机械工程材料 第三版大工材料课件第8章.ppt

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1、8.1零件的失效分析8.2选材的原则、方法和步骤8.3典型零件的选材第8章工程材料的选用8.1零件的失效分析8.1.1失效的概念机械零件丧失正常的工作能力称为失效，具体表现为：①完全破坏不能工作②虽然能工作但达不到预定的功能或不能保证工作精度③损坏不严重但继续工作不安全。上述情况中任何一种发生，都认为零件已失效。例如，齿轮在工作过程中磨损而不能正常啮合及传递动力、主轴在工作过程中变形而失去精度等均属于失效。8.1.2零件的失效形式1.过量变形失效过量变形失效是指零件变形量超过允许范围而造成的失效。过量变形失效主要

2、有过量弹性变形、过量塑性变形、蠕变变形而造成的失效。2.断裂失效断裂失效是指零件完全断裂而无法工作的失效。断裂形式主要有塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂等。3.表面损伤失效是指零件在工作中，因机械或化学作用，使其表面损伤而造成的失效。表面损伤失效主要有表面磨损失效、表面腐蚀失效、表面疲劳失效（疲劳点）。实际上零件的失效形式往往不是单一的，随外界条件的变化，失效形式可从一种形式转变为另一种形式，或者是几种失效形式同时存在。如齿轮的失效，往往先有点蚀、剥落，后出现断齿等。8.1.3零件失效的原因1.设计因素零件

3、的整体结构设计不合理，薄弱区域未得到有效的加强，造成零件在工作中承载能力不足。零件的局部结构、形状和尺寸设计不合理，存在尖角、尖锐缺口和过小的过渡圆角等缺陷，往往是产生应力集中的重要原因。另外，对零件的实际工作条件（零件工作时所处的温度及介质等环境的变化等）估计不足，使得零件在工作中安全系数较低，抗过载能力过低。2.材料因素材料的成分与设计要求不符，选用的材料质量差，内部含有气孔、杂质元素、夹杂物或不良组织等各种冶金缺陷，使得零件达不到应有的性能指标；生产中管理不严，造成混料或错料，也是造成产品失效的重要原因。3

4、.加工工艺因素零件或毛坯在冷加工或热加工过程中，由于工艺方法、工艺参数不正确等，使零件产生各种各样的缺陷，最终导致零件的失效。如零件在机械加工过程中，表面粗糙度值过大、刀痕纹路较深或磨削时产生较高的残余应力或裂纹；铸件中有气孔、疏松、夹杂甚至裂纹；锻造温度过高产生的过热、过烧，温度过低因材料塑性下降而产生的开裂；钢中含硫量过多，出现的热脆；锻造流线分布不合理等都会造成零件的失效。4.安装使用因素机器在装配和安装过程中，由于装配过紧、过松，或者机器安装时固定不紧、润滑不良等都可造成失效；在使用过程中，操作、维护、保

5、养不当或违规使用，均有可能使零件失效。8.1.4失效分析的一般方法　　正确的失效分析，是找出零件失效原因，解决零件失效问题的基础环节。机械零件的失效分析是一项综合性的技术工作，大致有如下几种方法。1尽量仔细地收集失效零件的残骸，拍照记录实况，确定重点分析的对象，样品应取自失效的发源部位，或能反映失效的性质或特点的地方。2详细记录并整理失效零件的有关资料，如设计情况（图纸）、实际加工情况及尺寸、使用情况等。根据这些资料全面地从设计、加工、使用各方面进行具体的分析。3对所选试样进行宏观（用肉眼或立体显微镜）及微观（

6、用高倍的光学或电子显微镜）断口分析，以及必要的金相剖面分析，确定失效的发源点及失效的方式。4对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和无损探伤，检验材料的性能指标是否合格，组织是否正常，成分是否符合要求，有无内部或表面缺陷等等，全面收集各种必要的数据。5必要时进行断裂力学计算，以便于确定失效的原因及提出改进措施。6综合各方面分析资料，确定失效的具体原因，提出改进措施，写出报告。8.2选材的原则、方法和步骤在零件的设计过程中，设计人员不仅要根据零件的工作条件和性能要求，设计零件的形状和结构，还要分析零件可能的失效

7、形式，选择合适的材料。在选择零件的材料时，除了要满足零件的使用性能要求外，还应统筹兼顾材料的加工工艺、制造成本等。8.2.1选材的原则1.充分考虑材料的使用性在进行零件选材时，应根据零件的工作条件和失效形式确定材料应具有的主要性能指标，这是保证零件安全可靠、经久耐用的先决条件。零件的工作条件主要指：（1）受力情况包括受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转等）、载荷性质（静载、循环变载、冲击、载荷分布等）、受摩擦情况等；（2）工作环境如工作温度、环境介质的性质，是否有腐蚀性等；（3）特殊性能要求如导电、导热，以及密度、外

8、观、色泽等。若材料性能不能满足零件工作条件时，零件就不能正常工作或早期失效。一般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，其力学性能指标要求也不同。在工程设计中，材料的力学性能数据一般是以该材料制成的试样进行力学性能试验测得的，它虽能表明材料性能的高低，但由于试验条件与零件实际工作条件有差异，因而严格说来，材料力学性能数据仍不能确切地反映机械零