则是材料在能满足零件使用性能的前提下，具有较好的工艺性和经济性。根据本国资源情况，优先选择国产材料。材料的使用性能应满足工作要求,对一般机械零件来说，选材时主要考虑的是其机械性能（力学性能）。零件按力学性能选材时，结合该类零件出现的主要失效形式，找出该零件在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据，选择出合适材料。弹性模量是控制弹性变形失效难易程度的指标；屈服强度是决定塑性变形难易程度的指标；冲击韧性、韧脆转变温度和断裂韧性是描述脆性断裂难易程度的指标等。在进行机械设计时，仅有对材料的适用性能的要求是不够的，必须将这些使用性能要求量化为相应的性能指标数据，再结合其他因素综合比较，选出合适的材料，再根据材料的应用范围进行判断、选材。常用的力学性能指标有强度、塑性、韧性、疲劳强度、硬度等。材料的工艺性应满足加工要求任何零件都是由不同的工程材料通过一定的加工工艺制造出来的。加工成零件的难易程度称为材料的工艺性能。良好的加工工艺性能保证在一定生产条件下，高质量、高效率、低成本地加工出所设计的零件，尤其是在大批量、自动化生产时，显得更为重要。前面介绍过，材料的工艺性能包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性和热处理工艺性等。一、选材的一般原则材料的选择应力求使零件生产的总成本最低除了使用性能与工艺性能外，经济性也是选材必须考虑的重要问题。选材的经济性不单是指选用的材料本身价格应便宜，更重要的是采用所选材料来制造零件时，可使产品的总成本降至最低，同时所选材料应符合国家的资源情况和供应情况，等等。（1）