工程材料学第10章工程材料的选用.ppt

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1、第九章工程材料的选用内容提要：本章按照失效模式与失效机理对零件失效形式进行分类，介绍各种失效形式，包括畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效。阐述机械零件选材原则。学习目标：了解各种失效形式（畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效）的特点。掌握机械零件选材原则学习建议：在学习了有关材料的基本知识和各种工程材料之后，本章开始接触到材料的实际应用，学习如何正确选材及工艺路线设计。应当综合应用前面几章的基础知识。失效：主要指某零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材科的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功

2、能。失效导致严重事故事例失效几种情况：(1)零件完全破坏，不能继续工作；(2)虽仍能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。(3)零件严重损伤，继续工作不安全。第一节：机械零件的失效一、失效的形式按失效模式和其相应的失效机理分类。失效模式：是指失效的外在宏观表现和规律，失效机理：是指引起失效的微观的物理、化学变化过程的本质，这种失效模式和失效机理相结合的分类就是宏观和微观相结合由表及里地揭示失效的物理本质的过程。表是根据机械零件最常见的失效模式进行的分类，归纳为畸变失效、断裂失效、表面损伤失效三大类型，

3、每一类型又可分为几种不同的情况，同时列出了各种类型的失效所相应的失效机理。第一节零件失效形式一、过量变形失效体现：(1)不能承受所规定载荷；(2)不能起到规定的作用；(3)与其他零件的运转发生干扰例如：车间用的大型吊车，其大车横粱通过两边的各两个车轮跨支于两边的钢轨上。当其吊物工作时，横粱必产生一定的挠度，如果超过规定的许用挠度，两边车轮由于梁的弯曲变形以及相应粱的两端过大转角变形导致车轮挤住了轨道．造成畸变失效(运行干扰)。1．弹性畸变失效弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化，不恰当的变形量导致失效。

4、拉、压变形的杆、柱类零件，过大的弹性畸变量导致支承件(如轴承)过载，机械因丧失尺寸精度造成动作失误。弯、扭变形的轴类零件，过大的弹性畸变量会造成轴上啮合零件的严重偏载，啮合失常。如轴承的严重偏载，甚至咬死，导致传动失效；某些控制元件，如温控元件，予定的弹性变形(挠度)是温控装置的精度的保证。影响弹性畸变的主要因素有：零件形状、尺寸、材料的弹性模量、零件工作的温度、载荷的大小。2塑性畸变失效是外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形(永久变形)。影响因素：(1)材质缺陷它包括材料本身的冶金缺陷

5、和热加工缺陷，其中较为常见的是热处理不良造成的缺陷。如淬火时，加热温度或冷却速度不合适，导致较软的组织的形，从而未达到所需的硬度和屈服强度。导致零件在工作时发生塑性畴变失效。(2)使用不当这是导致塑性畸变的另一原因。使用不当主要是严重过载和润滑不当。如齿轮传动是在过高的压力或润滑不足的条件下运行，齿面很可能出现如鳞皱、起脊等塑性畸变，导致齿轮失效。(3)设计失误它主要表现为对载荷估计不足，对温度的影响、材质缺陷估计太低，以及缺少对一些重要零件的全面质量管理要求。3翘曲畸变失效是一种大小与方向上常产生复

6、杂规律的变形而最终形成了翘曲的外形，从而导致严重的翘曲畸变失效。这种畸变往往是由温度、外加裁荷、受力截面、材料组成等所引起的不均匀性的组合，其中以温度变化，特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。二、表面损伤失效磨损 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。1.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。粘着磨损示意图粘着磨损磨痕2.磨料

7、磨损配合表面之间在相对运动过程中，因外来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。磨粒磨损示意图磨粒磨损磨痕3.犁削磨损硬材料表面的微凸点切削较软材料的表面，在较软材料的表面形成“犁沟”。活塞环与缸套存在粘着磨损、犁削磨损（拉缸现象）、磨料磨损。犁削磨损磨痕犁削磨损示意图4.表面疲劳磨损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，使材料表面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损。5.冲刷磨损冲刷磨损是由于含固态粒子的流体(常为液体)冲刷造成表面

8、材料损失的磨损。6.腐蚀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。冲刷磨损示意图三、断裂失效机械零件因断裂而产生的失效称为断裂失效。1、断裂失效的分类塑性断裂脆性断裂疲劳断裂蠕变失效断裂2、断口的分析方法断口分析是断裂失效分析的关键，是断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走弯路。例：金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察，可以看到断口分为：F-纤维状区R-放射状区S-剪切唇区断口脆性断裂实物脆