第十一章、机械零件的失效与选材ppt课件.ppt

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1、第十一章、机械零件的失效与选材第一节零件失效与选材的关系机械零（构）件因某种原因，导致其尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而丧失应有的功能时，则称该零件失效。根据零件损坏的特点，可将失效分为三种基本类型：变形失效，断裂失效与表面损伤失效。一、变形失效。1、弹性变形失效金刚石、陶瓷的弹性模量较高，其次是钢铁材料，有色金属较低、有机高分子材料的弹性模量最低。其中铸铁的弹性模量和钢差别不大，2、塑性变形失效引起塑性变形的因素，除了零件几何尺寸及材料的屈服强度外，还有材质、使用、设计以及工艺等方面的因素，尤其是热处理工艺对钢材的屈服强度影响最为突出。二、断裂失效零件或构件发生断裂

2、的原因有很多，对断裂的分类方法也很多，根据载荷的性质，工作环境、材料的特性，可将零件的断裂失效分为以下几种形式：1、塑性断裂塑性断裂是指零（构）件，在断裂前发生了明显的塑性变形，因此它在发生断裂失效之前就已发生塑性变形失效。脆性断裂实物韧性（塑性）断裂实物2、低应力脆性断裂零（构）件在发生低应力脆性断裂时，其所受的应力往往低于材料的屈服强度，且在断裂前不发生明显塑性变形，故称之为脆性断裂。特点：1）承受的工作应力较低2）零件内部存在宏观缺陷3）钢在低温下发生韧-脆转变3.疲劳断裂疲劳断口可分为三个区域：疲劳源、扩展区和最后断裂区。疲劳断裂显微形貌钢的硬度和疲劳强度之间的关系

3、提高疲劳强度措施1）减少钢的内部缺陷2）提高表面质量3）喷丸处理4）表面热处理4.蠕变失效材料的蠕变抗力与其熔点有关，熔点愈高，其抗蠕变性能就越好。因此，陶瓷的抗蠕变性能最好，其次是铁基或镍基合金。三．表面损伤失效零件的表面损伤失效大致可分为三类：1.磨损失效2.表面疲劳失效3.腐蚀失效1.磨损失效常见的磨损有两类：磨粒磨损和粘着磨损，粘着磨损磨痕磨粒磨损磨痕磨粒磨损示意图粘着磨损示意图磨损与选材的关系硬而塑性差的材料不易粘着。六方晶格比面心晶格滑移系少,不易塑性变形,防粘着性好。不相同的材料,互溶性小的两种材料组成摩擦副,不易粘着。具有自润滑能力的材料如陶瓷、尼龙、聚甲醛

4、、聚碳酸酯等,防粘着性能好。在油润滑条件下工作的零件（如：齿轮、轴类等），可用调质钢或渗碳钢制造。提高零件的表面硬度，可降低磨粒磨损；承受冲击载荷较小的零件，可选用高铬铸铁；承受冲击载荷的零件，应选择高锰钢。2.表面疲劳失效表面疲劳失效主要发生在滚动接触的零件。例如，滚动轴承中，滚珠和内、外圈之间。表面疲劳失效的主要特征是：表面凹坑、麻点和剥落表面疲劳失效与选材的关系提高材料的表面疲劳抗力，应主要考虑材料的表面硬度、材料的纯度、材料表面强化层的深度。3.腐蚀失效在介质中工作的零件，其表面由于化学或电化学的腐蚀作用，造成零件表面损伤而失效。这种失效不但与材料的成分、组织有关，

5、而且还与介质有关。因此要根据介质的性质来选材。汽车储气罐放水阀弹簧腐蚀失效分析第二节选用材料的基本原则一．材料的使用性能原则二．材料的工艺性能原则三、材料的经济性原则一．材料的使用性能原则1、手册中的数据是用标准试样测定获得2、材料的性能与加工工艺有关3、由于材料化学成分的波动以及工艺参数的波动，材料的性能是在一定范围波动的。二．材料的工艺性能原则铸造成形的零件，最好选用接近共晶成分且凝固时收缩小的合金。采用压力加工成形的零件，应选择组织为单相固溶体的合金。对于焊接构件，其材料最好是低碳钢或低合金结构钢。金属材料的切削性能可以通过预先热处理将硬度控制在170-230HB之间

6、。三、材料的经济性原则零件的总成本主要包括材料本身的价格、加工费等。碳钢和铸铁的价格比较低廉，且加工方便，选用碳钢和铸铁可降低成本。低合金钢由于强度比碳钢高，工艺性接近碳钢，总的经济效益比较显著。第三节典型零件的选材及热处理1.轴的选材对轴进行选材时，必须对轴的受力情况进行分析，主要考虑强度、耐磨性和冲击韧性，可归纳为以下几点：1.受力不大，主要考虑刚度和耐磨性的轴，可以选用碳钢和球墨铸铁。若对精度和耐磨性要求较高，可选用38CrMoAl钢。2.主要受弯曲和扭转应力的轴(如发动机曲轴、机床主轴)可选用淬透性较低的钢，如45、40Cr钢等。3.同时承受弯曲（或扭转）应力及拉压

7、应力的轴（如连杆、锻锤锤杆等），应选用淬透性较高的钢。2.齿轮的选材以机床齿轮为例：齿轮选用材料主要根据齿轮工作时的圆周速度、载荷性质和大小等。载荷不大、圆周速度为中、低速且冲击载荷很小的齿轮，可选用45或40Cr等钢，采取调质处理后，齿轮表面淬火处理。圆周速度为高速且冲击载荷较大时，应选用20CrMnTi，12CrNi3等，采取渗碳淬火处理。3机架零件选材由于机架零件形状较复杂，故多采用铸件。灰铸铁的铸造性能好、价廉、耐压、耐磨、吸振能力强，在机架零件中应用最广。常用的灰铸铁有HT150、HT200、HT250。