机械工程材料（第3版）教学课件作者王运炎第十一章机械制造中零件材料的选择课件.pptVIP

第一节 机械零件的失效概述 第二节 机械零件的材料选择 第三节 典型零件的选材实例分析 一、失效的概念 失效是指零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生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都认为已失效： 1.零件完全不能工作 2.零件虽能工作，但已不能完成指定的功能 3.零件有严重损伤而不能再继续安全使用 第一节 机械零件的失效概述 三、零件的失效原因 引起失效的因素很多，涉及到零件的结构设计，材料选择与使用，加工制造、装配、使用保养等。 但就零件失效形式而言，则与其工作条件有关。 零件工作条件包括：应力情况；载荷性质；温度；环境介质以及摩擦、振动条件。 二、零件失效的形式 1.断裂失效 2.磨损失效 3.变形失效 一、选材的一般原则 （一）选材的使用性能应满足使用要求 1.必须考虑材料和零件服役的实际情况。 2.充分考虑钢材的尺寸效应。 3.综合考虑材料强度、塑性、韧性的合理配置 （二）材料的工艺性应满足加工要求 1.铸造性 2.锻造性 3.焊接性 4.粘结固化性 5.可加工性 6.热处理工艺性 材料的价格和总成本应经济、低廉 第二节 机械零件的材料选择 二、选材的步骤及具体方法 （一）零件材料选择步骤 1.在分析零件的服役条件、形式尺寸与应力状态后，确定零件的技术条件。 2.通过分析或试验，结合同类零件失效分析的结果，找出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。 3.根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，通过比较选择合适材料。 4.审核所选材料的生产经济性（高扩热处理的生产成本等）。 5.试验、投产。 （二）零件选材的具体方法介绍 1.以综合力学性能为主进行选材 2.以疲劳强度为主进行选材 3.以磨损为主的选材 根据零件工作条件的不同，其选材也有所不同。 陶瓷材料一般不用于制造重要的受力零件，但可用于制造在高温下工作的零件、切削刀具和某些耐磨零件。由于其制造工艺较复杂、成本高，一般机械工程中应用还不普遍。 复合材料虽综合了多种不同材料的优良性能，但目前复合材料价格昂贵，在一般工业中应用受到限制。 金属材料具有极优良的综合力学性能和某些物理、化学性能，因此被广泛地用于制造各种重要的机械零件和工程结构。目前仍是机械工程中最主要的结构材料。从应用情况来看，机械零件的用材主要是钢铁材料。 第三节 典型零件的选材实例分析 一、齿轮类零件的选材 （一）齿轮的工作条件、主要失效形式及对材料性能的要求 1.齿轮的工作条件 机床、汽车、拖拉机以及其他工业机械用齿轮尽管很多，但其工作过程大致相同，只是受力程度有所不同。 2.齿轮的主要失效形式 （1）断齿 （2）麻点剥落 （3）磨损 3.对齿轮材料性能的要求 （1）具有高的接触疲劳抗力，使齿面在受到接触应力后不致发生麻点剥落。 （2）应有高的弯曲疲劳强度，特别是齿根处要有足够的强度，使运行时所产生的弯曲应力不致造成疲劳断裂。 （二）齿轮选材的具体实例 1.机床齿轮选材 2.汽车、拖拉机齿轮选材 图11-5 解放牌汽车—速齿轮简图 二、机床主轴的选材 （一）机床主轴的工作条件及技术要求 1.承受摩擦与磨损 2.工作时承受多种载荷 （二）主轴选材的具体实例 图11-6 C616车床主轴 三、手用丝锥的选材 （一）手用丝锥的工作条件及失效形式 手用丝锥时加工金属零件内孔螺纹的刃具。它的主要失效形式是磨损及扭断。 （二）手用丝锥选材举例 图11-7 T12A钢丝锥淬火时冷却曲线（示意图） 四、冷作模具的选材 图11-8 黄铜接线板落料凹模简图 图11-9 CrWMn钢凹模热处理工艺曲线