工程材料 第十四章 工程材料的選擇與應(yīng)用

第十四章工程材料的選用與開展§14.1失效分析一、失效零件在使用過程中，因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計功能，使其低效工作或無法工作或提前退役的現(xiàn)象。二、失效形式粘著磨損磨痕粘著磨損示意圖§14.1失效分析磨粒磨損磨痕磨粒磨損示意圖§14.1失效分析三、失效原因§14.1失效分析四、失效分析的根本步驟與方法〔一〕調(diào)查取證〔二〕整理分析〔三〕斷口分析〔四〕成分組織性能的分析與測試〔五〕綜合分析得出結(jié)論§14.1失效分析§14.2選材原那么一、使用性能選材原那么〔一〕使用性能原那么§14.2選材原那么一、使用性能選材原那么§14.2選材原那么〔二〕按使用性能選材的具體方法與步驟1.分析零件的工作條件，確定其使用性能；2.進行失效分析，確定主要使用性能；3.將零件的使用性能要求轉(zhuǎn)化為對材料性能指標和具體要求數(shù)值的要求。表14-4幾種典型零件的工作條件、失效形式和主要力學性能§14.2選材原那么一、使用性能選材原那么一、使用性能選材原那么〔三〕按力學性能指標選材需注意的問題材料性能與零件的關(guān)系①材料的尺寸效應(yīng)；②零件的結(jié)構(gòu)形狀對性能的影響；③零件的加工工藝對性能的影響。2.力學性能指標在選材中的應(yīng)用意義3.材料強度與塑性、韌性的合理配合4.注意提高零件的結(jié)構(gòu)效率§14.2選材原那么§14.2選材原那么一、使用性能選材原那么二、工藝性能選材原那么〔一〕金屬材料的工藝性能1.鑄造性能2.壓力加工性能3.焊接性能4.熱處理工藝性能5.機械加工性能〔二〕高分子材料的工藝性能〔三〕陶瓷材料的工藝性能§14.2選材原那么三、經(jīng)濟性能選材原那么〔一〕產(chǎn)品的價值分析〔二〕產(chǎn)品的總本錢分析〔三〕材料本錢分析§14.2選材原那么§14.2選材原那么§14.2選材原那么§14.2選材原那么§14.2選材原那么§14.2選材原那么§14.2選材原那么§14.2選材原那么由表可知：對飛機機身而言，聚氨酯發(fā)泡塑料芯材的本錢雖低，但卻無法滿足機身夾層結(jié)構(gòu)的功能要求(主要是力學性能)，此時應(yīng)選本錢雖高、而功能更好的鋁蜂窩芯材；冰箱殼體的價值選材結(jié)果與之正好相反。高速列車、城市軌道客車的車門夾層結(jié)構(gòu)，其芯材選鋁蜂窩和硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料均可，而后者更佳?！?4.3典型零件選材與工藝分析一、工程材料的應(yīng)用概況與評價二、齒輪類零件選材三、軸類零件選材四、刀具選材五、冷作模具選材二、齒輪類零件選材〔一〕齒輪的工作條件、主要失效形式及性能要求1.工作條件齒根部承受圈套的交變彎曲應(yīng)力；齒面嚙合并發(fā)生相對滑動，承受較大的交變接觸應(yīng)力及強烈的摩擦；因啟動、抵擋或嚙合不良，齒輪要承受一定的沖擊力；有時還有其它特殊條件要求，如耐高、低溫要求，耐蝕要求，抗磁性能要求?！?4.3典型零件選材與工藝分析2.

主要失效形式

斷裂、齒面損傷、齒面腐蝕等。3.主要性能要求〔1〕齒輪材料應(yīng)有高的彎曲極限，以防止輪齒的疲勞斷裂。〔2〕齒輪材料應(yīng)有足夠高的齒面接觸疲勞極限和高的硬度、耐磨性，以防止齒面損傷。〔3〕齒輪材料應(yīng)在足夠的強韌性，以防沖出過載斷裂。二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析齒輪輪齒的脆性斷裂〔二〕常用齒輪材料二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析

1.金屬材料

2.非金屬材料〔二〕常用齒輪材料二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材〔2〕鑄鋼如ZG270-500、ZG310-570、ZG40Cr等，由于力學性能比鍛鋼差，使用較少，適用于制造對性能要求不高、低速、尺寸較大、形狀復雜的齒輪。〔3〕鑄鐵灰鑄鐵具有優(yōu)良的減摩性、減振性，工藝性能好且本錢低，但強韌性欠佳，多用于制造一些低速、輕載、不受沖擊的非重要齒輪，如HT200、HT250、HT350等；球墨鑄鐵強韌性較好，可采用QT600-3、QT500–7代替局部鑄鋼齒輪?！?4.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材〔4〕有色金屬材料在儀器儀表及某些特殊條件下工作的輕載齒輪，在有耐蝕、無磁、防爆等特殊要求，可采用一些耐磨性較好的有色金屬材料制造，其中最主要的是銅合金，如H62、鋁青銅，如QSn、硅青銅，如QSi3-1等。〔5〕粉末冶金材料§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析機床變速箱齒輪二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析汽車后橋齒輪

二、齒輪類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析三、軸類零件選材〔一〕軸的工作條件主要失效形式與性能要求1.工作條件受交變的彎曲載荷、扭轉(zhuǎn)載荷或拉—壓載荷；軸與軸相對運動外表發(fā)生摩擦；因機器開—停、過載等，軸還要承受一定的沖擊載荷。2.主要失效形式斷裂、磨損、過量變形3.主要性能要求高的疲勞極限；優(yōu)良的綜合力學性能；局部承受摩擦的局部應(yīng)具有較高的硬度和耐磨性。§14.3典型零件選材與工藝分析〔二〕常用軸類零件的材料三、軸類零件選材1.鍛鋼鍛造成形的優(yōu)質(zhì)中碳或中碳合金調(diào)質(zhì)鋼是軸類材料的主體。35、40、45、50等碳鋼具有較高的綜合力學性能且價廉，應(yīng)用廣泛Q235、Q255、Q275等普通碳鋼用于受力不大或不重要的軸，可進一步降低本錢40Cr、40MnVB等合金調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學性能，適用于制造受力較大、尺寸較大、形狀復雜的重要軸?！?4.3典型零件選材與工藝分析三、軸類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析〔二〕常用軸類零件的材料三、軸類零件選材2.鑄鋼對形狀極復雜、尺寸較大的軸可采用鑄鋼來制造，如ZG230–450。3.鑄鐵因大多數(shù)軸很很少以沖擊過載而斷裂失效，故近幾十年來越來越多地采用球墨鑄鐵〔如QT700-2〕和高強度灰鑄鐵〔如HT350、KTZ550–06〕來代替鋼作軸的材料?！?4.3典型零件選材與工藝分析〔三〕典型軸選材實例三、軸類零件選材直結(jié)式高速主軸§14.3典型零件選材與工藝分析三、軸類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析C620車床主軸簡圖三、軸類零件選材軸類零件選材，應(yīng)注意以下幾點：〔1〕以剛度為主要要求的、輕載的非重要軸，為降低本錢，可選用碳鋼、鑄鐵、甚至普通質(zhì)量碳鋼?！?〕以耐磨性為主要要求的軸，可選碳含量較高的鋼〔如65Mn、9Mn2V〕或低碳鋼滲碳制造，對其中精度有極高要求的軸，那么應(yīng)選38CrMoAlA滲氮制造?！?〕主要受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸，其應(yīng)力分布具有外表較大、心部較小的特點，故無需選淬透性大的鋼種，一般為45、40Cr鋼即可；而對受拉—壓載荷的軸，特別是當其尺寸較大、形狀較復雜時，那么應(yīng)選用淬透性較高的鋼種，如40CrNiMo。〔4〕主要受明顯、強烈沖擊的軸，宜用低碳鋼滲碳制造?！?4.3典型零件選材與工藝分析三、軸類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析三、軸類零件選材§14.3典型零件選材與工藝分析四、刀具選材§14.3典型零件選材與工藝分析四、刀具選材§14.3典型零件選材與工藝分析

板銼是用于