機(jī)械工程材料課件Material

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1、第8章機(jī)械零件的失效與選材【重點(diǎn)內(nèi)容】1.選材的原則及方法；2.典型零件的選材及工藝路線(xiàn)制定；【本章難點(diǎn)】選材的原則及工藝過(guò)程的分析?！净疽蟆?.熟悉選材過(guò)程；2.正確分析各熱處理工序的作用；第8章機(jī)械零件的失效與選材第一節(jié)零件的失效分析第二節(jié)零件的選材8-1零件的失效分析一零件的失效：1、零件失效：零件由于某種原因（由于承受載荷、運(yùn)動(dòng)表面間的互相摩擦以及各種介質(zhì)的作用，喪失了預(yù)定的功能時(shí)，即它發(fā)生了失效。指：①零件完全破壞，不能繼續(xù)工作；②嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作不安全；③雖能安全工作，但不能滿(mǎn)意的起到預(yù)期作用。8-1零件的失效分析2、非正常失效（早期失效）：低于設(shè)計(jì)預(yù)期壽命

2、時(shí)發(fā)生的失效，稱(chēng)為非正常失效。零件的失效，特別是那些事先沒(méi)有明顯征兆的失效，往往會(huì)帶來(lái)巨大的損失，甚至導(dǎo)致重大事故。3、正常失效：零件在達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)的預(yù)期壽命后發(fā)生的失效，稱(chēng)為正常失效。因此，對(duì)零件的失效進(jìn)行分析，找出實(shí)效的原因，并提出防止或推遲失效的措施，具有重要的意義。零件失效分析的結(jié)果，對(duì)零件的合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工工藝及正確使用延長(zhǎng)使用壽命是完全必要的。它為這些工作提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。防止機(jī)器非正常性故障，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。8-1零件的失效分析二零件失效的形式：根據(jù)零件損壞特點(diǎn)，所受載荷形式和外界條件等，可將失效分為變形、斷裂核表面損傷三大類(lèi)1、變形失效：零件在工作

3、過(guò)程中因受力或受溫度的作用而產(chǎn)生超過(guò)允許變形量的現(xiàn)象。①?gòu)椥宰冃问В菏侵敢驑?gòu)件和零件剛性不足，在受力過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)量的彈性變形或彈性失穩(wěn)，而導(dǎo)致的失效。②塑性變形失效：多發(fā)生在構(gòu)件和零件所承受的工作應(yīng)力超過(guò)材料的σs而產(chǎn)生過(guò)量變形失效。③蠕變失效：是指長(zhǎng)期受固定載荷的零件，在高溫下蠕變量超過(guò)規(guī)定范圍，使之處于不安全狀態(tài)而導(dǎo)致的失效。當(dāng)溫度超過(guò)材料的在結(jié)晶溫度時(shí)，蠕變變形十分明顯。材料發(fā)生蠕變是由于回復(fù)和再結(jié)晶，位錯(cuò)密度降低，碳化物的球化或石墨化，第二相析出或聚集等原因所引起。所以通過(guò)合金化，熱處理等途徑，增加金屬的變形硬化能力，提高其回復(fù)和再結(jié)晶溫度，可以提高材料的抗蠕變能力

4、。2、斷裂失效：零件在工作中，當(dāng)作用應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，材料的截面相鄰兩部分發(fā)生完全分離的現(xiàn)象，稱(chēng)為斷裂。斷裂是零件最危險(xiǎn)的失效形式。它往往是多種因素綜合作用，引起材料內(nèi)部發(fā)生一系列復(fù)雜過(guò)程的最后結(jié)果。斷裂的形式因載荷特性、材料性能，外界溫度和環(huán)境介質(zhì)等的不同而異。①塑性斷裂失效：（韌性斷裂)是屈服強(qiáng)度的結(jié)果，受靜載零件產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形，直至斷裂，斷口形貌呈暗灰色，纖維狀，斷面收縮率大，斷口呈杯狀或45度斜斷。②低應(yīng)力脆斷失效：脆性斷裂時(shí)無(wú)明顯塑性變形，常在低應(yīng)力下能發(fā)生；在靜載、沖擊載荷時(shí)可發(fā)生；光滑、缺口構(gòu)件也可以發(fā)生。但最多的是有尖銳缺口或裂紋的構(gòu)件，在低溫或受沖擊載荷

5、時(shí)發(fā)生的低應(yīng)力斷裂。斷口形貌較平齊，呈光亮結(jié)晶狀。③　疲勞斷裂失效：零件承受交變應(yīng)力作用時(shí)，在比靜載屈服應(yīng)力低的多的應(yīng)力下發(fā)生突然斷裂，斷裂前沒(méi)有明顯征兆。④　蠕變斷裂失效：受長(zhǎng)期固定載荷的零件，特別是在高溫下工作的，蠕變量超過(guò)規(guī)定范圍，因而處于不安全狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)可能與其它零件相撞，造成斷裂。⑤　介質(zhì)加速斷裂失效：零件在某些環(huán)境中受載時(shí)，由于應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的作用下，引起斷裂。稱(chēng)為介質(zhì)加速斷裂失效（應(yīng)力腐蝕失效）。8-1零件的失效分析3、表面損傷失效：零件在工作過(guò)程中，其表面由于受機(jī)械的或環(huán)境介質(zhì)的共同作用下，表面質(zhì)量或尺寸、形狀發(fā)生變化而導(dǎo)致的失效，統(tǒng)稱(chēng)為表面損傷。①磨損：②

6、表面疲勞失效：③腐蝕失效：①磨損：是零件最常見(jiàn)的失效形式之一。研究磨損規(guī)律，提高材料的耐磨性，對(duì)延長(zhǎng)零件使用壽命具有重要意義。磨損的原因和種類(lèi)很復(fù)雜，但按磨損機(jī)理，一般可分為磨粒磨損、氧化磨損、粘著磨損。a、磨粒磨損：b、氧化磨損：c、粘著磨損：磨擦副表面的硬的微觀凸起或硬質(zhì)磨粒，在外力作用下，嵌入軟的一方，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)材料被犁切而逐漸磨耗的過(guò)程叫磨粒磨損。磨粒磨損受工作溫度、環(huán)境介質(zhì)、應(yīng)力大小以及材料性能等因素的影響。一般的講，材料硬度愈高，耐磨性愈好；硬度相同時(shí)，B下組織的耐磨性比M回的高；鋼中高硬度的合金碳化物，可大大提高耐磨性；磨粒愈硬，磨損愈嚴(yán)重；機(jī)器的防塵和經(jīng)常擦

7、洗能大大減小磨粒磨損。材料由于外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生表面氧化，氧化膜在摩擦之中被剝落，于是新露出的表面又被氧化，氧化膜又被剝落，如此不斷重復(fù)所造成的磨損稱(chēng)為氧化磨損。形成的氧化膜愈脆弱，和基體的結(jié)合愈差，磨損也就愈嚴(yán)重。適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和對(duì)零件表面進(jìn)行發(fā)藍(lán)，硫氮共滲以及對(duì)有色金屬的氧化處理等，都可以有效的減少氧化磨損。零件無(wú)論經(jīng)過(guò)怎樣精細(xì)的加工，表面不可能絕對(duì)平滑，總是存在高低不平，表面愈粗糙，真正接觸面愈少，接觸壓力就愈大，在很大的接觸壓力下，接觸點(diǎn)的潤(rùn)滑劑被擠出，可能發(fā)生粘著，這樣，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中焊著的觸點(diǎn)，