第六章-机械零件的失效分析与选材课件.ppt

1、零零件的失效分析件的失效分析1.定义定义:零件不能正常和安全的工作零件不能正常和安全的工作,即零件失效。即零件失效。2.原因原因结构或形状设计不合理。结构或形状设计不合理。材料的选择不合理。材料的选择不合理。加工工艺不合理。加工工艺不合理。安装与使用不合理。安装与使用不合理。第第6章章 机械零件的失效分析与材料的选用机械零件的失效分析与材料的选用零件失效形零件失效形式式过量变形失效过量变形失效过量弹性变形过量弹性变形过量塑性变形过量塑性变形断裂失效断裂失效韧性断裂韧性断裂应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂蠕变断裂蠕变断裂疲劳断裂疲劳断裂低应力断裂低应力断裂脆性断裂脆性断裂表面损伤失效表面损伤失效磨损磨损

2、接触疲劳接触疲劳腐蚀腐蚀 选材的一般选材的一般原则：原则：选材时，不仅要保证零件在工作时有良好的选材时，不仅要保证零件在工作时有良好的功能，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的功能，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的工艺性和经济性，以便提高伸长率，降低成本。工艺性和经济性，以便提高伸长率，降低成本。一、材料的使用性能一、材料的使用性能 在设计零件进行选材时，必须根据零件在整在设计零件进行选材时，必须根据零件在整机中的作用，零件的形状、大小以及工作环境，机中的作用，零件的形状、大小以及工作环境，找出零件材料应具备的主要找出零件材料应具备的主要力学性能指标力学性能指标。此外，还要注意一下几点：此

3、外，还要注意一下几点：1.手册上提供的材料的力学性能数据，是以该材料制手册上提供的材料的力学性能数据，是以该材料制成的标准试样进行力学性能实验测得的，但与零件成的标准试样进行力学性能实验测得的，但与零件实际工作条件有差别，因此严格来说，手册上的数实际工作条件有差别，因此严格来说，手册上的数据不能确切反映零件承受载荷的实际能力。据不能确切反映零件承受载荷的实际能力。2.金属材料的强度对金属的组织很敏感，也就是说，金属材料的强度对金属的组织很敏感，也就是说，材料的成分或牌号决定后，其性能还决定于其组织。材料的成分或牌号决定后，其性能还决定于其组织。所以设计选材时，还必须明确材料的组织，确定热所以设

4、计选材时，还必须明确材料的组织，确定热处理工艺。处理工艺。二、材料的工艺性二、材料的工艺性 零件都是由不同的工程材料经过一定的加工零件都是由不同的工程材料经过一定的加工制造而成，因此材料的工艺性能，制造而成，因此材料的工艺性能，即加工成零件的即加工成零件的难易程度，难易程度，显然应是选材必须考虑的重要问题。显然应是选材必须考虑的重要问题。在选材中，同使用性能比较，工艺性能处于在选材中，同使用性能比较，工艺性能处于次要地位。但在某些情况下，如大量生产，这时的次要地位。但在某些情况下，如大量生产，这时的工艺性能就可能成为选材考虑的主要依据。工艺性能就可能成为选材考虑的主要依据。金属材料的加工比较复

5、杂，常用的加工方法金属材料的加工比较复杂，常用的加工方法有铸造、压力加工、焊接、切削加工及热处理。有铸造、压力加工、焊接、切削加工及热处理。1.从工艺性出发从工艺性出发 如果设计是铸件，最好选择共晶合金；如果设如果设计是铸件，最好选择共晶合金；如果设计的是锻件、冲压件，最好选择在加工时呈固溶体计的是锻件、冲压件，最好选择在加工时呈固溶体的合金；如果设计是焊接结构，则不应选用铸铁，的合金；如果设计是焊接结构，则不应选用铸铁，最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢；而铜合金和最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢；而铜合金和铝合金的焊接性能都不够好。铝合金的焊接性能都不够好。2.在机器制造中，绝大部分的机械零

6、件都要经在机器制造中，绝大部分的机械零件都要经过切削加工，因此材料的切削加工性能的好坏过切削加工，因此材料的切削加工性能的好坏对提高产品生产率，降低成本都具有重要意义。对提高产品生产率，降低成本都具有重要意义。为了便于切削，一般希望材料的硬度在为了便于切削，一般希望材料的硬度在170230HBS之间。之间。3.机械零件的最终使用性能，很大程度决定于机械零件的最终使用性能，很大程度决定于热处理。热处理。三、材料的经济性三、材料的经济性 在满足使用性能的前提下，选用零件材在满足使用性能的前提下，选用零件材料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的

7、价格、加工费及其其他一切所包括材料本身的价格、加工费及其其他一切所花的费用。有时甚至还要包括运费与安装费用。花的费用。有时甚至还要包括运费与安装费用。6.3 典型零件的选材及工艺分析典型零件的选材及工艺分析v机床齿轮机床齿轮v汽车汽车齿轮齿轮v机床主轴机床主轴v汽车半轴汽车半轴C616机床齿轮机床齿轮一一)工作条件工作条件:1.工作负荷不太大。工作负荷不太大。2.中速运转中速运转(610m/s)。二二)技术要求技术要求:1.齿面硬度齿面硬度HRC4550,金相组织为回金相组织为回 火索氏体。火索氏体。2.齿心部硬度齿心部硬度HRC2225,金相组织为金相组织为 回火马氏体。回火马氏体。三三)选

8、材选材:40、45钢。钢。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 高频淬火高频淬火及低温回火及低温回火 精磨精磨 JN 150型载重汽车变速箱齿轮型载重汽车变速箱齿轮一一)工作条件工作条件:1.工作负荷大。工作负荷大。2.高速运转高速运转(1015m/s以上以上)。3.受冲击频繁受冲击频繁,磨损较严重。磨损较严重。二二)技术要求技术要求:1.齿面硬度齿面硬度HRC5862,金相组织为回金相组织为回 火马氏体火马氏体+合金碳化物合金碳化物+残余奥氏体。残余奥氏体。2.齿心部硬度齿心部硬度HRC3545,金相组织为金

9、相组织为 回火马氏体回火马氏体(低碳低碳)+铁素体铁素体+细珠光体。细珠光体。三三)选材选材:20 CrMnTi 钢。钢。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 机械加工机械加工 渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火 喷丸喷丸 磨齿磨齿 一一.C616 416车床主轴车床主轴一一)工作条件工作条件:1.该轴在滚动轴承中运转。该轴在滚动轴承中运转。2.承受中等负荷承受中等负荷,承受一定的冲击力。承受一定的冲击力。3.转速中等。转速中等。二二)技术要求技术要求:1.整体调质后硬度应为整体调质后硬度应为HB200230,金相组金相组 织为回火索氏体。织为回火索氏体。2.内锥孔和

10、外圆锥面处硬度为内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC4550,表面表面35mm内金相组织为回火屈氏体和内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。少量回火马氏体。3.花键部分硬度花键部分硬度HRC4850,金相组织同上。金相组织同上。三三)选材选材:45钢。钢。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 钻中心孔钻中心孔 精车加工精车加工 铣键槽铣键槽 局部淬火局部淬火(锥孔及外锥体锥孔及外锥体)粗磨粗磨 滚铣花键滚铣花键 花键淬火花键淬火 精磨精磨 YJ 130汽车半轴汽车半轴一一)工作条件工作条件:1.该轴在上坡或启动时该轴在上坡或启动时

11、,承受较大扭矩。承受较大扭矩。2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。3.承受反复弯曲疲劳应力。承受反复弯曲疲劳应力。二二)技术要求技术要求:1.杆部硬度杆部硬度HRC3744;盘部外圆硬度盘部外圆硬度HRC 2434;金相组织为回火索氏体和回火屈金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。氏体。2.弯曲度弯曲度:杆中部杆中部1.8mm;盘部跳动盘部跳动2.0mm。三三)选材选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。四四)加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 盘部钻孔盘部钻孔 磨花键磨花键