《机械工程材料》_第11章 工程材料的选择与应用.pptxVIP

学习成果

达成要求

能够通过掌握材料选择的主要原则和性能指标，并运用于典型机械零件设计中。

能够通过合理选材，实现工程材料在刀具、汽车及航空航天领域中的应用。

能够了解新材料的发展趋势，促进工程材料的发展和应用。

工程材料在航空航天上的应用

PART1

工程材料在机械零部件上的应用

零件的失效形式

材料选择的基本原则和方法

典型零件的材料选择

11.1.1零件的失效形式

失效是指机械零件失去正常条件下所应具有的工作能力的现象。

失效分析指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，即判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动。

1.基本概念

11.1.1零件的失效形式

11.1.1零件的失效形式

断裂失效是指机械零件在工作过程中由于应力的作用发生完全断裂的现象。

2.断裂失效

11.1.1零件的失效形式

2.断裂失效

塑性断裂：塑性断裂是零件承载截面上所受到的应力已超过零件的屈服强度，产生塑性变形，直至发生断裂的现象。

——断裂方式

工程上零件的塑性断裂经常是以韧性断裂的形式出现，其危险性较小，因为韧性断裂在断裂前已发生明显的塑性变形，起到预先提示作用。

11.1.1零件的失效形式

2.断裂失效

低应力脆性断裂：低应力脆性断裂是指零件在所受应力远低于材料屈服强度时发生的断裂现象。

——断裂方式

常出现在有尖角、缺口或有裂纹的零件中，特别是当低温或受冲击载荷时。脆性断裂没有可见的预兆，往往会带来灾难性的后果，是最危险的零件失效形式。

11.1.1零件的失效形式

2.断裂失效

疲劳断裂：疲劳断裂是指零件在交变循环应力多次作用时，在比静载屈服应力低得多的应力下发生突然断裂，断裂前往往没有明显征兆。

——断裂方式

特点：

低应力

突然性

断口能清楚显示裂纹萌生、扩展和最后断裂三个阶段

11.1.1零件的失效形式

2.断裂失效

蠕变断裂：蠕变断裂是材料在高温下强度随温度升高而降低或高温下材料的强度随加载时间的延长而降低，最终断裂的现象。

——断裂方式

蠕变：材料在长时间的恒温、恒应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象。

常与温度有关。

11.1.1零件的失效形式

过量变形失效：是指零件在工作中收到外力作用，发生过量的弹性变形或塑性变形而失效的现象。

3.过量变形失效

过量弹性变形失效

过量塑性变形失效

11.1.1零件的失效形式

表面损伤失效：是指零件在工作过程中,由于机械的和化学的作用,使工作表面受到严重损伤,不能继续正常工作，这种失效称为表面损伤失效。

4.表面损伤失效

11.1.1零件的失效形式

磨损失效：指在机械力的作用下，相对运动的零件表面之间发生摩擦，材料以细屑的形式逐渐磨耗，使零件的表面材料不断损失从而导致零件最终失效的一种形式。

4.表面损伤失效

——作用机理

磨粒磨损

黏着磨损

降低摩擦系数

增加润滑

提高硬度

11.1.1零件的失效形式

表面疲劳失效：指相对滚动接触的零件，在工作过程中由于交变接触应力的长期作用，使表层材料发生疲劳破坏而剥落的现象，又称疲劳点蚀。

4.表面损伤失效

——作用机理

提高硬度及强度

提高润滑剂黏度

限制夹杂物数量

11.1.1零件的失效形式

腐蚀失效：指零件表面由于与周围介质发生化学或电化学反应引起表面损伤的现象。

4.表面损伤失效

——作用机理

材料的组织及结构

工作介质

11.1.2材料选择的基本原则和方法

1.使用性能原则

工况条件

使用性能

力学性能

物理性能

化学性能

受力状况

环境状况

特殊要求

11.1.2材料选择的基本原则和方法

2.工艺性能原则

工艺性能原则

金属材料的工艺性能

高分子材料的工艺性能

陶瓷材料的工艺性能

11.1.2材料选择的基本原则和方法

零件的经济性：指材料成本低、供应充分、加工工艺过程简单、废品率低等。

3.经济性原则

材料的价格

零件的总成本

资源消耗状况

11.1.3典型零件的材料选择

轴是机械中非常重要和关键的零件，轴质量的好坏直接影响机器的精度和使用寿命。

1.轴类零件

——选材分析

选材要求：

良好的综合力学性能

高的疲劳强度

良好的耐磨性

11.1.3典型零件的材料选择

1.轴类零件

——选材分析

选材原则：

受力较小，不重要的轴一般选用普通碳素钢

受弯扭交变载荷的一般轴广泛使用中碳钢，经调质或正火处理

同时承受轴向和弯扭交变载荷，又承受一定冲击的较重要的轴，可选用合金调质钢

承受较重交变载荷、冲击载荷和强烈摩擦的轴，可选用低合金渗碳钢

承受较重交变载荷和强烈摩擦、转速高、精度要求高的重要轴，可选用渗氮钢

对主要经受交变扭转载荷、冲击较小、要求耐磨而又结构复杂的轴，可选用球墨铸铁

11.1.3典型