(精品)材料科学基础_材料的选用与发展.ppt
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1、第十六章第十六章工程材料的选用与发展工程材料的选用与发展1 1 零件的失效与失效分析零件的失效与失效分析失效失效:1、零件完全破坏,不能继续工作、零件完全破坏,不能继续工作 2、零件零件严重损伤,不能继续安全工作严重损伤,不能继续安全工作 3、零件虽能安全工作,但已不能起到预期作零件虽能安全工作,但已不能起到预期作用用3.形式形式过量变形失效过量变形失效过量弹性变形过量弹性变形过量塑性变形过量塑性变形断裂失效断裂失效韧性断裂韧性断裂应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂蠕变断裂蠕变断裂疲劳断裂疲劳断裂低应力断裂低应力断裂脆性断裂脆性断裂表面损伤失效表面损伤失效磨损磨损接触疲劳接触疲劳腐蚀腐蚀失效分析方法失效
2、分析方法1)收集证据2)断口分析,判断失效方式失效零件的残骸失效零件的资料3)测定数据,包括成分、组织和性能的分析与测试4)确定失效原因1.材料的力学性能材料的力学性能:根据零件的工作条根据零件的工作条 件、损坏件、损坏(或失效或失效)形式形式,选择满足力选择满足力 学性能的材料。学性能的材料。2.材料的工艺性能材料的工艺性能:对零件加工生产有对零件加工生产有 直接的影响直接的影响,甚至是决定性的。甚至是决定性的。3.材料的经济性材料的经济性:主要是性价比。主要是性价比。2 2 选材的基本原则选材的基本原则选择材料的基本过程选择材料的基本过程2 2 选材的基本原则选材的基本原则选材原则1使用性
3、能首要原则1、根据零件工作条件,确定其使用性能要求i载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。ii计算应力是确定材料使用性能的数量依据。受力受力状态拉、压、弯、扭载荷载荷性质静载、冲击载荷、交变载荷载荷大小大小重载、中载、轻载工作温度温度低温、室温、高温、交变温度环境介质介质加润滑剂、接触酸、碱、盐、海水、粉尘等其他其他性能导热、导电、磁性、膨胀、辐射、比重等使用性能包括使用性能包括?2.进行失效分析失效抗力取决于材料的性能,对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。几种常用零件的工作条件和失效形式零件工作条件常用失效形式性能要求应力种类 载荷性质 受载状态螺栓拉、剪静
4、载过量变形,断裂 强度,塑性传动轴 弯、扭循环,冲击轴颈摩擦疲劳断裂,过量变形,轴颈磨损综合力学性能传动齿轮压、弯循环,冲击摩擦,振动断齿,磨损,疲劳断裂,接触疲劳表面高强度及疲劳极限,心部强度及韧性弹簧扭、弯交变,冲击振动弹性失稳,疲劳破坏弹性极限,屈强比,疲劳极限3零件性能要求的指标化将零件对使用性能的要求具体转化力学性能指标(如强度、韧性、塑性、硬度等);再根据工作应力、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。(1)受力状况不同,设计依据的性能指标、计算公式不同。例如:=sk屈服强度纯剪纯拉载荷-弯曲和扭转载荷(2)应综合考虑塑性、韧性和强度指标,并加以合理的配合。塑性、韧性过剩而降低零
5、件寿命。选材原则选材原则2材料的工艺性材料的工艺性高分子材料成型工艺简单,切削加工性好导热性差陶瓷材料只能用SiC,金刚石砂轮磨削可加工性差金属材料加工方法多样铸、锻、焊、切削、热处理铸件共晶合金锻件、冲压件固溶体合金焊接结构低碳钢、低碳合金钢高强度、大截面、形状复杂合金钢切削加工材料硬度,热处理改善组织及性能选材原则选材原则3材料的经济性材料的经济性总成本=材料本身价格+加工费+其他(运费、安装费等)降低成本,就近取材;考虑材料生产、供应情况;选材少而集中,便于采购和管理从实际出发,全面考虑机械性能、工艺性能、生产成本。基本材料的成本材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额(3070%)。选
6、择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段之一;基本材料的价格的影响因素:提炼和制取的成本;矿物资源的储量、开采成本、矿石品位等;材料的提纯、合金化(合成)成本;加工增值成本;供求关系所造成的价格波动;第三节第三节 典型零件的选材及工艺分析典型零件的选材及工艺分析机床主轴机床主轴汽车半轴汽车半轴机床齿轮机床齿轮汽车齿轮汽车齿轮3 典型零件的选材与工艺过程典型零件的选材与工艺过程一、轴类的选材与工艺1)承受交变、扭转和拉-压载荷2)相对运动表面发生磨损3)承受一定的冲击载荷1.工作条件2.主要失效形式1)断裂(疲劳为主,冲击过载为辅)2)磨损3)过量变形3 典型零件的选材与工艺过程典型零件的选材与
7、工艺过程3.对材料的要求1)高的强韧性2)高的疲劳极限3)良好的耐磨性4.轴的分类1)受力不大,主要考虑刚度和耐磨性2)主要受弯曲、扭转的轴3)同时承受弯曲(或扭转)及拉压载荷碳钢或球墨铸铁中碳钢38CrMoAlA中碳钢45,40Cr,40MnB高淬透性钢n轻载主轴(如普通车床主轴)45钢调质或正火,轴颈高频表面淬火。n中载主轴(如铣床主轴)40Cr等调质处理,轴颈高频表面淬火。n重载主轴(如组合机床主轴)20CrMnTi,经渗碳、淬火、回火处理。n高精度主轴(如精密镗床主轴)38CrMoAl,调质+氮化+时效。二、齿轮的选材与工艺1)齿根承受较大的交变弯曲应力2)齿的表面承受较大的接触应力3
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