汽车材料 教学课件 作者 黄武全 第四单元.ppt

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1、第四单元汽车零件的选材主编课题一　零件的失效分析一、失效的概念各种机械零件都具有一定的功能，零件由于某种原因丧失原设计所规定的功能称为零件失效。零件未达到预期寿命的失效称为早期失效。判定一个机械零件失效与否，主要从以下几个方面进行考虑：1)零件已被完全破坏，不能继续工作。2)零件受到严重损伤，已不能安全工作。3)零件虽然仍能安全工作，但不能完成规定的功能。二、常见的失效形式根据零件损坏的特点、所受载荷类型的不同，零件失效的类型可归纳为变形、断裂与表面损伤三种。一般机械零件的失效形式见表4-1。1.过

2、量变形失效过量变形失效指零件在使用过程中，整体或局部因外力作用而产生超过设计允许变形量的失效形式。它可以是弹性变形失效，也可以是塑性变形失效。另外还有因温度变化引起的蠕变变形失效等。(1)弹性变形失效　弹性变形失效常发生在长轴、杆件、薄壁板件或薄壁筒件上。弹性变形失效主要是由于材料的刚性不足，使零件在受力过程中产生过量弹性变形或弹性失稳而使零件失效。(2)塑性变形失效　塑性变形失效多发生在零件的实际工作应力超过其屈服强度时，产生了过量的塑性变形而引起的失效。(3)蠕变变形失效　蠕变变形失效是指在固定载

3、荷下，随着时间的延长，变形不断增加，最终导致变形过大引起的失效。通常陶瓷材料、金属材料的抗蠕变的能力较好，而高分子材料在室温下也会发生明显的蠕变。2.断裂失效断裂失效是零件最危险的失效形式，尤其是突然断裂，往往带来巨大的损失。所以，人们长期以来就非常重视对断裂的断口分析以及对断裂原因的研究。断裂失效包括韧性断裂失效、低应力脆性断裂失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失效和介质加速断裂失效等形式。(1)韧性断裂失效　韧性断裂失效是指材料在断裂前发生了明显的宏观塑性变形引起的失效。它是金属材料破坏的主要方式之一，

4、大多数发生在具有良好塑性的金属材料上。韧性断裂是一个缓慢的断裂过程，且比较容易被事先察觉。(2)低应力脆性断裂失效　低应力脆性断裂失效与材料的冲击韧度和断裂韧度有关。这种失效在低温、冲击载荷作用下或在有缺陷的部位以及产生应力集中的零件上尤其容易发生。材料中，陶瓷的冲击韧度非常低，高分子材料也不高，金属材料最优越。3.表面损伤失效表面损伤失效是指零件在工作时，由于相对的机械摩擦或受环境介质的腐蚀，或在两者的联合作用下发生的失效。这种失效在零件的表面产生损伤或尺寸变化，主要有磨损失效、腐蚀失效和表面疲劳失

5、效等。(1)磨损失效　磨损失效指相互接触的、具有相对运动的一对摩擦副零件，在接触表面不断发生损耗或产生塑性变形，是零件表面产生损伤或尺寸减小的失效形式。磨损是零件表面失效的重要原因之一，直接影响机器的使用寿命。(2)表面疲劳失效　表面疲劳失效是指两个接触面作滚动时，在交变接触应力的作用下，材料的表面因疲劳而产生材料损失，如麻点、剥落等现象。汽车的齿轮副、凸轮副、滚动轴承的滚动体与座圈都容易产生表面疲劳失效。要避免表面疲劳失效，就要对表面采用各种强化处理技术，如表面淬火、化学热处理及其他表面技术处理。(

6、3)腐蚀失效　腐蚀失效是材料受环境介质的化学或电化学作用而产生的表面及其附近的损耗。课题二　零件选材的基本原则及方法一、使用性能原则零件的使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化学性能。满足使用性能是保证零件完成规定功能的必要条件。在大多数情况下，使用性能是选材首先要考虑的问题。由于工况不同，零件的工作条件是复杂的。从载荷性质来分，有静载荷、动载荷；从受力状态来分析，有拉、压、弯、扭应力，有交变应力；从工作温度来分，有低温、室温、高温、交变温度等；从环境介质来看，有加润滑剂的，有接

7、触酸、碱、盐、海水、粉尘等。此外，有时还要考虑物理性能方面的要求，如电导性、磁导性、热导性、热膨胀性、辐射等。二、工艺性能原则材料的工艺性能表示材料加工的难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能及热处理性能。在选材时，同使用性能相比较，材料的工艺性能一般处于次要地位，但在某些特殊情况下，工艺性能也可成为选材考虑的主要依据。如在大批量切削加工生产中，为保证材料的切削加工性，往往选用易切削钢。在金属材料选材时，若是采用铸造成形，最好选用共晶或接近共晶成分的合金；若是锻造成形，则最好选用呈固

8、溶体的合金；若是焊接成形，则最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢。三、经济性原则材料的经济性是选材的根本原则。采用便宜的材料，把总成本控制至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有竞争力，始终是零件设计的重要任务之一。材料的成本为直接成本，在产品的总成本中占有相当的分量。在以强度为主要指标进行选材时，常常根据强度和成本来比较材料。例如，在轿车零件选材时，要求质量轻、强度高，可根据材料的比强度(强度／密度)来比较候选材料。在满足使用要求的前提下，尽量选用成