航空工程材料（第3版）課件 10構(gòu)件的選材、失效與金屬表面處理

第10章構(gòu)件的選材、失效與金屬表面處理正確合理地選用機(jī)械工程材料，是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的重要內(nèi)容，它不僅影響單個(gè)零件及整臺(tái)機(jī)器的制造質(zhì)量和使用性能，而且對(duì)生產(chǎn)周期和成本也有很大影響。選擇機(jī)械工程材料時(shí)，必須熟悉材料的性能及其改善方法，全面分析零件的工作條件、受力情況及其可能失效的形式等，才能滿足要求，能經(jīng)濟(jì)地制出優(yōu)質(zhì)零件。金屬表面處理是制造高質(zhì)量機(jī)械零件的重要工藝方法之一，主要包括表面強(qiáng)化、表面防護(hù)和表面裝飾等。通過(guò)金屬表面處理，不僅能提高零件的力學(xué)性能和使用壽命，也可以起到美化產(chǎn)品外觀的作用。10.1零件的失效機(jī)械零件都具有一定的設(shè)計(jì)使用壽命，在使用壽命期內(nèi)零件喪失其規(guī)定的功能，稱之為失效。零件的失效，特別是事先沒(méi)有明顯征兆的失效，常常帶來(lái)巨大的損失。所以選擇機(jī)械工程材料時(shí)必須考慮到零件可能發(fā)生的失效形式。1．?dāng)嗔咽?．表面損傷失效3．過(guò)量變形失效10.1.2失效的原因零件失效的原因很多，一般要從設(shè)計(jì)、材料、加工工藝和安裝使用等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析。1．設(shè)計(jì)不合理2．選材不合理3、加工工藝不當(dāng)4、裝配及使用不當(dāng)10.2材料的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)材料質(zhì)量的檢驗(yàn)方法有破壞性檢驗(yàn)和非破壞性檢驗(yàn)兩種。破壞性檢驗(yàn)后破壞了被檢對(duì)象的使用性能，如力學(xué)性能檢測(cè)、化學(xué)成分取樣分析，金相分析、爆破試驗(yàn)等。非破壞性檢驗(yàn)，又稱無(wú)損檢測(cè)，它以不破壞被檢對(duì)象的使用性能為前提，應(yīng)用物理或化學(xué)的方法，檢驗(yàn)材料的完整性、連續(xù)性或其他性能。無(wú)損檢測(cè)不僅適用于對(duì)材料質(zhì)量的檢驗(yàn)，也用于對(duì)毛坯和零件質(zhì)量的檢驗(yàn)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種在常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。10.2.1射線探傷1．射線探傷設(shè)備1）X射線機(jī)2）γ射線機(jī)3）加速器2．射線探傷方法1）射線照相法2）射線熒光屏觀察法圖10-2γ射線1類容器工作示意圖圖10-3射線照相法示意圖1—X射線2—工件3—膠片4—底片黑度變化圖10-4射線熒光屏觀察法示意圖1—X射線管2—防護(hù)罩3—鉛遮光罩4—工件5—熒光屏6—觀察箱7—平面反射鏡8—鉛玻璃10.2.2超聲波探傷1．超聲波探傷設(shè)備2．超聲波探傷的工作原理10.2.3滲透探傷1）預(yù)處理2）滲透3）清洗4）用清洗劑清洗時(shí)，5）顯像6）檢驗(yàn)圖10-5直探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖1—保護(hù)膜2—壓電晶片3—吸收塊4—匹配電感圖10-6超聲波探傷工作原理示意圖10.2.4磁粉探傷1．磁粉探傷的工作原理2．磁粉探傷檢驗(yàn)程序1）預(yù)處理2）磁化3）噴撒磁粉或磁懸液圖10-7磁粉探傷工作原理示意圖4）磁痕觀察及評(píng)定5）后處理（包括退磁、清洗、干燥、防銹、結(jié)果記錄等）10.3選材的原則、方法和步驟選擇機(jī)械工程材料，不僅要考慮材料的性能是否滿足零件工作條件的要求，使零件達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，而且還要求材料具有較好的加工工藝性和經(jīng)濟(jì)性。只有滿足這三方面的要求時(shí)，所選擇的材料才為合格材料。10.3.1選材的基本原則選材的應(yīng)遵循的基本原則：首先，必須保證使用性能要求，然后再考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性。1．保證使用性能要求2．考慮工藝性能要求3．滿足經(jīng)濟(jì)性要求10.3.2選材的方法和步驟1．選材的方法（1）要求綜合性能的零件（2）要求疲勞強(qiáng)度為主的零件（3）要求耐磨性為主的零件2．選材的一般步驟（1）分析零件工作條件和失效形式，根據(jù)實(shí)際的使用情況和受力分析，確定零件所要具備的性能要求，主要是力學(xué)性能及工藝性能，必要時(shí)還須考慮物理性能和化學(xué)性能，確定最關(guān)鍵的性能指標(biāo)。（2）對(duì)已經(jīng)過(guò)實(shí)際使用的同類零件進(jìn)行調(diào)查研究，從使用性能、加工工藝性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合分析比較，以此為參考。（3）根據(jù)零件實(shí)際工作條件及相關(guān)資料，通過(guò)理論計(jì)算，必要時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)，確定應(yīng)該具有的力學(xué)性能或其他性能指標(biāo)。（4）初步選擇出具體的材料牌號(hào)，并確定其熱處理或其它強(qiáng)化方法。（5）審核所選的材料的經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮其成本（加工費(fèi)，運(yùn)輸費(fèi)、材料費(fèi)等）。（6）對(duì)于關(guān)鍵性零件，特別是一些安全可靠性要求很高的零件，正式投產(chǎn)前應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這些零件進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)或試驗(yàn)以后，充分證實(shí)這些零件達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)以后，才能逐步批量生產(chǎn)。10.4金屬材料的表面處理10.4.1表面強(qiáng)化處理1.金屬表面形變強(qiáng)化法2.金屬表面覆蓋層強(qiáng)化法3.金屬表面復(fù)合處理強(qiáng)化法10.4.2金屬的表面防腐處理1.金屬的腐蝕1)腐蝕現(xiàn)象２)腐蝕的分類化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕圖10-8

Cu-Zn原電池現(xiàn)象示意圖2.金屬腐蝕的防護(hù)方法1)正確選擇零件材料，合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)2)化學(xué)處理（1）發(fā)藍(lán)處理（2）磷化處理（3）蒸汽處理3)電化學(xué)處理4)覆蓋法（1）金屬覆蓋法(a)