7第七章 材料选择概述.pdf

第七章 材料选择概述 选材的动机 首次开发生产一种新产品、新零件或新装置； 现有产品的改进和更新换代； 零件过早失效甚至灾难性事故发生后，需改变用材。 一.选择材料的基本过程 7、1 材料选用原则 (一) 使用性能原则—— 首要原则 1. 分析零件的工作条件 首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载荷 引起的应力分布。 i 、载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。 ii 、计算应力是确定材料使用性能的数量依据。 考虑零件的工作环境：环境因素会与零件的力学状态综合作 用，提出更为复杂的性能要求。 最后还应充分考虑材料的某些特殊要求。 如下表 工作条件因素： 1、载荷的类型（如静载、动载、循环载荷或单 调载荷等）， 2、载荷的作用形式（如拉伸、压缩、弯曲或扭 受力状况 转等）， 3、载荷的大小以及分布特点（如均布载荷或集 中载荷）。 环境状况 1、温度（如低温、高温、常温或变温） 2、介质情况（如有无腐蚀或摩擦作用）。 特殊功能 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。 2. 进行失效分析 失效抗力取决于材料的性能，对零件主要失效形式的分析常常可以 综合出零件所要求的主要使用性能。 几种常用零件的工作条件和失效形式 工作条件 零件 常用失效形 性能要求 应力种类 载荷性质 受载状态 式 过量变形， 螺栓 拉、剪 静载 ── 断裂 强度，塑性 循环， 疲劳断裂， 传动轴 弯、扭 轴颈摩擦 过量变形，轴 综合力学性能 冲击 颈磨损 循环， 摩擦， 断齿，磨 表面高强度及疲 传动齿轮 压、弯 损，疲劳断 劳极限，心部强度 冲击 振动 裂，接触疲劳 及韧性 交变， 弹簧 扭、弯 振动 弹性失稳， 弹性极限，屈强 冲击 疲劳破坏 比，疲劳极限 3．零件性能要求的指标化 将零件对使用性能的要求具体转化为实验室力学性能指标（如强度、韧性 、塑性、硬度等）；再根据工作应力 、使用寿命或安全性确定性能指标的具体 数值。 (1)受力状况不同，设计依据的性能指标、计算公式不同。 例如：σ≤[σ]=σs∕k 屈服强度 纯剪纯拉载荷——弯曲和扭转载荷 (2)应综合考虑塑性、韧性和强度指标，并加以合理的配合。 A、塑性、韧性过剩而降低零件寿命。 例如用35CrMo制造的10t模锻锤锤杆 调质处理（高塑性、韧性----承受较大的冲击载荷）----疲劳断裂； 淬火+中温回火（表面硬度提高）----寿命提高3～20倍以上。 B、追求强度越高越好，贸然将零件置于低应力脆断的危险中。 例如高周疲劳断裂 材料的强度在σb＜1400MPa范围内----强度越高，疲劳强度亦高； 若材料的强度在σb＞1400Mpa范围----疲劳寿命随强度的增加反而降低 注意：