工程设计、制造与材料选择.ppt

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1、7.1零件失效与失效类型(failureofparts&types)7.2零件设计中的材料选择(materialselectionindesignofparts)7.4变形开裂与热处理结构工艺性第7章工程设计、制造与材料选择（engineeringdesign、manufacture&materialselection）7.3热处理在零件加工工艺路线中的位置及热处理方案的选择退出7.1零件失效与失效类型(failureofparts&types)7.1.1失效概念•定义：机械零件或工程构件丧失规定

2、功能的现象。•失效含义：①零件破损，不能正常工作。②零件尚可安全工作，但不能满足原有功能要求。③零件不能安全工作。•失效的定量指标：额定寿命；某些指标的规定范围（如模具冲头磨损量）达不到定量指标，即发生早期失效。7.1.2失效的形式与对策⑴过量变形失效（excessivedeformationfailure）①过量弹性变形失效：•特征：Σe过大（Σe=σ/E）,带来一系后果（如镗杆的“让刀”）。•措施：提高零件刚度，具体办法为改变零件几何，加大尺寸及用E大的材料。②塑性变形失效：•特征：σ＞σs、

3、发生整体屈服。•措施：选高强度材料、采取强化工艺、加大截面尺寸或降低应力水平。图7-1③过量蠕变失效：•特征：T＞0.3Tm（尽管σ＜σs）时发生，时间累积过程。•措施：选用高强耐热钢及合适的热处理。⑵断裂失效（fracturefailure）①韧断：•特征：σ＞σb，先塑变后断裂；原因为强度不足。•措施：σ＜[σ]；提高材料强度。②低应力脆断：•特征：σ＜σs时突然发生，无明显宏观塑性变形征兆，最危险，如铸铁拉伸时的断裂；低温、大截面零件以及应力集中，最易发生。•措施：提高材料韧性；减少各种加工

4、缺陷；减少应力集中及消除内应力等。③疲劳断裂：•特征：脆断，无明显塑变；σ＜σs，多次循环造成，如齿轮的断齿。量大面广，多起源于表面缺口、刀痕等应力集中处。•措施：选材；设计改进（避免或减少应力集中）；表面加工质量；表面强化。④蠕变断裂：过量蠕变变形后发生（高温下，详见第11章）。•介质加速断裂：应力腐蚀等（介质+应力的复合作用，详见第12章）。⑶表面损伤失效（surfacedamagefailure）①磨损失效•特征：摩擦作用的结果之一；轻微磨损允许、过量磨损会失效，例摩擦副、工模具、工程机械，

5、量大面广。•措施：用耐磨材料；表面强化、表面改性处理；润滑条件。②接触疲劳失效•特征：接触零件之间周期性压应力或接触应力反复作用的结果，例齿轮齿面剥落、轴承表面麻点。•措施：提高表面质量、表面强化。③腐蚀失效：量大面广；选抗蚀材料、表面防护等（见第12章）。7.1.3失效的原因（自学）总体上共四方面：设计选材与热处理加工缺陷装配与使用7.2零件设计中的材料选择（materialselectionindesignofparts）7.2.1选材三原则（threecriteriaofmaterialse

6、lection）⑴使用性能原则与选材基本步骤•使用性能是选材的必要条件，是零件乃至机器完成其功能的基本保证。使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征。机械零件主要是力学性能。•几种常见零件的力学性能要求：•选材基本步骤：表7-1图7-2⑵工艺性原则（材料切削加工的影响因素）•材料的切削加工性的影响因素：材料类型、切削方法、切削速度、刀具与机床情况等。•材料硬度与其切削加工性的关系：钢铁材料的合适硬度范围160～230HB，组织尚有影响，如球化组织的切削加工性优于片层状组织。•措施与综合结果：①

7、低、中碳钢，铁素体太软且数量多；用正火增加珠光体量，HB↑，切削性↑。②高碳钢，片状珠光体，易磨损刀具；用球化退火成粒状珠光体，切削性↑。③Al、Mg等有色金属、石墨化铸铁，强度低且易切屑，切削加工性甚好。④大批量的强度要求不高的零件（如标准件），可采用易切削钢。⑤一般钢材淬、回火后磨削加工性较好，有色金属（太软）等不佳。⑶经济原则：要考虑多项成本。表7-2表7-3表7-47.2.2零件选材时应注意的几个问题•使用性能优先；•设计指标与保安全指标；•注意材料状态与手册的对应；•注意尺寸效应；•注意

8、数据的可靠性；•注意具体的供货状态；•注意不同材料的成型加工方式的不同。7.3热处理在零件加工工艺路线中的位置及热处理方案的选择两方面问题：一是某种热处理工艺与其它加工工序的相对次序（工艺流程或工艺路线）。二是如何根据目的、要求及所用材料正确选择合适的热处理工艺。7.3.1热处理在工艺路线中的位置⑴热处理在工艺路线中的位置的安排原则•最终热处理（淬火、回火后硬度高）一般安排在半精加工与最终的精加工（磨削等）之间。•最终热处理可以进行多次（如多次回火等）。•表面淬火属最终热处理，常采