12933821084125000016 材料的选用与发展
38页1、第十六章 工程材料的选用与发展,1 零件的失效与失效分析,失效: 1、零件完全破坏,不能继续工作 2、零件严重损伤,不能继续安全工作 3、零件虽能安全工作,但已不能起到预期作用,3.形式,过量变形失效,过量弹性变形,过量塑性变形,断裂失效,韧性断裂,应力腐蚀断裂,蠕变断裂,疲劳断裂,低应力断裂,脆性断裂,表面损伤失效,磨损,接触疲劳,腐蚀,失效分析方法,1)收集证据,2)断口分析,判断失效方式,失效零件的残骸,失效零件的资料,3)测定数据,包括成分、组织和性能的分析与测试,4)确定失效原因,1.材料的力学性能: 根据零件的工作条 件、损坏(或失效)形式 , 选择满足力 学性能的材料。,2.材料的工艺性能:对零件加工生产有 直接的影响,甚至是决定性的。,3.材料的经济性:主要是性价比。,2 选材的基本原则,选择材料的基本过程,2 选材的基本原则,选材原则1使用性能首要原则,1、根据零件工作条件,确定其使用性能要求,i 载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。 ii 计算应力是确定材料使用性能的数量依据。 受力状态拉、压、弯、扭 载荷性质静载、冲击载荷、交变载荷 载荷大小重载、中载、轻
2、载 工作温度低温、室温、高温、交变温度 环境介质加润滑剂、接触酸、碱、盐、海水、粉尘等 其他性能导热、导电、磁性、膨胀、辐射、比重等,使用性能包括?,2. 进行失效分析 失效抗力取决于材料的性能,对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。 几种常用零件的工作条件和失效形式,3零件性能要求的指标化 将零件对使用性能的要求具体转化力学性能指标(如强度、韧性、塑性、硬度等);再根据工作应力、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。 (1) 受力状况不同,设计依据的性能指标、计算公式不同。 例如:=sk 屈服强度 纯剪纯拉载荷-弯曲和扭转载荷 (2) 应综合考虑塑性、韧性和强度指标,并加以合理的配合。塑性、韧性过剩而降低零件寿命。,选材原则2材料的工艺性,高分子材料,成型工艺简单, 切削加工性好,导热性差,陶瓷材料,只能用SiC,金刚石砂轮磨削,可加工性差,金属材料,加工方法多样 铸、锻、焊、切削、热处理,铸件共晶合金 锻件、冲压件固溶体合金 焊接结构低碳钢、低碳合金钢 高强度、大截面、形状复杂合金钢 切削加工材料硬度,热处理改善组织及性能,选材原则3材料的经济性,总成本
3、 = 材料本身价格 + 加工费 + 其他(运费、安装费等),降低成本,就近取材;,考虑材料生产、供应情况;,选材少而集中,便于采购和管理,从实际出发,全面考虑机械性能、工艺性能、生产成本。,基本材料的成本 材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额(3070%)。 选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段之一; 基本材料的价格的影响因素: 提炼和制取的成本; 矿物资源的储量、开采成本、矿石品位等 ; 材料的提纯、合金化(合成)成本 ; 加工增值成本 ; 供求关系所造成的价格波动 ;,第三节 典型零件的选材及工艺分析,机床主轴 汽车半轴 机床齿轮 汽车齿轮,3 典型零件的选材与工艺过程,一、轴类的选材与工艺,1)承受交变、扭转和拉-压载荷,2)相对运动表面发生磨损,3)承受一定的冲击载荷,1.工作条件,2.主要失效形式,1)断裂(疲劳为主,冲击过载为辅) 2)磨损 3)过量变形,3 典型零件的选材与工艺过程,3.对材料的要求,1)高的强韧性 2)高的疲劳极限 3)良好的耐磨性,4. 轴的分类,1)受力不大,主要考虑刚度和耐磨性,2)主要受弯曲、扭转的轴,3)同时承受弯曲(或扭转)及拉压载
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