机械工程材料的合理选用

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1、7机械工程材料的合理选用RationaISelectionandApplicationofMaterials7.3基本概念(1)失效与失效分析；(2)使用性能、工艺性能与经济性原则。图7-1贯穿《机械工程材料》课程的纲本章讨论的茧点之一就在于如虚线框内所示——如何通过对机器零件进行工作条件分析，结合实际零件常见的失效形式以确定机器零件最关键的性能要求，作为正确选材、确定零件的成分等的依据。机械零件丧失规定功能的现象称为失效。机械零件失效的主要形式可归纳为三大类，如图7-2所示o「竊饺穴攻▼I:我面晚匁欠效<15推失效「介«加遣哳校失攻变

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3、仉应力WOVX效「《性变形失攻——蠼文啶形穴效丨傳性变肜失效军件失效L变彤失攻哳S失效表AB槲伤失效图7-2机械零件失效的主要形式机械零件失效的原因大体可分为没计、原材料、各种加工工艺以及裝配使用等P4个方面，这正如图7-3所示。图7-3导致机械零件失效的主要原因失效分析是一门边沿的、交叉的、综合性的新兴学科，它包拈逻机推理和实验研究两个方面。在实际应用屮，应把它们结合起來，以确足机械零件失效的原闪，并制足相应的补救和预防措施，以防冋类事故的再次发生。这里主要谈及实验研究方而。失效的原因主要在设计、材料、工艺、

4、安装使用等四个力面，所以失效分析屮的实验研究也应该主要集屮在这些方而。要充分利川各种宏观测试和微观观察T段，有系统、有步骤地分析失效零件屮的变化，以便从蛛丝马迹屮找到机械零件失效的真正根源。这正如图7-4所示的失效分析的基本环节示意图所示。1实驗宽试艙使川考艙X此试驗图7-4失效分析的基本环节示意图因此应足够重视零件失效及冇关失效分析在材料选叫屮的軍要地位，以养成在分析机械零件实际工作条件吋结合零件常见失效形式，找出最主耍的失效形式，从而为止确地确记零件最关键的性能耍求奠定正:确的思路。表7-1几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的

5、力学性能零件（工典》工作条件1J常W.失效形灰霣求的生面力嗲ft能琬力衿央IK它•暹*出耀特拕、切保力驊一过營企形，晰簑閼级售度及沆麴連度，《牲穹，扭应力«坏、冲itr蝙孅处PW擦.槪妫W貧破坏•;u雪变形.輸湖处麝根.咬ai«5合力学作鼪传幼逄鴕瘙刊摩W，褰摘、痹成利購、拘折嘶表度及穹曲疲穷供澶、撩鼬廉舟捕力•心蓐M腹權鹰、知ft傳簧伍应力＜螺繡簧）.考权力？板簧＞傳件赶火•癀劳*錢傳性》映，格A比，政开《»度擎柱塞MW坏、冲南靡繡、油的宵a«度，抗乐僅賓冷汴榷ft黧杂疴力微蟬，冲麻保焘華瘭麝抿、雎島硬度，tf•够的*度.0忭颦杂秘力

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7、屈材料与fl合材料等基本知识，ffl点、深入地剖析齿轮、轴等典型岑件的选材。通过分析，应找出其-•般规律，又要看到其特殊点.为了有利丁学生学＞j,现将有关阁表，汇集如下，供学;参考。表7—2所示是美国的一个关丁•齿轮失效形式及原因的统计资料.由农屮统计结果可看出，疲劳断裂占失效齿轮总数的1/3以上，居首位；其次是表面损伤。总的讲來，断裂是齿轮失效的主嬰形式。农7-3、农7-4分别给出了机床齿轮、汽车拖拉机齿轮的用材及热处理悄况，通过分析、对比可以看出：机床类齿轮由于工作条件较好（无强烈冲击，工作平稳），大多可选调质钢（45、40Cr等）

8、制造，经调质（或正火）处理十高频淬火、低温回火，这足一般规律.特例：当高速且承受冲击载荷较人吋（如立式车床上的ffl要齿轮）宜选20CrMnTi（20Cr）等渗碳钢制造，经渗碳十淬火十低媪回火处理。而对于汽车、拖拉机的变速齿轮，由于承载较重，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧度等，均要求比机床汲轮‘故一般均采用渗碳俐制造，经渗碳+淬火+低温回火处理，表展碳食量大大提高,保证淬火后高硬度、卨耐擠性和卨的接触疲劳抗力，由丁•合金元素提高淬透性，所以经淬、回火后吏工件心部获得较高的强度和足够的冲击韧度。侃其中对于如汽车、拖拉机

9、的油泵齿轮等承载轻、受冲击小的场合，亦可选调质钢经调质处理使用（这足特例）。表7-2美国931个齿轮失效方式及原因的统计结果失效方式统计结果/%失效原因统计结果/%断裂，总计61.2使用不当，总计74.7疲