工程材料—工程材料选择分析.ppt

第五章 工程材料的选择 5.1 零件的失效分析 塑性变形 起落架横梁断裂 疲劳断裂 磨损 航空零件失效原因统计 5.2 机械零件的选材原则 使用性原则 工艺性原则 经济性原则 5.2.1 使用性原则 零件所用的材料首先应该满足使用的要求，包括力学性能和其他性能的要求。在使用时不出现失效的情况. 1.零件的强度——零件应该具有能够承受工作载荷的强度，不出现过量弹性变形、明显塑性变形或断裂。 零件的强度与材料的强度有关，也与其结构、尺寸等因素有关。 2.材料的韧性——零件的选材不但要满足强度要求，而且要考虑韧性要求。特别是工作时要承受冲击载荷的零件。以防止材料发生脆断。 5.2.1 使用性原则 3.材料的耐磨性——零件的磨损失效主要包括磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损四种形式，不同的磨损形式对材料选择上要求不同。 如磨粒磨损是由于材料与硬质颗粒摩擦产生的微小划痕积累形成的。因此，需要材料有较高的硬度才能抵抗划伤，减少磨损。 5.2.1 使用性原则 4.零件的耐腐蚀性——在腐蚀环境下工作的零件除了要求有足够的力学性能外，还要求材料具有一定的抗腐蚀性能。 零件的腐蚀不但与零件材料的成分、显微组织和加工工艺有关，同时也决定于机器中各相关零件的材料组成体系和零件的使用环境。 5.2.1 使用性原则 5.材料的耐高温性能----在高温环境工作的零件还要能够在高温条件下保证材料所需的性能。 如航空发动机的涡轮叶片应具有足够的蠕变强度、持久强度和高温疲劳强度 。高速切削刀具应具有足够的红硬性。 5.2.2 工艺性原则 材料加工工艺性能将直接影响到零件的质量，生产效率和成本。所用材料应该能够易于加工出合格的零件。 尽量选用工艺简单的材料，选材材质要满足工艺性要求，在大批量生产和特殊情况下要优先考虑工艺性能。 很好的铸造性能是制造铸造零件的先决条件； 冷成型件要求材料有好的均匀塑性变形性能； 作工程构件的材料应具有好的焊接和冷变形性能； 而大多数的机器零件对材料工艺上最突出的要求是可切削加工性和热处理工艺性 自动加工机床选用易切钢，可以延长刀具寿命，提高生产率，改善零件的表面光洁度； 在机械制造业中还常常考虑以铁代钢，以铸代锻也简化了工艺，同时还降低成本。 5.3 典型零件的选材 5.3.1 典型齿轮的选材 齿轮类零件的选材 1。齿轮的性能要求 齿轮在机器中主要担负传递功率与调节速度的任务，有时也起改变运动方向的作用。它在工作时，通过齿面的接触传递动力，周期地受弯曲应力和接触应力的作用，在啮合的齿面上，相互滚动和滑动造成强烈的摩擦，有些齿轮在换档、启动或啮合不均匀时还承受冲击力等。其失效形式主要有轮齿疲劳断裂与冲击、过载断裂:齿面接触疲劳与磨损。因此，要求材料具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度;齿面具有高的硬度和耐磨性:齿轮心部具有足够的强度与韧性。 对于不同机器中的齿轮工作条件的差异，对性能的要求也有不同。故应选用不同的材料与强化方法。显然，载荷愈大，速度愈大，齿轮疲劳与磨损的现象就愈严重，对材料的强化要求也愈高。 齿轮精度要求愈高，对材料尺寸稳定性和耐磨性的要求也应愈高，以防在使用过程中因变形或磨损，丧失其原有的精度。此外，齿轮运转过程中承受的冲击愈大，对材料的韧性要求也愈高。 调质钢齿轮 调质钢主要用于制造两种齿轮，一种是对耐磨性要求较高，而冲击韧性要求一般的硬齿面〈HB350)齿轮，如；车床、钻床、铣床等机床的变速箱齿轮，通常采用45、40Cr 、4OMnB、45Mn 2等钢，经调质后表面淬火。 对于高精度、高速运转的齿轮，可采用38CrMoAlA氮化钢，进行调质后氮化处理。另一种是对齿面硬度要求不高的软齿面(HB≤350)齿轮，如车床溜板上的齿轮、车床挂轮架齿轮、汽车曲轴正时齿轮等，通常采用45、40Cr ;35SiMn等钢，经调质或正火处理。 渗碳钢齿轮 渗碳钢主要用于制造速度高、载荷重、冲击较大的硬齿面齿轮，如汽车、拖拉机变速箱、驱动桥齿轮，立车的重要齿轮等，通常采用20CrMnTi、20MnVB、20CrMnMo等钢，经渗碳淬火、低温回火处理，表面硬度高而耐磨，心部强韧耐冲击。为增加齿面残余压应力，进一步提高齿轮的疲劳强度，还可随后进行喷丸处理。 塑料齿轮 摩擦系数小，减震性好，噪音低，重量轻，耐腐蚀等优点。但其强度、硬度、弹性模量低，使用温度不高，尺寸稳定性差。故主要用于制造轻载、低速、耐蚀、无润滑或少润滑条件下工作的齿轮，如仪表齿轮、无声齿轮等。 A380选材 从A380选材的分布来看，铝合金占的比重最大，达机体结构重量的61%，因此要实现性能改进，必须开发创新的铝合金材料和工艺技术，具体是提高强度和损伤容限，加强稳定性并提高抗腐蚀能力。尤其是在A380机翼部位(机翼的80%以上是铝合金材料) 要