第十章　工程材料与热加工工艺的选用.pptx

第一节零件的失效分析;第一节零件的失效分析;零件失效形式多种多样，通常按零件的工作条件及失效的宏观表现和规律将失效分为：断裂失效、变形失效、表面损伤失效及材料老化失效等。

（一）断裂失效

断裂失效是机械零件的主要失效形式，指零件在工作过程中完全断裂而导致整个机械设备无法工作的现象。

1．韧性断裂失效

2．疲劳断裂失效

3．低应力脆性断裂失效

;（二）变形失效

在外力作用下零件发生整体或局部的过量弹性变形或塑性变形导致整个机器或设备无法正常工作，或者能正常工作但保证不了产品质量的现象，称之为变形失效。

1.弹性变形失效

2.塑性变形失效

;（三）表面损伤失效

由于磨损、疲劳、腐蚀等原因，使零部件表面失去正常工作所必须的形状、尺寸或表面粗糙度造成的失效，称为表面损伤失效。

1.磨损失效

2.腐蚀失效

3.接触疲劳失效

;（四）材料的老化

高分子材料在贮存和使用过程中发生变脆、变硬或变软、变粘等现象，从而失去原有性能指标的现象，称为高分子材料的老化。老化是高分子材料不可避免的。

;造成零件失效的原因是多方面的，其主要原因有以下几个方面：

（一）零件设计不合理

（二）选材不当

（三）加工工艺不合理

（四）装配及使用不正确;零件失效的原因是多种多样的，实际情况往往非常复杂，一个零件的失效可能是多种因素共同作用的结果。因此，必须根据零件损坏特征仔细调查研究，分析判断，找出主要原因。

失效分析过程是一项系统工程，必须对零件设计、选材、工艺和安装使用等各方面进行系统分析，才能找出失效原因。失效分析的过程如下：

（一）现场调查研究

（二）整理分析

（三）试验分析

（四）综合分析得出结论

;第二节材料与成形工艺的选择原则;（一）使用性能原则

使用性能是保证零部件完成指定功能的必要条件，它是选材的最主要依据。使用性能主要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。对于机械零件，最重要的使用性能是力学性能，对零部件力学性能的要求，一般是在分析零部件的工作条件（温度、受力状态、环境介质等）和失效形式的基础上提出来的。根据使用性能选材的步骤如下：;使用性能简要分类;零部件的工作条件是复杂的。工作条件分析包括受力状态（如拉、压、弯、扭、剪切等）、载荷性质（静载荷、动载荷、交变载荷）、载荷大小及分布、工作温度（低温、室温、高温、变温）、环境介质（润滑剂、海水、酸、碱、盐）、对零部件的特殊性能要求（电、磁、热）等。在对工作条件进行全面分析的基础上确定零部件的使用性能。;几种常用零部件的工作条件及对性能要求;对零部件使用性能的要求，往往是多项的。例如传动轴，要求其具有高的疲劳强度、韧性和轴颈的耐磨性。因此，需要通过对零部件失效原因的分析，找出导致失效的主导因素，准确确定出零部件所必需的主要使用性能。例如，曲轴在工作时承受冲击、交变等载荷作用，而失效分析表明，曲轴的主要失效形式是疲劳断裂，而不是冲击断裂，因此应以疲劳抗力作为主要使用性能要求来进行曲轴的设计。制造曲轴的材料也可由锻钢改为价格便宜、工艺简单的球墨铸铁。;3．将对零部件的使用性能要求转化为对材料性能指标的要求

有了对零部件使用性能的要求，还不能马上进行选材，还需要通过分析、计算或模拟试验将使用性能要求转化成可测量的实验室性能指标。根据零部件的尺寸及工作时所承受的载荷，计算出应力分布，再由工作应力、使用寿命或安全性与材料性能指标的关系，确定性能指标的具体数值。;4．材料的预选

根据对零部件材料性能指标数据的要求查阅有关手册，找到合适的材料，根据这些材料的大致应用范围进行判断、选材。

除了根据力学性能选材之外，对于在高温和腐蚀介质中工作的零件还要求材料具有优良的化学稳定性，即抗氧化性和耐腐蚀性；此外，有些零件要求具有特殊性能，如电性能、磁性能或热性能等，这时就应根据材料的物理性能和化学性能进行选材。;（二）工艺性能原则

材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。任何零部件都要通过一定的加工工艺才能制造出来。因此在满足使用性能选材的同时，必须兼顾材料的工艺性能。工艺性能的好坏，直接影响零部件的质量、生产效率和成本。一般在选材中，材料的工艺性能与使用性能相比，处于次要地位。但有时正是从工艺性能考虑，使得某些使用性能合格的材料不得不被放弃，此时工艺性能成为选择材料的主导因素。;1．金属材料的工艺性能

金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力。金属材料的加工工艺复杂，要求的工艺性能较多，主要有机械加工性能、材料的成形性能（铸造、压力加工、焊接）和热处理性能（淬透性、变形、氧化和脱碳倾向等）。;2．高分子材料工艺性能

高分子材料的加工工艺比较简单，主要是成形加工，成形加工方法也比较多。高分子材料的切削加工性能尚好，但由于高分子材料的导热性差，在切削过程中易使工件温度急剧升高