金属材料与热处理 教学课件 作者 彭广威 等 课题6　金属材料的工程选用.ppt

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1、金属材料与热处理主编课题6　金属材料的工程选用课题引入课题说明课题目标6.1　机械零件的选材原则6.2　轴类零件的选材6.3　齿轮类零件的选材6.4　模具的选材6.5　刃具的选材6.6　弹簧的选材6.7　热处理工艺位置安排及方案选择6.1　思考题6.1　机械零件的选材原则6.1.1　零件的失效6.1.2　零件选材的基本原则6.1.1　零件的失效1.失效的概念2.失效形式3.失效原因1.失效的概念零件质量的重要评价标准即为零件的服役时间的长短。要合理正确地选材，必须首先了解各类零件的主要失效形式。机械零件的失效是指零件

2、由于某种原因丧失了正常的工作能力。具体表现为：①零件完全破坏，不能继续工作；②零件严重损伤，继续工作不安全；③不能满意地达到预期的作用。零件的失效，特别是没有预兆的提前失效，往往会带来巨大的损失，甚至导致严重事故。因此，对零件的失效进行分析，找出失效的原因，是零件设计和选材的基础。2.失效形式(1)弹性变形失效　一些细长的轴、杆件或薄壁筒零部件，在外力作用下将发生弹性变形，如果弹性变形过量，会使零部件失去有效工作能力。(2)塑性变形失效　零部件承受的静载荷超过材料的屈服强度时，将产生塑性变形。图6-1　韧窝状断

3、口2.失效形式(3)韧性断裂失效　材料在断裂之前有明显的宏观塑性变形或能吸收较大的能量的断裂形式称为韧性断裂失效。(4)脆性断裂失效　材料在断裂之前没有塑性变形或塑性变形很小(<2%～5%)的断裂称为脆性断裂。图6-2　解理断口图图6-3　沿晶断口(5)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需的形状、尺寸和表面粗糙度造成的失效，称为表面损伤失效。3.失效原因(１)设计不合理　零部件设计不合理主要表现在零部件尺寸和结构设计上，例如过渡圆角太小，尖锐的切口、尖角等会造成较大的应力集中而导致

4、失效。(２)选材错误　选材所依据的性能指标，不能反映材料对实际失效形式的抗力，不能满足工作条件的要求，错误地选择了材料。(３)加工工艺不当　零部件在加工或成形过程中，由于采用的工艺不当而产生的各种质量缺陷。(４)装配使用不当　在将零部件装配成机器或装置的过程中，由于装配不当、对中不好、过紧或过松都会使零部件产生附加应力或振动，使零部件不能正常工作，造成零部件的失效。6.1.2　零件选材的基本原则1.使用性能原则2.工艺性能原则3.经济性原则1.使用性能原则(１)分析零部件的工作条件，确定使用性能　零部件的工作条件是复

5、杂的。(２)分析零部件的失效原因，确定主要使用性能　对零部件使用性能的要求，往往是多项的。表6-1　几种常用零部件的工作条件、失效形式及对性能的要求(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。(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。2.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

6、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。当工艺性能与使用性能相矛盾时，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。工艺性能经常成为选择材料的主导因素，对大批量生产的零部件尤其如此，因为在大批量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产的关键。金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力。主要是切削加工性能、材料的成形性能（铸造、锻造、焊接）和热处理性能（淬透性、变形、氧化和脱碳倾向等）。铸造性能主要指流动性、收缩性、热裂倾向性、偏析和吸气性等。接近共晶成分合

7、金的铸造性能最好。铸铁、铝硅合金等一般都接近共晶成分。铸造铝合金和铜合金的铸造性能优于铸铁，铸铁又优于铸钢。锻造性能主要指冷、热压力加工时的塑性变形能力以及可热压力加工的温度范围，抗氧化性和对加热、冷却的要求等。低碳钢的锻造性最好，中碳钢次之，高碳钢则较差。低合金钢的锻造性接近中碳钢。高碳高合金钢（高速钢、高镍铬钢等）由于导热性差、变形抗力大、锻造温度范围小，其锻造性能较差，不能进行冷压力加工。变形铝合金和铜合金的塑性好，其锻造性较好。铸铁、铸造铝合金不能进行冷热压力加工。切削加工性能是指材料接受切削加工的能力。

8、一般用切削硬度、被加工表面的粗糙度、排除切屑的难易程度以及对刃具的磨损程度来衡量。材料硬度在160～230HBW范围内时，切削加工性能好。硬度太高，切削抗力大，刃具磨损严重，切削加工性下降；硬度太低，则不易断屑，表面粗糙度加大，切削加工性也差。高碳钢具有球状碳化物组织时，其切削加工性优于层片状组织。马氏体和奥氏体的切削加工性差。高碳高合金钢（高