机械工程材料与热处理第9章 机械零件材料的选材ppt课件.ppt

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1、机械零件的失效失效产品在使用过程中失去原设计所规定的功能称为失效失效常见特征零件完全破坏已不能正常工作；(主轴断裂）零件工作不能达到设计的功效。（轮齿磨损不能正常啮合）零件已严重损伤继续工作不安全；机械零件的失效失效类型（同一零件可能有几种失效形式）断裂失效零件最严重的失效形式，因零件承载过大或因疲劳损伤等发生破断断裂方式有塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂（断口分析）客车压缩机皮带轮断裂及在交变载荷下工作的轴、齿轮、弹簧等的断裂宏观特征：宏观变形方式为颈缩，典型断口为杯锥状断口，底部成纤维状剪切断口，其平面和拉伸轴

2、大致成45角微观特征：蛇形滑移和延伸，间距不等、短而且平行、不连续的条纹韧窝在断裂前没有可以观察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”(或很小)。脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态材料在长时间的恒温恒应力作用下缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。零件由于这种变形而引起的断裂称为蠕变断裂。汽轮机气缸紧固螺栓在高温恒力作用下于螺杆处发生断裂就是蠕变断裂。板簧表面存在严重的热加工缺陷-折叠。折叠造成了表面裂纹。疲劳源在折叠造成的表面裂纹处形成。根据板簧的安装条件和工作状况分析，板簧断裂

3、位置处于应力集中处。裂纹在应力作用下扩展，最后造成板簧疲劳断裂。失效类型过量变形失效机械零件的失效零件变形量超过允许范围而造成的失效主要有过量弹性变形失效和过量塑性变形失效高温下工作时，螺栓发生松脱失效类型表面损伤失效机械零件的失效零件表面及附近的材料发生尺寸变化和表面破坏的失效现象主要有表面磨损失效、表面腐蚀失效、表面疲劳失效粘着磨损两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结(固相粘着)，使材料从一个表面转移到另一表面或撕下作为磨料留在两个表面之间，这一现象称为粘着磨损。磨料磨损配合表面之间在相对运动过程中，因外来

4、硬颗粒或表面微突体的作用造成表面损伤（被犁削形成沟漕）的磨损称为磨粒(料)磨损。相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损影响因素：摩擦副材质、工况参数（接触应力、滑动距离和滑动速度）改善措施：表面强化处理均匀腐蚀均匀腐蚀是在整个金属的表面均匀地发生点腐蚀腐蚀集中于局部，呈尖锐小孔，进而向深度扩成孔穴甚至穿透(孔蚀)。晶间腐蚀腐蚀发生于晶粒边界或其近旁。其主要原因是晶界处化学成分不均匀两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压应力作用下，使材料表面

5、疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损腐蚀磨损是金属在摩擦过程中，同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生表层金属的损失或迁移现象弹簧材料为碳素弹簧钢，长期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，受到严重腐蚀，表面腐蚀产物从材料表面剥落，减少了弹簧丝的截面，同时弹簧因腐蚀而变脆。在阀芯受到向上的作用力F时，弹簧破断。当作用力去除后，阀芯在重力和气罐内气压的作用下，阀芯与阀座间尚能起到一定的密封作用。但如果车辆受到强烈震动，阀芯会跳离阀座，破断的弹簧丝会卡入阀芯、阀座的密封面处，使气体泄漏，造成气压降低，刹车失灵。失效类型裂纹失

6、效机械零件的失效零件内外的微裂纹在外力作用下扩展，造成零件断裂的现象材料选取不当、工艺制定不合理而造成锻件中的裂纹，往往因为钢中含硫量较高、混入铜等低熔点金属及夹杂物含量过多，造成晶界强度被削弱；或锻后冷却过快，未及时进行退火处理，多容易产生表面裂纹。失效原因设计不合理结构形状、尺寸设计不合理结构上存在尖角、尖锐缺口或圆角过渡过小，产生应力集中引起失效；安全系数小，达不到实际要求的承载力失效原因选材不合理所选用的材料性能达不到使用要求，或材质较差加工工艺不当工艺方法、工艺参数不正确热加工中产生的过热、过烧和带状组织等；冷

7、加工不良时粗糙度太低，产生过深的刀痕、磨削裂纹等；热处理中产生的脱碳、变形及开裂等失效原因安装使用不正确安装时配合过松、过紧，对中不准使用中不按工艺规程操作和维修，保养不善或过载使用等选材一般原则使用性能机械零件在正常工作条件下应具备的力学、物理、化学等性能步骤分析零件的服役条件、形状尺寸及应力状态调查出现的主要失效形式找出失效抗力指标进行力学计算，确定性能指标结合其它因素对比选择最优材料工艺性能工艺性能铸造性材料在铸造生产工艺过程中所表现出的工艺性能主要包括流动性、收缩性，还有吸气、氧化、偏析铸铁、合金、铸钢工艺性能锻

8、造性锻造该材料的难易程度影响因素主要是材料的化学成分、内部组织结构以及变形条件低碳钢、高碳钢、合金钢工艺性能焊接性一定的焊接工艺条件下材料获得优质焊接接头的难易程度低碳钢、中碳钢、高碳钢低合金钢、中合金钢、高合金钢工艺性能切削加工性材料切削加工的难易程度一般用切削抗力大小、刀具磨损程度、切屑排除的难易及加工出的零件表