金属材料与热处理教学课件作者朱黎江第11章金属材料的选用原则和热处理工艺应用.ppt

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1、第11章金属材料的选用原则和热处理工艺应用123311.1选材的原则11.2热处理的应用11.3典型零件的选材与热处理返回第11章金属材料的选用原则和热处理工艺应用本章简介:金属材料种类繁多，工业生产中常用金属材料包括碳钢、合金钢、铸铁等铁-碳合金，和部分有色金属及合金在实际应用中，合理选择使用材料是一个工程技术人员具备的基本能力。热处理是提高材料力学性能、物理和化学性能，节约材料，充分发挥材料潜力，延长机器零件、工程构件使用寿命的有力措施，同时能够改善材料的各种加工工艺性能。重点:(1)在理解的基拙上掌握

2、机械零件选材的一般原则。(2)理解金属材料使用中失效的形式，对零件的设计、选材、加工具有的指导意义。(3)理解各种热处理工艺在实际生产中的应用。(4)了解典型零件的热处理工艺。难点:合理选择和使用金属材料。下一页返回第11章金属材料的选用原则和热处理工艺应用合理选择和使用工程材料是机械制造过程的一个重要环节，直接关系到产品的质量和经济效益。要生产出高质量、低成本的零件，必须从结构设计，材料选择，毛坯制备及切削加工等方面考虑。选材是指选择材料的成分、组织状态、冶金质量及机械和物理化学性能。必须全面分析零件的工

3、作条件、受力性质、受力大小及失效形式，综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理以满足零件的性能要求。上一页返回11.1选材加原则选材原则是在满足零件使用性能的前提下，具有良好的工艺性和经济性，三者之间既有联系，又相互矛盾，合理选材就是要使三者合理统一。11.1.1使用性原则使用性原则是指选用的材料制成零件后能否满足其使用性能的要求。不同零件所要求的使用性能是不同的。选材的首要任务即是准确判断零件所要求的使用性能。1.根据零件的工作条件对使用性能提出要求零件工作条件一

4、般包括以下三个方面。(1)受力状况。受力状况主要是载荷的类型、大小、形式和特点。载荷类型包括动载荷、静载荷、循环载荷等，载荷形式包括拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷等，载荷特点包括均匀分布载荷、集中分布载荷等。下一页返回11.1选材加原则(2)环境状况。环境状况主要是工作温度和环境介质。工作温度是指低温、常温、高温、变温等工作条件，环境介质是指有无腐蚀、摩擦作用等。(3)特殊性能要求。特殊性能要求主要是对导电性、磁性、热膨胀性、密度、外观等特殊性能的要求。若材料性能不能满足零件的工作条件时，零件就不能正常工作或

5、失效，一般而言，零件的使用性能主要是指材料的力学性能，零件工作条件不同，失效形式不同，力学判据要求也不同。在选材中，常用的力学判据有强度判据、塑性与韧性判据、硬度判据。2.判断零件失效形式零件的失效形式与其特定的工作条件是分不开的。要深入现场，收集整理有关资料，进行相关的实验分析，判断失效的主要形式和原因。上一页下一页返回11.1选材加原则找出原设计的缺陷，提出改进措施，确定所选材料应满足的主要力学性能指标，为正确选材提供具有实际意义的信息，确保零件的使用效能和提高零件抵抗失效的能力。零件失效主要有变形失效

6、、断裂失效和表面损伤失效三种。(1)变形失效。在一定载荷作用下，大多数零件在工作时都处于弹性变形状态，一般的零件可允许一定限度的弹性变形，若发生过量的弹性变形就会造成零件失效，影响零件精度、加速磨损、降低零件的承载能力，且增加噪声等。零件的变形失效主要有弹性变形失效和塑性变形失效。1)弹性变形。任何零件受外力作用首先会发生弹性变形，但是如果发生超过所允许的弹性变形就会失效。如撞床的撞杆，由于加工中产生较大的弹性变形，使零件加工的尺寸精度不够。上一页下一页返回11.1选材加原则2)塑性变形。机械零件在使用过程

7、中，一般不允许有任何的塑性变形。塑性变形失效多发生在因偶然过载或零件工作应力超过了材料的屈服点，从而使零件产生过量塑性变形导致失效。(2)断裂失效。零件在工作过程中发生断裂的现象称为断裂失效。由于受力条件、环境介质以及温度条件的不同，断裂可以有多种表现形式1)塑性断裂。零件在产生较大塑性变形后的断裂为塑性断裂或延性断裂。由于这是一种有先兆的断裂，即断裂前已产生过量塑性变形失效，故危险较小，比较容易防范。2)低应力脆性断裂。低应力脆性断裂不产生明显的塑性变形，而工作应力远低于材料静载荷时的屈服点。强度高而塑性

8、、韧性差的材料，脆性断裂倾向较大。上一页下一页返回11.1选材加原则脆性断裂常发生在有尖锐缺口或裂纹的零件中，特别是在低温或冲击载荷下最容易发生。3)疲劳断裂。零件在受交变应力作用时，在远低于其静载时的强度极限应力下突然断裂。所有零部件工作过程中的失效，疲劳断裂占断裂失效的50%~90%。由于断裂前往往没有明显征兆，发生比较突然，所以疲劳断裂危害性较大。实践上，材料的疲劳极限和抗拉强度有一定的经验关系:低强度钢: