工程設(shè)計(jì)制造中材料選擇(PPT47頁).ppt

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1、6.1零件失效與失效類型(failureofparts&types)6.2零件設(shè)計(jì)中的材料選擇(materialselectionindesignofparts)6.4變形開裂與熱處理結(jié)構(gòu)工藝性第6章工程設(shè)計(jì)制造中材料選擇（engineeringdesign、manufacture&materialselection）6.3熱處理在零件加工工藝路線中的位置及熱處理方案的選擇退出6.1零件失效與失效類型(failureofparts&types)6.1.1失效概念?定義：機(jī)械零件或工程構(gòu)件喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象。?失效含義：①零件破損，不能正常工作。②零件尚可安全工作，但不能滿足原有功能要求

2、。③零件不能安全工作。?失效的定量指標(biāo)：額定壽命；某些指標(biāo)的規(guī)定范圍（如模具沖頭磨損量）達(dá)不到定量指標(biāo)，即發(fā)生早期失效。6.1.2失效的形式與對(duì)策⑴過量變形失效（excessivedeformationfailure）①過量彈性變形失效：?特征：Σe過大（Σe=σ/E）,帶來一系后果（如鏜桿的“讓刀”）。?措施：提高零件剛度，具體辦法為改變零件幾何，加大尺寸及用E大的材料。②塑性變形失效：?特征：σ＞σs、發(fā)生整體屈服。?措施：選高強(qiáng)度材料、采取強(qiáng)化工藝、加大截面尺寸或降低應(yīng)力水平。圖6-1③過量蠕變失效：?特征：T＞0.3Tm（盡管σ＜σs）時(shí)發(fā)生，時(shí)間累積過程。?措施：選用高強(qiáng)耐熱

3、鋼及合適的熱處理。⑵斷裂失效（fracturefailure）①韌斷：?特征：σ＞σb，先塑變后斷裂；原因?yàn)閺?qiáng)度不足。?措施：σ＜[σ]；提高材料強(qiáng)度。②低應(yīng)力脆斷：?特征：σ＜σs時(shí)突然發(fā)生，無明顯宏觀塑性變形征兆，最危險(xiǎn)，如鑄鐵拉伸時(shí)的斷裂；低溫、大截面零件以及應(yīng)力集中，最易發(fā)生。?措施：提高材料韌性；減少各種加工缺陷；減少應(yīng)力集中及消除內(nèi)應(yīng)力等。③疲勞斷裂：?特征：脆斷，無明顯塑變；σ＜σs，多次循環(huán)造成，如齒輪的斷齒。量大面廣，多起源于表面缺口、刀痕等應(yīng)力集中處。?措施：選材；設(shè)計(jì)改進(jìn)（避免或減少應(yīng)力集中）；表面加工質(zhì)量；表面強(qiáng)化。④蠕變斷裂：過量蠕變變形后發(fā)生（高溫下，詳見第

4、11章）。?介質(zhì)加速斷裂：應(yīng)力腐蝕等（介質(zhì)+應(yīng)力的復(fù)合作用，詳見第12章）。⑶表面損傷失效（surfacedamagefailure）①磨損失效?特征：摩擦作用的結(jié)果之一；輕微磨損允許、過量磨損會(huì)失效，例摩擦副、工模具、工程機(jī)械，量大面廣。?措施：用耐磨材料；表面強(qiáng)化、表面改性處理；潤滑條件。②接觸疲勞失效?特征：接觸零件之間周期性壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力反復(fù)作用的結(jié)果，例齒輪齒面剝落、軸承表面麻點(diǎn)。?措施：提高表面質(zhì)量、表面強(qiáng)化。③腐蝕失效：量大面廣；選抗蝕材料、表面防護(hù)等（見第12章）。6.1.3失效的原因（自學(xué)）總體上共四方面：設(shè)計(jì)選材與熱處理加工缺陷裝配與使用6.2零件設(shè)計(jì)中的材料選擇

5、（materialselectionindesignofparts）6.2.1選材三原則（threecriteriaofmaterialselection）⑴使用性能原則與選材基本步驟?使用性能是選材的必要條件，是零件乃至機(jī)器完成其功能的基本保證。使用性能可由力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能表征。機(jī)械零件主要是力學(xué)性能。?幾種常見零件的力學(xué)性能要求：?選材基本步驟：表6-1圖6-2⑵工藝性原則（材料切削加工的影響因素）?材料的切削加工性的影響因素：材料類型、切削方法、切削速度、刀具與機(jī)床情況等。?材料硬度與其切削加工性的關(guān)系：鋼鐵材料的合適硬度范圍160～230HB，組織尚有影響，如球化組

6、織的切削加工性優(yōu)于片層狀組織。?措施與綜合結(jié)果：①低、中碳鋼，鐵素體太軟且數(shù)量多；用正火增加珠光體量，HB↑，切削性↑。②高碳鋼，片狀珠光體，易磨損刀具；用球化退火成粒狀珠光體，切削性↑。③Al、Mg等有色金屬、石墨化鑄鐵，強(qiáng)度低且易切屑，切削加工性甚好。④大批量的強(qiáng)度要求不高的零件（如標(biāo)準(zhǔn)件），可采用易切削鋼。⑤一般鋼材淬、回火后磨削加工性較好，有色金屬（太軟）等不佳。⑶經(jīng)濟(jì)原則：要考慮多項(xiàng)成本。表6-2表6-3表6-46.2.2零件選材時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題?使用性能優(yōu)先；?設(shè)計(jì)指標(biāo)與保安全指標(biāo)；?注意材料狀態(tài)與手冊(cè)的對(duì)應(yīng)；?注意尺寸效應(yīng)；?注意數(shù)據(jù)的可靠性；?注意具體的供貨狀態(tài)；?注

7、意不同材料的成型加工方式的不同。6.3熱處理在零件加工工藝路線中的位置及熱處理方案的選擇兩方面問題：一是某種熱處理工藝與其它加工工序的相對(duì)次序（工藝流程或工藝路線）。二是如何根據(jù)目的、要求及所用材料正確選擇合適的熱處理工藝。6.3.1熱處理在工藝路線中的位置⑴熱處理在工藝路線中的位置的安排原則?最終熱處理（淬火、回火后硬度高）一般安排在半精加工與最終的精加工（磨削等）之間。?最終熱處理可以進(jìn)行多次（如多次回火等）。?表面淬火屬最終熱處理，常采用