工程材料與熱加工零件失效

工程材料與熱加工零件失效第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第12章機械零件材料與

成型方法的選擇選材是機械零件設計的第一步。機械零件使用的材料種類繁多，如何合理地選擇材料是一項非常重要的工作。在掌握各種工程材料性能和失效形式的基礎上，正確合理地選擇和使用材料是從事工程構件和機械零件設計與制造的工程技術人員的一項重要任務。

第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第12章機械零件材料與

成型方法的選擇機械零件的選材與成型方法選擇不是相互獨立的。在進行機械零件設計時，首先遇到的就是選材問題，而材料的工藝性能好壞是決定其是否被選用的一個重要因素。而在選擇零件成型方法時，也要首先考慮該工藝是否適合對選中材料的成型加工。由此可知，機械零件材料的選擇與零件成型方法的選擇是相關的、統(tǒng)一的。正確選擇零件毛坯的材料、類型和合理選擇毛坯成型工藝方法是機械零件設計和制造中的關鍵環(huán)節(jié)之一。第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第12章機械零件材料與

成型方法的選擇12.1零件失效分析12.2零件材料與成型方法的選擇原則12.3典型零件材料與成型方法選擇第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析◆零件失效：主要指某零件由于某種原因，導致其尺寸、形狀或材料的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的功能。◆零件失效的原因很多，但零件的材料選用不當（零件材料不能適應零件的服役條件），與零件材料和結構不相適應的零件成型方法是造成零件失效的主要原因。第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.1機械零件的服役條件機械零件在服役過程中可能承受的載荷主要有三種類型：力學載荷、熱載荷(環(huán)境溫度)和環(huán)境介質(zhì)?！粼诹W載荷作用下，機械零件將產(chǎn)生變形，甚至出現(xiàn)斷裂；◆在熱載荷作用下，機械零件會產(chǎn)生尺寸和體積的改變，并產(chǎn)生熱應力，同時隨著溫度的升高，零件的承載能力下降；第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.1機械零件的服役條件機械零件在服役過程中可能承受的載荷主要有三種類型：力學載荷、熱載荷(環(huán)境溫度)和環(huán)境介質(zhì)?！舡h(huán)境介質(zhì)的作用主要表現(xiàn)為機械零件的表面磨損和腐蝕環(huán)境下機械零件表面的化學腐蝕和電化學腐蝕，對于高分子材料制成的機械零件，環(huán)境介質(zhì)還會導致材料的老化。第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.1機械零件的服役條件對于以承受力學載荷為主要功能的機械零件來說，服役過程中主要是承受各種力學載荷的作用?！舾鶕?jù)外力作用性質(zhì)的不同，分為靜載荷、沖擊載荷及疲勞載荷?！舾鶕?jù)外力作用方式的不同，分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉載荷?！舾鶕?jù)外力大小和分布的特點，分為均布載荷和集中載荷。機械零件在不同力學載荷作用下表現(xiàn)出不同的力學行為。第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析12.1.2機械零件的失效形式畸變失效，斷裂失效，磨損失效，

腐蝕失效第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1零件失效分析15.1.3機械零件失效的原因①設計因素②材質(zhì)因素③制造（工藝）因素④裝配調(diào)試因素⑤運轉維修因素第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：①設計因素設計時應考慮的因素：零件在特定工況、結構和環(huán)境等條件下可能發(fā)生的基本失效模式。設計過程：依據(jù)經(jīng)驗預選材確定零件結構計算受力并驗算合格不合格第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：②材質(zhì)因素選材不當：所選用的材料的性能不能滿足工作條件的要求；材料內(nèi)部缺陷、毛坯加工(鑄鍛焊)工藝；冷熱加工(特別是熱處理)工藝過程中產(chǎn)生的缺陷。第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：③制造（工藝）因素制造工藝條件達不到設計要求是導致零件失效的一個重要因素。如零件在鍛造過程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋；焊接過程的未焊透、偏析、冷熱裂紋；鑄造過程的疏松、夾渣，機加工過程的尺寸公差和表面粗糙度不合適；熱處理工藝產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性、硬軟層硬度梯度過大；精加工磨削中的磨削裂紋等。第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：④裝配調(diào)試因素在安裝過程中，未達到所要求的質(zhì)量指標，如：●嚙合傳動件(齒輪、桿、螺旋等)的間隙不合適(過松或過緊，接觸狀態(tài)未調(diào)整好)；●聯(lián)接零件必要的“防松”不可靠；●鉚焊結構的必要探傷檢驗不良；●潤滑與密封裝置不良等?！裨诔醪桨惭b調(diào)試后，未按規(guī)定進行逐級加載跑合。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1零件失效分析◆影響失效的基本因素：⑤運轉維修因素●對運轉工況參數(shù)(載荷、速度等)的監(jiān)控是否準確；●定期大、中、小檢修的制度是否合理、執(zhí)行；●潤滑條件是否保證，包括潤滑劑和潤滑方法是否選得合適，潤滑裝置以及冷卻、加熱和過濾系統(tǒng)功能是否正常。第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1零件失效分析◆失效分析的基本步驟：（1）現(xiàn)場調(diào)查研究和收集資料；（2）整理分析；（3）斷口分析；（4）組織結構分析；（5）性能的測試與分析；（6）綜合分析。第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2機械零件材料與成型方法的選擇原則15.2.1機械零件材料的選擇原則優(yōu)異的使用性能、良好的加工工藝性能、便宜的價格和環(huán)保性能是機械零件選材的最基本原則。第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則1.使用性能原則使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應該具有的力學性能、物理性能和化學性能。材料的使用性能應滿足使用要求。對大量機器零件和工程構件，則主要是力學性能。對一些特殊條件下工作的零件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理、化學性能。使用性能的要求，是在分析零件工作條件和失效形式的基礎上提出來的。第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的工作條件包括三個方面：①受力狀況載荷的類型(例如動載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等)和大?。惠d荷的形式如拉伸、壓縮、彎曲或扭轉等；載荷的特點，例如均布載荷或集中載荷等。第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的工作條件包括三個方面：②環(huán)境狀況主要是溫度特性，例如低溫、常溫、高溫或變溫等；介質(zhì)情況，如酸性環(huán)境、堿性環(huán)境、多塵環(huán)境、霉雨環(huán)境等。第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的工作條件包括三個方面：③特殊要求主要是對導電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則1.使用性能原則零件的失效形式主要有：第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則2.工藝性能原則材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。在選材中，同使用性能比較，工藝性能常處于次要地位。但在某些特殊情況下，工藝性能也可成為選材考慮的主要依據(jù)。第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則3.經(jīng)濟性原則材料的經(jīng)濟性是選材的根本原則。采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟效益，使產(chǎn)品在市場上具有最強的競爭力，始終是設計工作的重要任務。（1）材料的價格零件材料的價格無疑應該盡量低。材料的價格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比重，據(jù)有關資料統(tǒng)計，在許多工業(yè)部門中可占產(chǎn)品價格的30％--70％，因此設計人員必須關心材料的市場價格。第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2機械零件材料與成型方法的選擇原則3.經(jīng)濟性原則（2）零件的總成本

零件選用的材料必須保證其生產(chǎn)和使用的總成本最低。零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費用、研究費用、維修費用和材料價格有關。價值工程原理：價值(V）＝功能（F）/成本（C）第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1機械零件材料的選擇原則4.可持續(xù)發(fā)展原則隨著工業(yè)的發(fā)展，資源和能源的問題日漸突出，選用材料時必須對此有所考慮，特別是對于大批量生產(chǎn)的零件，所用材料應該來源豐富并顧及我國資源狀況。另外，還要注意生產(chǎn)所用材料的能源消耗，盡量選用耗能低的材料。第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則機械零件的功能，主要由兩方面的因素決定：①零件所具有的結構（形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量等）；②零件所采用的材料。這兩個方面決定著零件的成型加工方法。第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則第一步：初步確定零件的結構和材料第二步：基本確定成型工藝；第三步：結合零件的生產(chǎn)批量、經(jīng)濟指標甚至企業(yè)生產(chǎn)條件等因素，對零件成型方法做出明確的選擇；第四步：根據(jù)所選用的成型方法，對零件的結構工藝性和材料的工藝性能進行評價和修正；第五步：對零件結構的局部優(yōu)化。零件設計的基本步驟：第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則成型方法的選擇是否合理，關系著零件制造過程的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率及零件能否滿足使用要求。因此，在設計機械零件時，當零件的結構和材料初步確定之后，其成型工藝的基本類型就大致確定了。第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：1.工藝適應性原則工藝適應性原則是指所采用的成型方法應該與零件的結構和材料的工藝性能相適應。即：工藝適應性原則著眼于所用的成型方法是否能使毛坯的成型過程容易，并且不易產(chǎn)生缺陷。因此，成型方法工藝性的優(yōu)劣，會在不同程度上影響到工件成型的難易程度、生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和成本等。第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：1.工藝適應性原則第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：2.經(jīng)濟性原則經(jīng)濟性原則是指在選擇成型方法時應致力于把生產(chǎn)的總成本降至最低，以獲取最大的經(jīng)濟效益，使產(chǎn)品在市場上最具競爭力。因此，在滿足零件使用要求的前提下，應優(yōu)先選用成品率高、生產(chǎn)成本低的成型方法和加工方案。第32頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.2機械零件成型方法

的選擇原則零件成型工藝選擇的基本原則：3.環(huán)保性原則環(huán)保性原則是指在選擇成型方法時應考慮到生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響，力求做到清潔生產(chǎn)，與環(huán)境相宜。因此，必須綜合考慮資源和環(huán)境的關系，