第6章 失效与选材.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章,失效与选材,6.1,选用,材料的一般原则,、高分子材料强度、弹性、疲劳抗力、韧性比较低；减振性较好，密度很小，耐磨性较好，弹性变形大。在机械工程中常用于制造轻载传动的齿轮、轴承和密封垫圈等。,、陶瓷材料硬而脆、耐高温、耐腐蚀。用于制造耐高温、耐腐蚀、耐磨的零件。,、金属材料综合力学性能好，工艺性好，用来制造重要的机器零件和工程结构件。,第,6,章失效与选材,6.1.1,材料的使用性能,零件的工作条件：,（）,受力状态,：拉、压、弯、扭。,（）,载荷性质,：静载、冲击载荷、交变载荷。,（）,工作温度,：低温、室温、高温、交变温度。,（）,环境介质,：有润滑剂，接触酸、碱、盐、海水、粉尘、磨粒等。,（）,特殊要求,：导电、磁性、导热、膨胀、辐射、密度等。,6.1,选用材料的一般原则,6.1.1,材料的使用性能,使用性能：,材料在使用过程中所体现出的性能,。,包括力学性能、工作温度、工作介质及其它特殊性能。取决于材料本身及其组织。,在利用手册上的力学性能数据时应注意零件的使用性能，由零件的工作应力、使用寿命或安全性与力学性能指标的关系，确定对力学性能指标要求的具体数字。,6.1,选用材料的一般原则,6.1.2,材料,的工艺性,加工的难易程度,。,、高分子复合材料,成形工艺比较简单，但导热差。,、陶瓷材料,成形后很难加工。,、金属材料,加工复杂，方法有铸造、压力加工、焊接、切削加工及热处理。,4,、,铸造合金应有高的流动性，小的疏松、缩孔、偏析和吸气性倾向；,5,、塑性加工材料应有高的塑性和低的变形抗力；,6,、切削加工材料应有小的切削力，切屑易处理；,7,、热处理过敏性小，氧化和脱碳倾向小，淬透性高变形和开裂倾向小。,机械零件切削加工硬度控制在,170,230HBS,之间，可通过热处理达到。,6.1,选用材料的一般原则,6.1.3,材料,的经济性,在满足使用性能的前提下，注意降低成品零件的总成本。,零件的总成本,：包括材料本身的价格、加工费用及其他费用。,选材原则,：在满足使用性能的前提下，尽可能选用价格低、工艺性能好的材料；考虑我国的生产和供应情况，选材种类、规格应尽可能少而集中，以便于采购和管理。,6.1,选用材料的一般原则,6.2,零件,的失效形式,6.2.1,零件,的失效分析,失效,：指零件完全破坏、严重损伤、不能继续安全工作。,失效方式,：变形、断裂、腐蚀、磨损。,失效的原因,：设计、选材、加工和安装使用不当。,6.2,零件的失效形式,6.2.1,零件,的失效分析,零件的失效分析步骤：,收集失效零件的残体资料；,整理失效零件的有关资料；,确定失效的发源地及失效方式；,测定样品的必要数据；,确定失效的具体原因，提出改进措施，写出分析报告。,6.2,零件的失效形式,6.2.2,失效形式,弹性变形失效,由于发生过大的弹性变形而造成零件的失效,。,弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模量。,6.2,零件的失效形式,6.2.2,失效形式,塑性变形失效,由于发生过量的塑性变形而造成零件的失效,。,塑性变形发生与否取决于零件的,几何尺寸,及材料的,屈服强度,。,在选择金属材料时，不但要选定材料的牌号，而且要确定热处理工艺。,6.2,零件的失效形式,3,断裂,失效,）延性断裂失效,零件承载截面已进入延性状态，产生塑性变形，最后导致断裂。,6.2,零件的失效形式,3,断裂,失效,）低应力脆性断裂,零件在低于材料屈服强度时发生的断裂,。,6.2,零件的失效形式,产生原因,：零件存在尖缺口或裂纹，特别是工作在低温或受冲击时。,预防措施,：,（）保证低、中强度钢不在低应力脆断的温度范围内工作；,（）选用工作温度下冲击韧性好的高强度钢。,3,断裂,失效,）疲劳断裂失效,零件在交变循环应力多次作用后发生的断裂,。,6.2,零件的失效形式,产生原因,：加工、冶炼。,断口特征,：有发源区（疲劳源）、扩展区和终断区。,3,断裂,失效,）蠕变断裂失效,材料在固定载荷下，随时间的延长，变形增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效,。,6.2,零件的失效形式,特点,：具有永久变形。,蠕变抗力的大小与熔点有关，熔点越高，蠕变发生的温度越高。,4,表面损伤,失效与选材,表面损伤失效,：零件在工作过程中，由于机械的和化学的作用，使工作表面及其附近的材料受到严重损伤以致失效。,）磨损失效,在机械力的作用下，产生相对运动接触表面的材料，以细屑形式逐渐磨耗，使零件尺寸变小而失效,。,特点,：零件表面变得粗糙，出现许多擦伤的痕迹。,6.2,零件的失效形式,）磨损失效,分类,：,（）,磨粒磨损,：由硬粒对零件表面的切削作用造成；,6.2,零件的失效形式,（）,粘着磨损,：由相对运动物体表面的微凸体，在摩擦时发生焊合，然后撕开，产生磨屑造成。,）磨损失效,选材与防止,：,（）为降低磨粒磨损，要求材料的硬度高，并有较多的耐磨相。,（）在冲击载荷下，应选用较软的高锰钢。摩擦副选用不同材质，且摩擦因数小，并具有一定的自润滑能力或利于保存润滑剂。,6.2,零件的失效形式,）表面疲劳失效,相互接触的两个运动表面，在工作过程中承受交变接触应力的作用，使表层材料发生疲劳破坏而脱落，造成零件的失效。,选材与防止,：,（）材料应有足够的硬度，一定的塑性和韧性。,（）材料含夹杂物少。,（）进行表面强化处理。,6.2,零件的失效形式,）腐蚀失效,由于化学或电化学腐蚀引起表面损伤，造成零件失效。,选材与防止,：,）根据介质的成分性质选材。,）零件进行各种表面强化处理。,反应釜,6.2,零件的失效形式,6.3,典型,零件选材与分析,1.,轴,的选材与工艺,轴的作用,：支承传动零件并传递运动和动力。,轴类零件的特性,：,（）都要传递一定的扭矩；承受一定的交变弯矩或拉压载荷。,（）都用轴承支持，在滑动轴承轴颈处应有较高的耐磨性。,（）大多要承受一定的冲击载荷；,（,4,）特殊条件下受高温或介质作用。,1,轴,的选材与工艺,材料特性,：,（）具有优良的综合力学性能。,（）具有高的疲劳抗力。,（）局部具有高的硬度和耐磨性。,（）其他的特殊性能（蠕变抗力、耐腐蚀性）。,6.3,典型,零件的选材分析,1,轴,的选材与工艺,按受力情况选材,：,（）受力不大，主要考虑刚度和耐磨性，用球墨铸铁或碳钢制造。,（）主要受弯曲、扭转的轴，用,45,钢、,40Cr,制造。,（）同时承受弯曲（或扭转）及拉压载荷的轴，整个截面应力分布均匀，选用淬透性好的钢种。,6.3,典型,零件的选材分析,1,）机床,主轴的选材与工艺路线,特点,：,）受弯曲、扭转。,）承受的应力和冲击不大，运转平稳。,）滑动轴承、锥孔、外圆锥面处应有一定的耐磨性。,采用,45,号钢或,40Cr,钢。,6.3,典型,零件的选材分析,1,）机床,主轴的选材与工艺路线,工艺路线,：,下料,锻造,粗加工,调质,磨削,精车,表面淬火,低温回火,正火,6.3,典型,零件的选材分析,1,）机床,主轴的选材与工艺路线,正火的目的,：得到合适的硬度，便于机加工；去除内应力，改善锻造组织，为调质处理作准备。,调质的目的,：得到良好的综合力学性能；,表面淬火的目的,：提高硬度，增加耐磨性，延长使用寿命。,6.3,典型,零件的选材分析,2,齿轮,的选材与工艺,齿轮工作特点,：,）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。,）齿面承受较大的接触应力，强烈的摩擦和磨损。,）由于换挡、启动或啮合不良，轮齿受到冲击。,6.3,典型,零件的选材分析,2,齿轮,的选材与工艺,齿轮材料主要性能,：,（）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。,（）齿面有高的硬度和耐磨性。,（）轮齿心部有足够的强度和韧性；,（,4,）较好的工艺性能。,6.3,典型,零件的选材分析,1,）机床,齿轮的选材与工艺路线,机床齿轮工作时受力不大，转速中等，工作较平稳，无强烈冲击，强度和韧性要求均不太高，一般用中碳钢或中碳低合金钢。,工艺路线,：,下料锻造正火粗加工调质精加工高频淬火低温回火精磨。,6.3,典型,零件的选材分析,3,箱体,类的选材与工艺路线,箱体类零件结构复杂，一般只能用铸造的办法生产。受力较大，形状简单的，也可选用型钢焊接而成。,根据受力情况及自重要求等，可选用铸钢、铸铁、铸造铝合金以及工程塑料等。,6.3,典型,零件的选材分析,6.4,典型,零件和手工工具的热处理分析,6.4.1,热处理,的工序位置,预备热处理,包括退火、正火等。,主要作用,：,）消除前一工序造成的缺陷（如内应力、晶粒粗大、组织与成分不均等）。,）为切削加工作准备。,6.4.1,热处理,的工序位置,最终热处理,包括淬火、回火、表面热处理等。,主要作用,：获得所需的使用性能。,6.4,典型零件和手工工具的热处理分析,6.4.3,简单,手工工具的热处理,工作条件,承受较大的局部压力，摩擦和磨损。,要求,具有较高的硬度和耐磨性，及足够的塑性和韧性。,热处理,淬火和回火。,6.4,典型零件和手工工具的热处理分析,作业,P79,1,、,2,、,4,