机械设计制造1.7课件.ppt

* * * * * * * * * * * * 《机械制造技术基础》主编 李长河 第1章 金属材料概述 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.1 机械零件的失效 1.7.2 失效形式与分析 1.7.3 材料的选择原则与步骤 1.7.4 典型零件的选材 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.1 机械零件的失效 机械零件在工作中要承受各种载荷和介质的作用，会造成机械零件在使用过程中发生尺寸、形状和表面质量的变化。这种变化超过允许值使机器达不到设计效能时即称为零件失效 。 零件在以下情况下都认为已经失效： 1）零件可工作但不能完成指定的功能。 2）零件有损伤而不能继续完全使用。 3）零件完全不能工作。 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.1 机械零件的失效 达到预定寿命的失效称为正常失效。远低预定寿命的不正常失效称为早期失效。 不论何种失效，都是在外力或能量或介质作用下对零件的损害。零件的早期失效会带来经济损失，甚至会造成设备和人身事故。 在机械产品的设计、制造过程中，正确地选择机械零件材料和加工方法，对于保证零件的使用性能，降低成本、提高生产率和经济效益，有着重要的意义。 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.2 失效形式与分析 引起失效的原因很多，与零件的结构设计、材料、制造、安装使用等有关。零件失效的诸多原因可归纳为如图所示关系 冷加工缺陷 计算错误 选材不当 过载使用 安装不良 焊接缺陷 材料 材质低劣 安装使用 操作失误 设计 加工 工作条件估计错误 结构外型不合理 铸锻造缺陷 热处理缺陷 零件失效 高温蠕变 低温脆性 腐蚀 零件失效原因示意图 1.7 机械零件的失效与材料的选择 机械零件常见的失效形式有： 变形失效:表现为过度的弹性或塑性变形（整体或局部的）、蠕变等。 磨损失效:过量的磨损、表面龟裂、麻点剥落等。 断裂失效:包括在静载荷、交变载荷、冲击载荷作用下引起零件断裂、疲劳破坏以及应力腐蚀破裂等。 1．零件失效形式与失效过程分析 1.7.2 失效形式与分析 1.7 机械零件的失效与材料的选择 2．失效分析过程 1.7.2 失效形式与分析 材料成分 冷热加工质量失 制造过程的执行情况 服役条件 现场调查 失效特征 原始资料的正确性 查阅相关原始资料性 失效部位取样分析 综合分析 解决方案 正在使用和库存件的解决方案性 新生产件的解决方案 台架试验 使用考验 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.3 材料的选择原则与步骤 1．选材的原则 （1）选材的使用性原则： 使用性能是指机械零件或构件在正常服役条件下材料应具备的性能。满足零件的使用要求是保证零件完成规定功能的必要条件，是选择材料的主要依据。 在设计选材时，主要从三方面考虑：零件的承载和工况；对零件尺寸和重量的限制；零件的重要程度。 设计时，根据零件的工作条件，分析计算或测定出力学性能指标值后，即可借助手册选材。但还应注意以下问题：注意手册中数据的测定条件 ； 材料的尺寸效应 ；材料成分的波动。并在设计时必须考虑一定的安全系数。 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.3 材料的选择原则与步骤 （2）选材的工艺性原则： 材料的工艺性能是指材料适应某种加工的能力。 材料工艺性能的好坏，对零件加工的难易程度、质量、生产效率、生产成本等方面有着十分重要的影响，是选材时必须同时考虑的重要因素。 一般情况下，材料的工艺性能相对于使用性能处于从属地位。但某些产品中，在满足使用性能的前提下，特别是在大批量生产时，材料的工艺性能可能成为选材的主要依据。 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.3 材料的选择原则与步骤 （3）选材的经济性原则： 在满足零件性能要求的前提下，选材应使零件的生产和使用的总成本降至最低，经济效最高。 总成本包括材料价格、零件成品率、加工费用、零件加工过程中材料的利用率、回收率、零件寿命以及材料的货源、供应、储运综合因素。 选材的经济性主要从以下几个方面考虑：①选择材料时，应在满足使用性能前提下，尽可能选用价廉材料；②选材时要考虑材料来源，符合国情厂情；③用非金属材料代替金属材料；④材料的利用率和再生利用率，注意节约能源，保护环境；⑤材料的确定也是产品零件销售经营，特别是来料加工的重要依据。 1.7 机械零件的失效与材料的选择 1.7.3 材料的选择原则与步骤 （4）对产品轻量化、高寿命的要求 ： 为了满足某些