CH11-典型零件的选材示例 第17讲 2009-6-30.ppt

* 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。 第11章 典型零件选材 11.1 材料选用原则 11.2 材料选用方法 11.3 典型零件选材及工艺分析 11.1 材料选用原则 （一） 使用性能原则 —— 首要原则 （二）工艺性能原则 （三） 经济性原则 —— （四） 环境与资源原则 根本原则 11.2 材料选用方法 （一）选材的一般程序 1．基于对具体零件的工作条件和失效形式的分析，以及对同类零件现有状况（所用材料、使用寿命、失效形式以及供应情况）的调研，再结合力学计算或试验确定零件应具有的力学性能指标和理化性能指标。 2．对若干备选材料的性能指标和制造工艺进行综合分析和筛选，初步选定材料的牌号、规格及制造工艺。 3．进行实验室试验以检验选用材料是否达到各项性能要求，并进行小批试生产以检验材料制造过程中工艺性是否满足要求。小批试验产品质量合格后，选材方案即可确定下来。 （二）选择材料的定量方法简介（了解） 1．固定效果选材法──单位性质成本法 在选择材料最简单的情况下，一种材料性能被突出地作为最关键的工作要求。在这种情况下，可以估算不同的材料达到这种要求（固定效果）所需的成本。 [实例]:单轴拉伸的实心圆柱零件选材分析 ???????? ???????????????????????????? ????????????， ???????????? ????????????????? ??????????????????????????????????? 相对成本RC ??????????????????????????? ??????????????????????????? 截面尺寸D 等刚度判据分析 等强度判据分析 已知： 备选材料： 1、Q235（σS1=235MN∕m2，相对成本p1=1） 2、低合金结构钢16Mn（σS2=350MN∕m2，相对成本p2=1.25）， E1≈E2≈200000 MN∕m2。 在等刚度判据下，根据式8.9 RCE=P2/P1 应选择成本较低的Q235。 这是因为构件的刚度主要取决与它的承载面积及材料的弹性模量，盲目选择高强度的低合金钢只会使成本增加。若采用等强度判据，由于16Mn的屈服强度高于Q235，则构件的承载面积可减少，从而节约钢材用量，但是否经济，要取决于计算结果，应选择16Mn。 2．加权性质法 加权性质法可用于评价各种材料和各种性能的复杂组合。材料性能的数值乘加权因子（a）得到加权后的性质值，然后把每种材料单个的加权性质值相加，得出对比材料的性能指数（g ），g 值最高的材料被认为是最好的材料。 [例]： 下列表格列出了可用作飞机机翼的几种材料。 1.00 0.75 12.3 115 不锈钢 8.00 1.06 4.6 196 钛合金 1.40 1.50 2.1 204 铝合金II 1.18 1.50 16.5 130 铝合金I 相对成本q [E1∕3∕ρ] GPa1∕3/(t﹒m-3) [KIC2∕σS2] mm [σS∕ρ] MPa/(t﹒m-3) 材料 1、几种飞机机翼材料的性能 2、几种机翼备选材料性能的定标值及性能指数 1897 268 87 50 75 56 不锈钢 1940 194 0 71 27 96 钛合金 2217 295 82 100 13 100 铝合金II 2725 349 85 100 100 64 铝合金I A1,,2,3 =10， a,4=1 a1,2,3,4=1 g b 4 相对成本 b 3 E1∕3∕ρ b 2 KIC2∕σS2 1 σS∕ρ 材料 注：b 4=(1―qi/qmax）×100 由于机翼在飞行时必须承受整个飞机的重量，因此机翼承受的应力最高，应力变化也最复杂，其要求的最主要性能为：σS∕ρ、E 1∕3∕ρ、KIC。 如认为各性能都是同等重要的，a 1，2，3，4 =1，则选择倾向于铝合金I，铝合金II次之，钛合金排在最后。 事实上即使是民用客机，其安全性也是极其重要的，并直接影响到生产企业的商业利益，因此应适当降低成本的加权系数， a 1，2，3 =10，a4=1，选材仍倾向于铝合金，钛合金先于低价材料不锈钢。