第12章_机械零件毛坯的选择分解.ppt

第12章 工程材料的选用及机械零件毛坯的选择 12.1 工程材料的选用 12.1.1零件的失效分析 1、失效的基本概念 零件在工作过程中最终都要发生失效。所谓失效是指： （1）零件完全破坏，不能继续工作； （2）严重损伤，继续工作很不安全； （3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。 只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施。现代工业中零件的工作条件日益苛刻，零件的损坏往往会带来严重的后果，因此对零件的可靠性提出了越来越高的要求。另外，从经济性考虑，也要求不断提高零件的寿命。这些都使得失效分析变得越来越重要。失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工以至使用，都有很大的指导意义。 2、零件失效的主要形式 三、零件失效的原因 4、零件失效分析主要方法 （3）对所选试样进行宏观（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，以及必要的金相剖面分析，确定失效的发源点及失效的方式。 （4）对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和无损探伤，检验材料的性能指标是否合格，组织是否正常，成分是否符合要求，有无内部或表面缺陷等等，全面收集各种必要的数据。 （5）断裂力学分析。在某些情况下需要进行断裂力学计算，以便于确定失效的原因及提出改进措施。 一、使用性能 二、工艺性能 三、经济性 零件选材的基本步骤 四、典型零件的选材及工艺路线 2．火焰喷涂： 喷涂材料可采用线材或金属粉末，喷涂温度较低，喷速亦较低，故结合强度较低。先进的超音速火焰粉末喷涂的焰流速度高达2000m/s，涂层致密，结合强度高。 火焰喷涂可制备金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等涂层，适用于钢铁构件防蚀和表面强化、修复等。 * * （1）结构设计不合理 设计上导致零件失效的最常见原因是结构或形状不合理，即在零件的高应力处存在明显的应力集中源，如各种尖角、缺口、过小的过渡圆角，等等。另一种原因是对零件的工作条件估计错误，如对工作中可能的过载估计不足，因而设计的零件的承载能力不够。发生这类失效的原因在于设计，但可通过选材来避免，特别是当零件的结构与几何尺寸基本固定而难以作较大的改动时，就是如此来处理问题的。现在很少发生由于计算错误造成的设计事故。 （2）材料选取不当 选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。因此，对原材料加强检验是非常重要的步骤。 （3）加工工艺问题 零件加工成型过程中，由于加工工艺不良，也会造成各种缺陷。例如锻造不良可造成带状组织、过热或过烧现象等；冷加工不良时光洁度太低，产生过深的刀痕、磨削裂纹等；热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足等；这些都可导致零件的失效。 加工不良造成的缺陷，尤其是热处理时产生的缺陷，与零件的设计有很大的关系。零件的外形和结构设计不合理，会大大增加热处理缺陷发生的可能性。 若零件热处理后残留有较大的内应力，甚至有难以检查出来的裂纹时，使用中必定会造成严重的损坏。 （4）安装不当 零件安装时配合过紧、过松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。在制造厂里管理比较严格的情况下，使用不当常可成为零件损坏的主要原因。对机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效。 （5）使用维护不正确 超载荷运动，润滑条件不良，零件磨损增加等均可造成零件早期失效。 正确的失效分析，是找出零件失效原因，解决零件失效问题的基础环节。机械零件的失效分析是一项综合性的技术工作，大致有如下程序。 （1）尽量仔细地收集失效零件的残骸，并拍照记录实况，确定重点分析的对象，样品应取自失效的发源部位，或能反映失效的性质或特点的地方。 （2）详细记录并整理失效零件的有关资料，如设计情况（图纸）、实际加工情况及尺寸、使用情况等。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。 （6）综合各方面分析资料作出判断，确定失效的具体原因，提出改进措施，写出报告。 零件选材应满足零件工作条件对材料使用性能的要求。材料在使用过程中的表现，即使用性能，是选材时考虑的最主要根据。不同零件所要求的使用性能是很不一样的，有的零件主要要求高强度，有的则要求高的耐磨性，而另外一些