第11章 工程材料选用.pptVIP

第11章　工程材料的选用 11.1 零件的失效 11.2　选材的原则和一般方法 11.3　零件的选材及其热成型工艺 11.1 机械零件的失效 11.1.1 失效的概念与类型 失效是指由于某种原因导致零件的尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而丧失其规定功能的现象。 根据丧失功能的程度，出现下列三种情况之一时，即认为零件已经失效： 零件完全破断，丧失工作能力：例如齿轮轮齿折断、传动轴或连杆断裂、枪炮膛炸裂等都将使机器(械)不能再继续运转(工作)。 零件已严重损伤，不能再安全工作：如航空发动机零件、电站的关键部件（转子轴）出现裂纹后再继续工作可能很不安全，这些零件一旦失效将造成重大事故。 零件虽能安全工作，但已不能满意地起到预期作用：例如高精度机床、精密仪表中的齿轮、轴、轴承、导轨等零件受到磨损后，虽仍能安全运转，但传动精度、传动效率达不到预定要求。 型类： 11.2　选材的原则和一般方法 机械设计包括零件的结构设计、材料选用和成型加工工艺的制订。 零件设计所要求的三原则：使用性能原则、工艺性能原则和经济性原则。 11.2.1 选材原则 ⑴　使用性能原则 使用性能是指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化学性能 ①根据零件工作条件，确定其使用性能要求 工作条件：受力状态、工作环境和特殊性能 受力状态：拉、压、弯、扭等应力； 载荷：静载荷、动载荷 工作温度：低温、室温、高温、交变温度等 环境介质：润滑剂、酸、碱、盐、海水、粉尘等 特殊物理性能：密度、电导性、磁导性、热导性、热膨胀性、辐射等 零件的失效方式：过量变形、断裂和表面损伤 ②根据零件使用性能要求，确定零件使用性能指标 零件使用性能的具体要求量化为零件的性能指标数据。如表11?1。 大多数情形下，常把零件的性能指标数据直接看作材料的性能指标数据。 对一些重要和特殊的零件，零件的性能指标数据与材料的性能指标数据并不一致，通常要经过实际试验或数值模拟计算，将零件的性能指标数据转化为材料的性能指标数据。 11.2　选材的原则和一般方法 ⑵工艺性能原则 高分子材料：成形工艺比较简单，切削加工性尚好，但它的导热性较差，在切削过程中不易散热，易使工件温度急剧升高，可能使热固性塑料变焦，使热塑性塑料变软。 陶瓷材料：压制、烧结成形后，硬度极高，除了可用碳化硅或金刚石砂轮磨削外，几乎不能进行任何其他加工。 金属材料：铸造成形的合金，选用共晶或接近共晶成分 锻造成形的合金，最好选用呈固溶体的合金 焊接成形的合金，用低碳钢或低碳合金钢 切削成形的钢铁材料，硬度控制在170～230HBS之间 热处理的碳钢：淬透性差，加热时晶粒容易长大， 淬火易产生变形甚至开裂。所以制造高强度、大截 面、形状复杂的零件，都需要选用合金钢。 11.2　选材的原则和一般方法 ⑶经济性原则 选材的经济性：材料本身的价格，材料在加工成零件时的生产中的一切费用 ①材料的价格 金属材料中，铸铁和碳钢的价格比较低，高合金钢、有色金属、工程塑料的价格就比较高。 非金属材料有独特的、金属材料不能与之相比的性能优势，用来代替金属材料制造一般结构件、摩擦传动件、耐蚀件、耐高温件等。一些齿轮、凸轮、轴承、导轨、密封环、叶片、泵叶轮、高温炉管、切削刀具等零件都可用非金属材料制作。这既节约了大量金属材料；又提高产品质量，延长使用寿命，减轻质量，降低成本。 在满足使用性能要求的前提下，选择零件毛坯的形式时要考虑零件的外形特点、工艺性及生产批量等。形状复杂的零件，如箱体等，常用铸件毛坯；外形相对简单的零件则制成锻件；焊接件常用于要求尺寸大、质量小、刚性大的零件。单件或小批量时用自由锻件毛坯；大批量时用模锻件或精密铸件毛坯以减少机械加工工时，提高生产效率。 ②零件的总成本（生产成本与使用成本） 生产成本包括材料价格、加工费用等 使用成本包括使用寿命、产品维护、修理、更换零件及停机损失等 ③国家的资源 我国的镍、铬等资源缺少，应尽量不选或少选含这类元素的钢或合金。 11.2　选材的原则和一般方法 10.2.2 零件选材的一般方法 机械零件选材的一般步骤为： ⑴弄清楚零件的工作条件，诸如所承载荷性质、大小， 工作环境温度，介质性质，用户要求等；并分析估计零件失效的方式和原因，提出零件的性能要求。 ⑵将零件的性能要求量化为材料的性能指标。 ⑶根据材料的性能指标，提出备选材料。备选材料可通过查阅有关手册，参考相类似零件提出。 ⑷从使用性能、工艺性能及经济性