工程材料及成形工艺 第3版 课件 13章 机械零件用材及其成形工艺的选择.ppt

13.1材料的失效13.2选材的基本原则和方法13.3典型零件的材料选择第13章机械零件用材及其成型工艺的选择《工程材料及成形工艺》机械工业出版社某人要设计一台减速器，那么减速器上的零件如壳体、输入轴（高速轴）、中间轴、齿轮、输出轴、轴承等都要选什么材料呢？怎样才能正确合理地选材呢？选材时要考虑哪些因素呢？减速器自行车材料通过制造的零件实现其价值。零件的功能：（1）在一定压力、温度、介质下，保持规定的形状和尺寸；（2）实现规定的机械运动；（3）传递动力和能量。13.1材料的失效材料的使用工况①受力情况工程材料担负传递动力，同时受到各种各样载荷的作用。②使用环境温度冷、热影响零件的承力能力及尺寸。③使用介质海水、大气、酸碱盐的腐蚀影响零件形状尺寸。④其它方面声、光、磁影响零件性能。1材料的失效13.1.1材料的失效材料在使用过程中，发生了一系列的变化，使材料性能和零件的形状尺寸发生改变。在材料性能达不到使用要求时，或者零件完不成预定功能时，材料就失效了。材料的使用性能包括如下一系列性能：力学性能、物理性能、化学性能等。在使用过程中，材料的任何一方面性能达不到使用要求，也就意味着材料的失效。零件的形状尺寸在载荷或介质的作用下改变，使零件达不到所要求的功能而失效。2材料失效的判据①从材料性能角度：σ[σ]；其中：σ—表示材料所具有的性能，如各种力学性能、耐热性能、耐蚀性能等；[σ]—表示广义的许用性能，如各种许用应力、许用耐热性能、许用耐腐蚀性能等。②从损坏程度角度：f[f]。其中：f—表示材料或零件使用过程中的损坏程度，如应变量、磨损量、腐蚀量等；[f]—表示材料或零件的许用损坏程度，如各种许用变形量、许用磨损量、许用腐蚀量等。13.1.2材料的失效形式结合零件的失效形式，材料的失效形式主要有：材料性能降低、过量变形、断裂和表面损伤四种。1材料性能降低塑料和橡胶制品由于老化，材料性能降低。耐热钢零件在高温长时使用时，强度降低。2过量变形材料在各种力的作用下会发生变形，当其变形程度超过允许范围时，即过量变形时，材料就失效了。材料的过量变形失效包括弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变失效等。过量弹性变形原因：零件刚度不够。可从提高材料的E和G，或是重新设计零件结构两方面解决。电机转子轴镗杆过量弹性变形过量塑性变形过量塑性变形有明显特征，从失效零件上能看到。过量塑性变形的原因：过载或者零构件本身抵抗塑性变形的能力不够；反映塑性变形能力的力学指标：A、Z，屈服强度Rel。3断裂分为韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂等。韧性断裂：在断裂前发生明显的宏观塑性变形，需要吸收较多的能量。如低碳钢在拉应力下产生塑性变形后断裂。脆性断裂：断前几乎不产生塑性变形，如灰铸铁在拉应力作用下不产生塑性变形而断裂。在低速静载拉伸情况下，抗拉强度是表征材料抗断裂能力的力学指标。韧性和脆性断裂的拉伸曲线韧性断裂--脆性断裂韧性断口和脆性断口发动机活塞连杆断裂280mm电机轴断裂土壤干裂疲劳断裂零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂的现象称为疲劳断裂。交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。疲劳断裂过程：裂纹萌生→疲劳裂纹扩展→最后断裂。疲劳断裂宏观断口1-最后断裂区；2-前沿线；3-裂纹扩展区tσtσ零件在工作过程中，由于机械的和化学的作用，使工作表面受到严重损伤，不能继续正常工作，这种失效称为表面损伤失效。表面损伤失效大致分为磨损失效、表面疲劳失效和腐蚀失效三类。4零件表面损伤零件表面因摩擦发生尺寸变化和物质耗损而导致的材料报废现象叫磨损失效。预防、减小磨损失效的措施：①提高零件表面硬度；②减小压应力；③改善表面，使表面光滑。磨损失效材料受环境介质的作用引起的破坏现象。如钢铁生锈、土壤腐蚀等。腐蚀失效防止腐蚀的办法：改变金属成分提高基体电极电位形成致密氧化膜获得单相组织表面防护表面保护（覆盖法）改善环境：干燥气体覆盖法发蓝，磷化，阳极化电镀喷漆失效分析目的是找出材料失效原因，找出引起材料失效的关键因素，用以提高零件寿命，从选材和选择工艺方法角度预防零部件的早期失效。13.1.3失效分析方法1材料早期失效原因铸造钢锭挤压棒料零件设计结构不当；选材不当；材料加工工艺不当；零件安装使用不当等。搜集失效零件残骸，观测并记录损坏部位；了解零件工作环境。了解失效经过，观察相关零件的损坏情况，判断损坏的顺序。检测：化学分析断口分析