第13章零部件的失效与选材

1、第第1313章章 零部件的失效与选材零部件的失效与选材13.1 13.1 零部件的失效零部件的失效 失效概念失效概念 失效形式失效形式 失效原因失效原因 失效分析失效分析13.1.1 13.1.1 失效概念失效概念13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式2.2.断裂失效断裂失效4.4.老化失效老化失效13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式1. 1.变形失效变形失效13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式2.2.断裂失效断裂失效1 1）韧性断裂失效）韧性断裂失效 断裂前零件发生了较大的塑性变形或吸收了较大的能断裂前零件发生了较大的塑性变形或吸收了较大的能量所致。量所致。 见见p21

2、2p212图图3-13-12 2）脆性断裂失效）脆性断裂失效 断裂前没有发生塑性变形或塑性变形很小的断裂。断裂前没有发生塑性变形或塑性变形很小的断裂。 疲劳断裂；疲劳断裂； 见图见图3-2 3-2 低应力脆性断裂；见图低应力脆性断裂；见图3-33-3、3-43-4 应力腐蚀断裂；应力腐蚀断裂； 应力疲劳断裂；应力疲劳断裂； 蠕变断裂。蠕变断裂。13.1.2 13.1.2 失效形式失效形式3.3.表面损伤失效表面损伤失效4.4.老化失效老化失效 主要指高分子材料在使用和贮存出现主要指高分子材料在使用和贮存出现变脆、变软、变黏的现象。变脆、变软、变黏的现象。 一般情况，一个零件的失效，往往是有一般

3、情况，一个零件的失效，往往是有一种形式起主导作用，还伴有其它形式一种形式起主导作用，还伴有其它形式的共同作用所致。的共同作用所致。13.1.3 13.1.3 失效原因失效原因1. 1.设计不合理设计不合理 设计时，在尺寸，结构，工作环境、载荷情况设计时，在尺寸，结构，工作环境、载荷情况考虑不周。考虑不周。 2.2.选材不当选材不当 所选的材料钢号、冶金质量所选的材料钢号、冶金质量。3.3.加工工艺不当加工工艺不当 毛坯加工、热处理、切削加工的工艺不当都会毛坯加工、热处理、切削加工的工艺不当都会成为失效的重要原因。成为失效的重要原因。4.4.装配使用不当装配使用不当13.1.4 13.1.4 失

4、效分析失效分析1. 1.一般程序一般程序2.2.失效分析实例失效分析实例魏氏组织：魏氏组织： 在亚共析钢或过共析钢中，由高温以较快的速度冷却时，在亚共析钢或过共析钢中，由高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下可以观察到从奥面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下可以观察到从奥氏体晶界上生长出来的铁素体或渗碳体近似平行，呈羽毛状或氏体晶界上生长出来的铁素体或渗碳体近似平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着珠光体的组织。这种组织称为魏氏组织。三角形，其间存在着珠光体的组

5、织。这种组织称为魏氏组织。 实际生产中遇到的魏氏组织大多是铁素体魏氏组织实际生产中遇到的魏氏组织大多是铁素体魏氏组织. .魏氏组魏氏组织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现，因此，使钢的力学性能尤织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现，因此，使钢的力学性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性转折温度升高。魏其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性转折温度升高。魏氏组织容易出现在过热钢中，因此，奥氏体晶粒越粗大，越容氏组织容易出现在过热钢中，因此，奥氏体晶粒越粗大，越容易出现魏氏组织。钢由高温较快地冷却下来往往容易出现魏氏易出现魏氏组织。钢由高温较快地冷却下来往往容易出现魏氏组织，慢冷则不易出现。组织，慢冷则

6、不易出现。 钢中的魏氏组织一般可通过细化晶粒的正火、退火以钢中的魏氏组织一般可通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方法加以消除，程度严重的可采用二次正火方法及锻造等方法加以消除，程度严重的可采用二次正火方法加以消除。加以消除。13.2 13.2 零部件的选材零部件的选材13.213.2零部件的选材零部件的选材13.2.1 13.2.1 选材的基本原则选材的基本原则一、使用性能原则一、使用性能原则根据使用性能选材步骤如下：根据使用性能选材步骤如下：工作条件工作条件失效原因失效原因性能性能 指标的要求指标的要求预选预选二、工艺性能原则二、工艺性能原则各种材料的工艺性能如下：各种材料的工艺性能如下：1

7、. 1.金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能2.2.高分子材料的工艺性能高分子材料的工艺性能3.3.陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料的加工工艺路线：陶瓷材料的加工工艺路线：备料备料成形加工（配料、压制、烧结）成形加工（配料、压制、烧结）磨（抛光）加工磨（抛光）加工装配。装配。 主要工艺是成形加工，按零部件的形主要工艺是成形加工，按零部件的形状、尺寸精度、性能要求的不同，采用不状、尺寸精度、性能要求的不同，采用不同的成形方法（粉浆、热压、挤压、可塑同的成形方法（粉浆、热压、挤压、可塑等）。等）。三、经济性原则三、经济性原则式中： 代表选材对零件总成本的影响； 代表选材对零件寿命的影响

8、； 代表寿命变化引起总成本的变化； 代表单纯材料价格引起零件总成本的变化等。mTdmdaaTdmdppTdmdwwTdmdrrTdmdllTdmdT,T设：零件的总成本，材料的价格m，零件的自重w，零件的寿命 l，零件的加工费用 p，试验研究费 r。维修费 admdTdmdllTmT有：经济性分析方程：有：经济性分析方程：13.3.2 13.3.2 选材的一般方法选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。材料的选择是一个比较复杂的决策问题。 它需要设计者熟悉零件的工作条件和它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的过程材料的理论失效形式，掌握有关的过程材料的理论及有关知识、机

9、械加工工艺知识以及较及有关知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验，通过具体分析、丰富的生产实际经验，通过具体分析、试验对比，最后确定合理的选材方案。试验对比，最后确定合理的选材方案。 选材一般可分为以下几个步骤：选材一般可分为以下几个步骤：13.3.3 13.3.3 典型零部件选材及工艺分析典型零部件选材及工艺分析1.1.齿轮类零件的选材齿轮类零件的选材2 2）齿轮的主要失效形式）齿轮的主要失效形式3 3）主要性能要求）主要性能要求4 4）典型齿轮的选材）典型齿轮的选材机床齿轮 齿轮用材大多数是钢材（锻钢或铸钢），有齿轮用材大多数是钢材（锻钢或铸钢），有些低速轻载齿轮可用铸铁，特殊情况下，还可采些低速轻载齿轮可用铸铁，特殊情况下，还可采用有色金属及工程塑料。见表用有色金属及工程塑料。见表13-213-2。 机床齿轮大多为中等转速，中等载荷，运动机床齿轮大多为中等转速，中等载荷，运动平稳，无强烈冲击且环境条件较好的情况。因此平稳，无强烈冲击且环境