金属材料及热处理 课件 项目十 工程材料的选用认知.pptx

项目十工程材料的选用认知任务一认识零件的失效任务二认知选材的原则、方法与步骤任务三典型零件的选材实例分析

一、失效的概念所谓失效，就是指机械零件失去正常条件下所应具有的工作能力的现象。零件失效一般分为下列三种情况：（1）完全破坏，不能继续工作；（2）严重损伤，继续工作不安全；（3）轻微损坏，能安全地工作，但已达不到预定的精度或功能。任务一认识零件的失效

二、失效的形式1.断裂失效断裂失效是指机械零件在工作过程中由于应力的作用发生完全断裂的现象。（1）塑性断裂塑性断裂是指零件承载截面上所受的应力超过了零件材料的屈服强度，产生塑性变形，直至发生断裂的现象。

（2）疲劳断裂疲劳断裂是指零件在交变循环应力多次作用下发生断裂的现象。疲劳断裂的主要特点是：①引起疲劳断裂的应力较低，一般大大低于材料的屈服强度；②断裂前没有明显的宏观塑性变形，在没有预兆的情况下突然发生断裂。

（3）低应力脆性断裂低应力脆性断裂是指零件在所受应力远低于材料屈服强度时发生断裂的现象。脆性断裂往往会带来灾难性的后果，是最危险的零件失效形式。（4）蠕变断裂蠕变是指金属材料在较高温度（再结晶温度以上）与应力的作用下，缓慢地产生塑性变形，且变量随着时间的延长而增加的现象。零件由蠕变而引起的断裂称为蠕变断裂。

2.过量变形失效过量变形失效是指机械零件在工作中受到外力作用，发生过量的弹性变形或塑性变形而失效的现象。（1）过量弹性变形失效零件在工作时发生过量的弹性变形而造成的失效。（2）过量塑性变形失效当受力超过了材料的屈服强度时，零件就会发生塑性变形。

3.表面损伤失效表面损伤失效是指机械零件在工作中，由于机械力或化学腐蚀的作用，使其工作表面产生磨损、疲劳点蚀、腐蚀等损伤的现象。根据损伤形式的不同，表面损伤失效一般分为磨损失效、表面疲劳失效和腐蚀失效三大类。

（1）磨损失效磨损失效是指在机械力的作用下，相对运动的零件表面之间发生摩擦，材料以细屑的形式逐渐磨耗，使零件的表面材料不断损失，从而导致零件最终失效的一种形式。磨损最常见的有磨粒磨损和黏着磨损两种主要类型。

①磨粒磨损在零件相对摩擦时，由于硬质颗粒对金属表面的切削作用，造成被磨表面产生沟槽，磨面材料逐渐耗损的一种磨损。②黏着磨损在零件相对摩擦时，其表面微小的凸起部分，在压力和摩擦热的作用下发生焊合或黏着，当零件继续运动时，黏着部分又被撕开，使材料从一个表面转移到另一个表面所造成的表面磨损。黏着磨损又称咬合磨损。

（2）表面疲劳失效表面疲劳失效是指相对滚动接触的零件，在工作过程中，由于交变接触应力的长期作用，使表层材料发生疲劳破坏而剥落的现象，又称疲劳点蚀。采用表面淬火或化学热处理的方法，并使表面硬化层有一定的深度，提高零件的疲劳强度和表面硬度，可有效地提高零件的抗表面接触疲劳能力。

（3）腐蚀失效腐蚀失效是指零件表面由于和周围介质发生化学或电化学反应引起表面损伤的现象。它与材料本身的成分、结构和组织有关，也与介质的性质密切相关。同样的材料在不同的介质中，往往性能表现差异极大，如黄铜在海水和大气中具有良好的耐蚀性，但在含氨的环境中却极易腐蚀。

三、零件失效的原因1、结构设计方面零件的整体结构设计不合理，薄弱区域未得到有效的加强，造成零件在工作中承载能力不足。零件的局部结构、形状和尺寸设计不合理，存在尖角、尖锐缺口和过小的过渡圆角等缺陷，往往是产生应力集中的重要原因。

2、材料选择方面在选择材料时只注意了材料的部分常规性能指标，而对零件的失效形式、实际性能指标要求的判断存在较大的偏差，造成选材错误。对产品本身的工作条件、性能特点理解不深，照搬同类产品的材料和处理工艺，忽略了产品间的差异，造成选材不当。选用的材料质量差，含有夹杂物、杂质元素或不良组织，使得零件达不到应有的性能指标。

3、加工工艺方面在零件加工和成形过程中，由于采用的工艺方法和工艺参数不正确，使零件产生各种各样的缺陷，最终导致零件失效。

4、装配安装使用方面零件装配工艺或操作不当，零件装配或配合过紧、过松，或者机器安装时对中不准、固定不紧、润滑不良等都可造成失效。在使用过程中，由于操作、维护、保养不当，或不按要求违规使用，均由可能使零件失效。

2.零件失效分析的方法（1）收集证据；（2）调查经过；（3）查阅资料；（4）试验分析；（5）综合分析。

任务二认知选材的原则、方法与步骤一、选材的一般原则1.材料的使用性能材料的使用性能是指零件在工作时材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能。材料的使用性能是材料选择时最主要的依据，其要求是根据零件的工作条件和失效形式提出的。

零件的工作条件主要包括三个方面：（1）受力状态