机械制造基础 教学课件 作者 李长河第1章1.7.ppt

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1、1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.1机械零件的失效1.7.2失效形式与分析1.7.3材料的选择原则与步骤1.7.4典型零件的选材1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.1机械零件的失效机械零件在工作中要承受各种载荷和介质的作用，会造成机械零件在使用过程中发生尺寸、形状和表面质量的变化。这种变化超过允许值使机器达不到设计效能时即称为零件失效。零件在以下情况下都认为已经失效：1）零件可工作但不能完成指定的功能。2）零件有损伤而不能继续完全使用。3）零件完全不能工作。1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.1机械零件的失效达到预定寿命的失效称

2、为正常失效。远低预定寿命的不正常失效称为早期失效。不论何种失效，都是在外力或能量或介质作用下对零件的损害。零件的早期失效会带来经济损失，甚至会造成设备和人身事故。在机械产品的设计、制造过程中，正确地选择机械零件材料和加工方法，对于保证零件的使用性能，降低成本、提高生产率和经济效益，有着重要的意义。1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.2失效形式与分析引起失效的原因很多，与零件的结构设计、材料、制造、安装使用等有关。零件失效的诸多原因可归纳为如图所示关系冷加工缺陷计算错误选材不当过载使用安装不良焊接缺陷材料材质低劣安装使用操作失误设计加工工作

3、条件估计错误结构外型不合理铸锻造缺陷热处理缺陷零件失效高温蠕变低温脆性腐蚀零件失效原因示意图1.7机械零件的失效与材料的选择机械零件常见的失效形式有：变形失效:表现为过度的弹性或塑性变形（整体或局部的）、蠕变等。磨损失效:过量的磨损、表面龟裂、麻点剥落等。断裂失效:包括在静载荷、交变载荷、冲击载荷作用下引起零件断裂、疲劳破坏以及应力腐蚀破裂等。1．零件失效形式与失效过程分析1.7.2失效形式与分析1.7机械零件的失效与材料的选择2．失效分析过程1.7.2失效形式与分析材料成分冷热加工质量失制造过程的执行情况服役条件现场调查失效特征原始资料的正

4、确性查阅相关原始资料性失效部位取样分析综合分析解决方案正在使用和库存件的解决方案性新生产件的解决方案台架试验使用考验1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.3材料的选择原则与步骤1．选材的原则（1）选材的使用性原则：使用性能是指机械零件或构件在正常服役条件下材料应具备的性能。满足零件的使用要求是保证零件完成规定功能的必要条件，是选择材料的主要依据。在设计选材时，主要从三方面考虑：零件的承载和工况；对零件尺寸和重量的限制；零件的重要程度。设计时，根据零件的工作条件，分析计算或测定出力学性能指标值后，即可借助手册选材。但还应注意以下问题：注意手册

5、中数据的测定条件；材料的尺寸效应；材料成分的波动。并在设计时必须考虑一定的安全系数。1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.3材料的选择原则与步骤（2）选材的工艺性原则：材料的工艺性能是指材料适应某种加工的能力。材料工艺性能的好坏，对零件加工的难易程度、质量、生产效率、生产成本等方面有着十分重要的影响，是选材时必须同时考虑的重要因素。一般情况下，材料的工艺性能相对于使用性能处于从属地位。但某些产品中，在满足使用性能的前提下，特别是在大批量生产时，材料的工艺性能可能成为选材的主要依据。1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.3材料的选择原则与步

6、骤（3）选材的经济性原则：在满足零件性能要求的前提下，选材应使零件的生产和使用的总成本降至最低，经济效最高。总成本包括材料价格、零件成品率、加工费用、零件加工过程中材料的利用率、回收率、零件寿命以及材料的货源、供应、储运综合因素。选材的经济性主要从以下几个方面考虑：①选择材料时，应在满足使用性能前提下，尽可能选用价廉材料；②选材时要考虑材料来源，符合国情厂情；③用非金属材料代替金属材料；④材料的利用率和再生利用率，注意节约能源，保护环境；⑤材料的确定也是产品零件销售经营，特别是来料加工的重要依据。1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.3材料

7、的选择原则与步骤（4）对产品轻量化、高寿命的要求：为了满足某些产品高的使用寿命、轻的重量要求，在选材时，应予充分考虑。在选材时应尽量选择和应用最新科技成果和新型材料，以适应现代生产的要求。1.7机械零件的失效与材料的选择1.7.3材料的选择原则与步骤零件材料的合理选择通常是按照以下步骤进行的：1）在分析零件的服役条件、形状尺寸与应力状态后,根据力学计算，提出抗力指标并确定技术条件。2）通过分析或试验，结合同类零件失效分析的结果，找出零件在实际使用中主要和次要的失效抗力指标,以此作为选材的依据。3）审核所选材料的生产经济性。2．选材的步骤1.7

8、机械零件的失效与材料的选择1.7.4典型零件的选材1．轴类零件选材（1）轴类零件的工作条件、失效形式及对材料性能要求：1）载荷的大小、转速的高低。2）无冲击载荷。3