第13章零部件的失效與選材

1、第第1313章章 零部件的失效與選材零部件的失效與選材13.1 13.1 零部件的失效零部件的失效 失效概念失效概念 失效形式失效形式 失效原因失效原因 失效分析失效分析13.1.1 13.1.1 失效概念失效概念13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式2.2.斷裂失效斷裂失效4.4.老化失效老化失效13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式1. 1.變形失效變形失效13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式2.2.斷裂失效斷裂失效1 1）韌性斷裂失效）韌性斷裂失效 斷裂前零件發(fā)生了較大的塑性變形或吸收了較大的能斷裂前零件發(fā)生了較大的塑性變形或吸收了較大的能量所致。量所致。 見見p21

2、2p212圖圖3-13-12 2）脆性斷裂失效）脆性斷裂失效 斷裂前沒有發(fā)生塑性變形或塑性變形很小的斷裂。斷裂前沒有發(fā)生塑性變形或塑性變形很小的斷裂。 疲勞斷裂；疲勞斷裂； 見圖見圖3-2 3-2 低應力脆性斷裂；見圖低應力脆性斷裂；見圖3-33-3、3-43-4 應力腐蝕斷裂；應力腐蝕斷裂； 應力疲勞斷裂；應力疲勞斷裂； 蠕變斷裂。蠕變斷裂。13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式3.3.表面損傷失效表面損傷失效4.4.老化失效老化失效 主要指高分子材料在使用和貯存出現主要指高分子材料在使用和貯存出現變脆、變軟、變黏的現象。變脆、變軟、變黏的現象。 一般情況，一個零件的失效，往往是有一般

3、情況，一個零件的失效，往往是有一種形式起主導作用，還伴有其它形式一種形式起主導作用，還伴有其它形式的共同作用所致。的共同作用所致。13.1.3 13.1.3 失效原因失效原因1. 1.設計不合理設計不合理 設計時，在尺寸，結構，工作環(huán)境、載荷情況設計時，在尺寸，結構，工作環(huán)境、載荷情況考慮不周?？紤]不周。 2.2.選材不當選材不當 所選的材料鋼號、冶金質量所選的材料鋼號、冶金質量。3.3.加工工藝不當加工工藝不當 毛坯加工、熱處理、切削加工的工藝不當都會毛坯加工、熱處理、切削加工的工藝不當都會成為失效的重要原因。成為失效的重要原因。4.4.裝配使用不當裝配使用不當13.1.4 13.1.4 失

4、效分析失效分析1. 1.一般程序一般程序2.2.失效分析實例失效分析實例魏氏組織：魏氏組織： 在亞共析鋼或過共析鋼中，由高溫以較快的速度冷卻時，在亞共析鋼或過共析鋼中，由高溫以較快的速度冷卻時，先共析的鐵素體或滲碳體從奧氏體晶界上沿著奧氏體的一定晶先共析的鐵素體或滲碳體從奧氏體晶界上沿著奧氏體的一定晶面向晶內生長，呈針狀析出。在光學顯微鏡下可以觀察到從奧面向晶內生長，呈針狀析出。在光學顯微鏡下可以觀察到從奧氏體晶界上生長出來的鐵素體或滲碳體近似平行，呈羽毛狀或氏體晶界上生長出來的鐵素體或滲碳體近似平行，呈羽毛狀或三角形，其間存在著珠光體的組織。這種組織稱為魏氏組織。三角形，其間存在著珠光體的組

5、織。這種組織稱為魏氏組織。 實際生產中遇到的魏氏組織大多是鐵素體魏氏組織實際生產中遇到的魏氏組織大多是鐵素體魏氏組織. .魏氏組魏氏組織常伴隨著奧氏體晶粒粗大而出現，因此，使鋼的力學性能尤織常伴隨著奧氏體晶粒粗大而出現，因此，使鋼的力學性能尤其是塑性和沖擊韌性顯著降低，同時使脆性轉折溫度升高。魏其是塑性和沖擊韌性顯著降低，同時使脆性轉折溫度升高。魏氏組織容易出現在過熱鋼中，因此，奧氏體晶粒越粗大，越容氏組織容易出現在過熱鋼中，因此，奧氏體晶粒越粗大，越容易出現魏氏組織。鋼由高溫較快地冷卻下來往往容易出現魏氏易出現魏氏組織。鋼由高溫較快地冷卻下來往往容易出現魏氏組織，慢冷則不易出現。組織，慢冷則

6、不易出現。 鋼中的魏氏組織一般可通過細化晶粒的正火、退火以鋼中的魏氏組織一般可通過細化晶粒的正火、退火以及鍛造等方法加以消除，程度嚴重的可采用二次正火方法及鍛造等方法加以消除，程度嚴重的可采用二次正火方法加以消除。加以消除。13.2 13.2 零部件的選材零部件的選材13.213.2零部件的選材零部件的選材13.2.1 13.2.1 選材的基本原則選材的基本原則一、使用性能原則一、使用性能原則根據使用性能選材步驟如下：根據使用性能選材步驟如下：工作條件工作條件失效原因失效原因性能性能 指標的要求指標的要求預選預選二、工藝性能原則二、工藝性能原則各種材料的工藝性能如下：各種材料的工藝性能如下：1

7、. 1.金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能2.2.高分子材料的工藝性能高分子材料的工藝性能3.3.陶瓷材料的工藝性能陶瓷材料的工藝性能陶瓷材料的加工工藝路線：陶瓷材料的加工工藝路線：備料備料成形加工（配料、壓制、燒結）成形加工（配料、壓制、燒結）磨（拋光）加工磨（拋光）加工裝配。裝配。 主要工藝是成形加工，按零部件的形主要工藝是成形加工，按零部件的形狀、尺寸精度、性能要求的不同，采用不狀、尺寸精度、性能要求的不同，采用不同的成形方法（粉漿、熱壓、擠壓、可塑同的成形方法（粉漿、熱壓、擠壓、可塑等）。等）。三、經濟性原則三、經濟性原則式中： 代表選材對零件總成本的影響； 代表選材對零件壽命的影響

8、； 代表壽命變化引起總成本的變化； 代表單純材料價格引起零件總成本的變化等。mTdmdaaTdmdppTdmdwwTdmdrrTdmdllTdmdT,T設：零件的總成本，材料的價格m，零件的自重w，零件的壽命 l，零件的加工費用 p，試驗研究費 r。維修費 admdTdmdllTmT有：經濟性分析方程：有：經濟性分析方程：13.3.2 13.3.2 選材的一般方法選材的一般方法材料的選擇是一個比較復雜的決策問題。材料的選擇是一個比較復雜的決策問題。 它需要設計者熟悉零件的工作條件和它需要設計者熟悉零件的工作條件和失效形式，掌握有關的過程材料的理論失效形式，掌握有關的過程材料的理論及有關知識、機

9、械加工工藝知識以及較及有關知識、機械加工工藝知識以及較豐富的生產實際經驗，通過具體分析、豐富的生產實際經驗，通過具體分析、試驗對比，最后確定合理的選材方案。試驗對比，最后確定合理的選材方案。 選材一般可分為以下幾個步驟：選材一般可分為以下幾個步驟：13.3.3 13.3.3 典型零部件選材及工藝分析典型零部件選材及工藝分析1.1.齒輪類零件的選材齒輪類零件的選材2 2）齒輪的主要失效形式）齒輪的主要失效形式3 3）主要性能要求）主要性能要求4 4）典型齒輪的選材）典型齒輪的選材機床齒輪 齒輪用材大多數是鋼材（鍛鋼或鑄鋼），有齒輪用材大多數是鋼材（鍛鋼或鑄鋼），有些低速輕載齒輪可用鑄鐵，特殊情況下，還可采些低速輕載齒輪可用鑄鐵，特殊情況下，還可采用有色金屬及工程塑料。見表用有色金屬及工程塑料。見表13-213-2。 機床齒輪大多為中等轉速，中等載荷，運動機床齒輪大多為中等轉速，中等載荷，運動平穩(wěn)，無強烈沖擊且環(huán)境條件較好的情況。因此平穩(wěn)，無強烈沖擊且環(huán)境