工程材料—CH10-机械零件失效与选材 2012-3.ppt

第十章机械零件的故障和材料选择，机械零件的故障和分析机械工程材料的材料选择原理，第一，机械零件的故障和分析，每个机械零件传递特定的功能或指定的运动或力、力矩或能量。如果部件完全损坏，无法继续工作，则出现以下情况之一时，可以认为部件无效：零件严重损坏，无法保证工作安全。部件可以安全工作，但操作效率低下。如果元件失去预期的功能，则零件失败。(a)，零件失败的基本形式，零件失败的形式可概括为三种主要类型，具体取决于零件损坏的性质、负载的类型和外部条件：变形失败、破坏失败和曲面损坏失败。(b)，故障分析的主要方法，故障分析的目的是查明零件故障的根本原因，使用影响故障的诸多因素，宏观和微观研究手段进行系统分析。故障分析的主要方法，1，无损检测无损检测用无损检测方法检查材料冶金、加工、使用过程中出现的缺陷和裂纹，确认其状态和分布。2，观察成矿分析、形态、厚度、数量、分布和均匀性等分析零件(尤其是失败源周围)的微结构构成，分析各种组织缺陷和失败源周围组织的变化，判断组织是否正常。3，化学分析检查材料的全部或部分区域的元件是否符合设计要求。4，机械分析检查分析失败零件的应力分布、轴承容量和脆性断裂倾向等。5，断裂分析断裂分析是确定断裂本质和机制的综合宏观(肉眼，低倍率显微镜)和显微镜(高倍率显微镜，电子显微镜)观察分析。(a)T-定律(b)分支定律图形分析破坏顺序、中断分析、T-定律分支定律、脆性破坏、巨集：根据人字线的方向和放射棱镜收敛方向确定裂纹区域。(a)(b)图表失败源分析，宏：确定，平坦、明亮、闪亮的小镶嵌面。没有明显的变形。显微镜：平面分解阶段和河流图案。(a)宏观形式(b)微观分解模式脆性晶体破坏的宏观和微观形式，脆性破坏，脆性破坏也可能沿着晶界发生。(a)回火脆性断裂(b)应力腐蚀破坏图脆性晶体断裂，韧性断裂宏：纤维，深色，明显的塑性变形；微：不同大小的固件。(a)纤维韧性宏观断裂，(b)微观典型燕窝形态韧性断裂的宏观和微观形态，疲劳断裂，(a)疲劳断裂宏观形态，(b)疲劳断裂图，(c)疲劳条纹的显微图像疲劳断裂，疲劳圆，疲劳裂纹生长区，“贝模式，(a)(b)齿轮齿的疲劳破坏(宏)，齿轮的故障运动，2，机车和车辆轮轴的故障轮轴在工作时承受旋转弯曲和扭转载荷，轮轴材料通常具有良好的延展性，其形状非常对称，因此轮轴是疲劳破坏的整个过程(疲劳裂纹形成、裂纹扩展、最终瞬间破坏)，疲劳源，车轴疲劳破坏故障分析如下：3，铁路钢轨故障，钢轨损坏的主要形式，(a)(b)(c)图8-12钢轨头部磨损，压力制动和剥离，(a)钢轨头部侧面磨损，(b)钢轨头部胎面，导轨使用初期纵向分割等主要与钢轨的内部和表面质量有关，如非金属夹杂物、白点、分离、剩余收缩、皮瓣、折叠等引起的核损伤。(图a)表面损坏(表面剥离、压力制动、擦伤、机械碰撞等)、导轨结构引起的局部高应力可能导致疲劳裂纹或破裂。严重的钢轨磨损、压力制动等主要与钢轨的强度和载荷有关。(图b) (a) (b)(图8-13轨道的交变接触应力下发生的核损坏(接触疲劳损坏)(a)由夹杂物造成的核损坏破坏(白核)(b)由表面剥落引起的核损坏破坏，2，工程材料选择，1现有产品的改进和更换；零件过早故障或发生致命事故后，必须更换材料。2 .材料选择的基本过程，传统设计理念将材料选择包含在设计过程的后半部分：1。在以前的大部分设计中，创新部分几乎是；2.设计的理论基础很小，设计中有很多未知因素。之前的经验设计和材料选择。是过度的安全系数，倾向于依赖手册以抽象性能看资料，倾向于选择“万能材料”。随着设计理论的完成和设计过程的计算机化，现代设计越来越接近故障极限，材料选择的困难也越来越大。降低安全系数，3，材料选择原则，(2)工艺性能原则，(3)经济原则3354，(4)环境和资源原则，基本原则，零件工作条件分析失败分析转换为实验机械性能指标(例如强度、韧性、塑料、硬度等)的使用根据工作应力、寿命或安全性确定性能指标的特定数值，但在使用特定性能指标时要注意一些问题。材料的性能指标具有可直接用于设计计算的物理意义。例如，屈服强度等不能直接应用于设计计算的冲击韧性和塑料指标在复杂条件下工作的零件。应使用特殊实验室性能指标作为材料选择标准。材料的性能不能与手册中明确的数值之一，(2)工艺性能原则相同，设计材料选择只能影响整个生产工艺的技术要求，因此材料选择在一定程度上“决定”了制造方法。如果发现无法经济地以所需的形式加工选定的材料，则已经选定的材料将变得没有意义。机械制造使用适当的工艺方法改变材料的形状和特性，获得合适的零件，合理组装的过程。金属材料的工艺特性、金属零件的加工工艺路线、高分子材料的工艺特性、高分子材料的加工工艺路线、陶瓷材料的工艺特性、陶瓷材料的加工工艺路线、产品成本分析、基本材料成本：在许多工业产品中，材料的价格约为产品价格的30%到70%(1)提取和制造成本(2)毫无疑问，提高材料的利用率，减少制造过程的材料消耗是更实用的选择。目前在机械制造业中，我国钢铁利用率平均为65%，而美国则达到80%。我国材料成本在机械产品成本中所占的比重一般高于国外同类产品的比例。因此，采用较少的非芯片工艺，大幅降低材料消费成