机械工程材料作业整理.doc

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1、作业一1.何谓失效？零件的失效方式有哪些？失效：在使用过程中因零件的外部形状尺寸和内部结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象称为失效。失效方式：（1）过量变形失效：a、过量弹性变形b、过量塑性变形（2）断裂失效：a、韧性断裂b、脆性断裂c、低应力断裂d、疲劳断裂e、蠕变断裂f、介质加速断裂（3）表面损伤失效：a、磨损失效b、腐蚀失效c、表面接触疲劳（4）物理性能降级：电磁、热等性能衰减2.静载性能指标有哪些？它们分别与那种失效形式关联？1、刚度和强度指标刚度：弹性模量强度：比例极限，弹性极限，屈服强度，抗拉强度，断裂强度2

2、、弹性和塑形指标弹性：弹性能塑形：断后伸长率，断面收缩率3、硬度指标失效形式强度：断裂、塑性变形塑性：塑性变形刚度：过量弹性变形硬度：磨损韧性和疲劳强度：断裂3.过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？失效的责任主要在于设计者的考虑不周、计算错误或选材不当，故防止措施主要应从设计方面考虑。过量弹性变形产生变形的主要原因是材料刚度不够。预防途径：1．选择合适的材料或结构2．确定适当的匹配尺寸3．采用减少变形影响的转接件，比如在系统中采用软管等柔性构件，可显著减少弹性变形的有害影响。过量塑性变形产生变形的主要原因是材料的弹性极限，屈服强度不够。

3、预防途径：1．降低实际应力：降低工作应力；减少残余应力；降低应力集中。2．提高材料的屈服强度：通过合金化、热处理等方法。4.何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，即反映材料承受外来冲击负荷而不断裂的抵抗能力。冲击韧性指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。材料的冲击吸收功随温度降低而降低，当温度低于韧脆转变温度时，材料由韧性状态变为脆性状态的现象，称为低温脆性。从试样结果看（参见沈莲《机械工程材料》第三版P10图1-4）冲击韧性高的材料的低温脆性倾向小。但如果在低温条件下使用的零

4、件，设计要考虑冲击韧性和韧脆转变温度。作业二1.何谓断裂韧性？影响脆断的主要因素有哪些？材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。通常主要以断裂韧度来衡量。影响脆断的主要因素有：1、加载方式和材料本质：冶金缺陷会引起冷脆，比如过热引起晶粒异常长大，非金属夹杂物颗粒沿晶界析出；有害杂质元素沿晶界偏聚，减弱了晶界结合力等。2、温度和加载速度：降低使用温度和增加加载速度都会引起材料脆断倾向增大。3、应力集中4、零件尺寸设计不合理2.压力容器钢的σS=1000MPa，KIC=170MPa•m1/2;铝合金的σS=400MPa，KIC

5、=25MPa•m1/2。试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸是多少设裂纹的几何形状因子Y=π1/2？哪一种材料更适合做压力容器？解：裂纹的临界尺寸ac=(KIC/Y*σS)2压力容器钢:ac=(170/(1.77*1000)2=0.0092m铝合金:ac=(25/(1.77*400)2=0.0012m由于压力容器钢的零件允许存在的裂纹最大尺寸大于铝合金的，所以压力容器钢更适合做压力容器。1.查资料，到现场（汽车系、机械系、材料系实验室），从下列汽车零件中任选一种，分析它在使用中的主要失效形式，你选材时主要考虑哪些主要力学性能，为什么？

6、变速箱齿轮，驾驶室外壳（车身），发动机中的活塞，发动机缸体，发动机缸盖，曲轴，半轴，减振弹簧（钢板弹簧）常见汽车零件的工作条件及失效形式：1、齿轮工作条件、失效形式及性能要求齿轮是汽车中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调节速度。（1）工作条件1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力；2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的交变接触力及强烈的摩擦；3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击；（2）主要失效形式1）疲劳断裂主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式；2）齿面磨损；3）齿面接触疲劳破坏；4）过载断裂；（3）性能要求1）高的弯曲疲劳强度2）

7、高的接触疲劳强度和耐磨性3）齿轮心部要有足够的强度和韧性4)较好的热处理性能，热处理变形小。2.汽车发动机曲轴的工作条件、失效形式及性能要求（1）工作条件1）承受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。2）曲轴颈与轴承发生滑动摩擦3）承受一定的冲击载荷（2）主要失效形式1）疲劳断裂长期受扭转和弯曲交变载荷作用2）磨损失效轴颈严重磨损（3）对曲轴用材料性能要求1）高的强度；2）一定的冲击韧度；3）足够的弯曲、扭转疲劳强度；4）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。3、汽车弹簧零件的工作条件、失效形式及性能要求（1）工作条件1）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、

8、扭转时材料将承受很大的弯曲应力或扭转应力。2）缓冲、减震或复原用的