1、工程材料及應(yīng)用工程材料及應(yīng)用多媒體教案ENGINEERING MATERIALS五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院第四章第四章第十二十二章 機(jī)械設(shè)計(jì)與選材 內(nèi)容提要： 介紹各種失效形式：畸變失效、斷裂失介紹各種失效形式：畸變失效、斷裂失效、磨損失效及腐蝕失效。效、磨損失效及腐蝕失效。 闡述機(jī)械零件選材原則。闡述機(jī)械零件選材原則。 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 了解各了解各種失效形式特點(diǎn)。掌握種失效形式特點(diǎn)。掌握機(jī)械零件選機(jī)械零件選材原則。材原則。一、機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)與制造工藝路線第一節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)與選材的關(guān)系第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械零件的失效及失效分析機(jī)械零件的失效及失效分析失效失效 零件由于某種原因，導(dǎo)致其尺寸、零件由于

2、某種原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀、或材料的組織與性能發(fā)生變化而形狀、或材料的組織與性能發(fā)生變化而不能完滿地完成指定的功能。不能完滿地完成指定的功能。失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故第二節(jié) 機(jī)械產(chǎn)品的失效問題一、機(jī)械產(chǎn)品的失效原因1、設(shè)計(jì)不當(dāng)2、制造不良3、用材失誤4、材質(zhì)不良5、裝配、使用不當(dāng)6、維護(hù)不力失效因素失效因素 一、設(shè)計(jì)不當(dāng) 為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須精心設(shè)計(jì)，精心為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須精心設(shè)計(jì)，精心施工。施工。 根據(jù)零件工作條件、可能發(fā)生的失效模式，根據(jù)零件工作條件、可能發(fā)生的失效模式，提出技術(shù)指標(biāo)，確定合適的材質(zhì)、尺寸、結(jié)構(gòu)，提出技術(shù)指標(biāo)，確定合適的材質(zhì)、尺寸、結(jié)構(gòu)，提出必要的技術(shù)文件。提

3、出必要的技術(shù)文件。 如設(shè)計(jì)有誤如設(shè)計(jì)有誤, , 則機(jī)械設(shè)備或零件將不能使則機(jī)械設(shè)備或零件將不能使用或過早失效。用或過早失效。 二、制造(工藝)因素 工藝缺陷是零件失效的重要因素。工藝缺陷是零件失效的重要因素。 零件在鑄造過程中產(chǎn)生的疏松、夾渣；零件在鑄造過程中產(chǎn)生的疏松、夾渣； 鍛造過程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋；鍛造過程中產(chǎn)生的夾層、冷熱裂紋； 焊接過程中未焊透、偏析、冷熱裂紋；焊接過程中未焊透、偏析、冷熱裂紋； 機(jī)加工過程的尺寸公差和表面粗糙度不機(jī)加工過程的尺寸公差和表面粗糙度不合適；合適； 熱處理產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、熱處理產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性；回火脆性； 精加工磨

4、削中的磨削裂紋等。精加工磨削中的磨削裂紋等。 四、材質(zhì)因素 選材不當(dāng)使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)選材不當(dāng)使零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致失效。致失效。 材質(zhì)內(nèi)部缺陷、毛坯加工材質(zhì)內(nèi)部缺陷、毛坯加工( (鑄鍛焊鑄鍛焊) )工工藝或冷熱加工藝或冷熱加工( (特別是熱處理特別是熱處理) )工藝過程產(chǎn)生工藝過程產(chǎn)生的材料內(nèi)部缺陷導(dǎo)致失效。的材料內(nèi)部缺陷導(dǎo)致失效。 三、安裝調(diào)試因素 安裝過程達(dá)不到要求的質(zhì)量指標(biāo)，導(dǎo)致零安裝過程達(dá)不到要求的質(zhì)量指標(biāo)，導(dǎo)致零件失效。件失效。 嚙合傳動(dòng)件嚙合傳動(dòng)件( (齒輪、桿、螺旋等齒輪、桿、螺旋等) )的間隙的間隙不合適不合適( (過松或過緊，接觸狀態(tài)未調(diào)整好過松或過緊，接觸狀態(tài)未

5、調(diào)整好) )； 連接零件必要的連接零件必要的“防松防松”不可靠；不可靠； 鉚焊結(jié)構(gòu)的必要探傷檢驗(yàn)不良；鉚焊結(jié)構(gòu)的必要探傷檢驗(yàn)不良； 潤(rùn)滑與密封裝置不良等；潤(rùn)滑與密封裝置不良等； 初步安裝調(diào)試后，未按規(guī)定進(jìn)行逐級(jí)加初步安裝調(diào)試后，未按規(guī)定進(jìn)行逐級(jí)加載跑合。載跑合。 五、運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素 不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)( (載荷、速載荷、速度等度等) )導(dǎo)致零件失效。導(dǎo)致零件失效。 忽視維修，未進(jìn)行定期大、中、小忽視維修，未進(jìn)行定期大、中、小檢修檢修 潤(rùn)滑條件未保證潤(rùn)滑條件未保證, , 潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法不合適法不合適老師提示老師提示 在影響失效的基本因素中，特在影響失效的基本因

6、素中，特別要強(qiáng)調(diào)人的因素，即注意人的素質(zhì)條件別要強(qiáng)調(diào)人的因素，即注意人的素質(zhì)條件的影響。的影響。 （一）、零件失效的基本形式（一）、零件失效的基本形式 零件的失效形式比較復(fù)雜，根據(jù)零件破壞的特點(diǎn)、所受載荷零件的失效形式比較復(fù)雜，根據(jù)零件破壞的特點(diǎn)、所受載荷的類型以及外在條件，零件的失效形式可歸納為變形失效、斷裂的類型以及外在條件，零件的失效形式可歸納為變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類型。失效和表面損傷失效三大類型。表面損傷失效表面損傷失效斷裂失效斷裂失效變形失效變形失效應(yīng)力腐蝕斷裂失效蠕變斷裂失效疲勞斷裂失效低應(yīng)力脆斷失效塑性斷裂失效塑性變形失效彈性變形失效磨損失效表面疲勞失效腐蝕失效零

7、件失效零件失效（一）變形（畸變）失效（一）變形（畸變）失效變形失效件體現(xiàn)為變形失效件體現(xiàn)為：不能承受規(guī)定載荷；不能起到規(guī)定作用；不能承受規(guī)定載荷；不能起到規(guī)定作用； 與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾。與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾。變形變形是指在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能的變形。可以是塑性的或彈塑性的是指在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能的變形。可以是塑性的或彈塑性的變形基本類型變形基本類型：尺寸改變或體積改變（長(zhǎng)大或縮?。┖托螤罡淖儯ㄈ鐝澢吐N曲）。尺寸改變或體積改變（長(zhǎng)大或縮?。┖托螤罡淖儯ㄈ鐝澢吐N曲）。（一）、零件失效的基本形式（一）、零件失效的基本形式金屬變形概述彈性變形塑性變形斷裂彈性變形塑性變形

8、斷裂彈性變形彈性變形：變形可逆；變形可逆；應(yīng)力應(yīng)變呈應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系。線性關(guān)系。塑性變形塑性變形：變形不可逆。變形不可逆。1. 1. 彈性變形失效彈性變形失效彈性變形的變形量是在彈性范圍內(nèi)變化彈性變形的變形量是在彈性范圍內(nèi)變化, , 是剛度問題。是剛度問題。桿、柱類、軸類零件、靠摩擦力傳動(dòng)的零件等彈性變形會(huì)帶桿、柱類、軸類零件、靠摩擦力傳動(dòng)的零件等彈性變形會(huì)帶來失效的問題。來失效的問題。影響彈性變形主要因素：影響彈性變形主要因素：零件形狀、尺寸，材料的彈性摸量，零件形狀、尺寸，材料的彈性摸量，零件工作零件工作 溫度和載荷的大小。溫度和載荷的大小。2. 2. 塑性變形失效塑性變形失效塑性變形塑

9、性變形是外加應(yīng)力超過零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯是外加應(yīng)力超過零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形的塑性變形。 塑性變形影響因素塑性變形影響因素: : 除彈性變形中所論影響因素外除彈性變形中所論影響因素外, , 還有材料缺還有材料缺陷、使用不當(dāng)、設(shè)計(jì)有誤等，其中特別是熱處理不良更為突出陷、使用不當(dāng)、設(shè)計(jì)有誤等，其中特別是熱處理不良更為突出。翹曲變形失效翹曲變形失效 翹曲變形翹曲變形是一種與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而最終形成了是一種與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而最終形成了 翹曲的外形而導(dǎo)致失效。翹曲的外形而導(dǎo)致失效。 防止彈性畸變的主要措施：防止彈性畸變的主要措施：增加零件截增加零件截面、采

10、用彈性模量高的材料，防止超載。面、采用彈性模量高的材料，防止超載。 防止零件塑性畸變的措施：防止零件塑性畸變的措施：采用屈服強(qiáng)采用屈服強(qiáng)度高的材料，進(jìn)行合理的熱處理，防止超載。度高的材料，進(jìn)行合理的熱處理，防止超載。防止零件翹曲畸變的措施：防止零件翹曲畸變的措施：增加增加零件截面、零件截面、截面形狀設(shè)計(jì)合理。采用彈性模量高、屈服截面形狀設(shè)計(jì)合理。采用彈性模量高、屈服強(qiáng)度高的材料，防止超載。強(qiáng)度高的材料，防止超載。8.2.2 8.2.2 斷裂失效斷裂失效 斷裂失效斷裂失效 機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效。失效。 一、斷裂失效的分類 塑性斷裂塑性斷裂 脆性斷裂脆性斷裂 疲勞斷裂疲

11、勞斷裂 蠕變失效斷裂蠕變失效斷裂 對(duì)金屬對(duì)金屬材料的室溫拉伸或材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀察，可沖擊試樣的斷口宏觀觀察，可以看到斷口分為：以看到斷口分為： F - 纖維狀區(qū)纖維狀區(qū) R R - - 放射狀區(qū)放射狀區(qū) S S - - 剪切唇區(qū)剪切唇區(qū) 斷口斷口 斷斷口分析是斷裂失效分析的關(guān)鍵?？诜治鍪菙嗔咽Х治龅年P(guān)鍵。 二、二、斷口的分析方法斷口的分析方法 三、斷裂形式 1. 1. 韌（塑）性斷裂韌（塑）性斷裂 斷裂前有明顯的塑性變形。斷裂前有明顯的塑性變形。 (1) (1) 宏觀特征宏觀特征 宏觀變形方式為頸縮，典型斷口為杯錐宏觀變形方式為頸縮，典型斷口為杯錐狀斷口，底部成纖維狀剪切

12、斷口，其平面和狀斷口，底部成纖維狀剪切斷口，其平面和拉伸軸大致成拉伸軸大致成4545 角。角。 韌性（韌性（塑性）斷裂實(shí)物塑性）斷裂實(shí)物 (2) (2) 微觀特征微觀特征 韌窩是金屬韌性斷裂的微觀主要特征，韌窩是金屬韌性斷裂的微觀主要特征，是塑性變形產(chǎn)生的顯微空洞生成、長(zhǎng)大、聚是塑性變形產(chǎn)生的顯微空洞生成、長(zhǎng)大、聚集、相互連結(jié)導(dǎo)致斷裂留下的痕跡。集、相互連結(jié)導(dǎo)致斷裂留下的痕跡。韌性韌性斷裂斷口（韌窩）斷裂斷口（韌窩） 2. 2. 脆性斷裂脆性斷裂 斷裂前無塑性變形。斷裂前無塑性變形。 脆斷時(shí)承受的脆斷時(shí)承受的工作應(yīng)力較低工作應(yīng)力較低，通常不超過，通常不超過材料的屈服強(qiáng)度，甚至不超過常規(guī)的許用應(yīng)

13、力，材料的屈服強(qiáng)度，甚至不超過常規(guī)的許用應(yīng)力，所以又稱為所以又稱為低應(yīng)力脆斷低應(yīng)力脆斷。 脆性斷裂以零件內(nèi)部存在的宏觀裂紋脆性斷裂以零件內(nèi)部存在的宏觀裂紋( (如如肉眼可見的肉眼可見的0.1 mm0.1 mm1 mm)1 mm)作為源開始的。作為源開始的。 中、低強(qiáng)度鋼在中、低強(qiáng)度鋼在10 10 15 15 以下會(huì)由韌以下會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)（韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)（韌- -脆轉(zhuǎn)變）。脆轉(zhuǎn)變）。 脆性斷裂脆性斷裂 (1) (1) 宏觀特征宏觀特征 斷口一般與正應(yīng)力垂直，斷口表面平齊，斷口一般與正應(yīng)力垂直，斷口表面平齊，斷口邊緣沒有剪切斷口邊緣沒有剪切“唇口唇口”( (或很小或很小) )。

14、 脆性斷裂實(shí)物脆性斷裂實(shí)物 (2) (2) 微觀特征微觀特征 脆性斷裂的微觀判據(jù)是解理花樣和沿晶脆性斷裂的微觀判據(jù)是解理花樣和沿晶斷口形態(tài)。斷口形態(tài)。 脆性斷裂斷口脆性斷裂斷口( (解理花樣解理花樣) ) 沿晶斷口沿晶斷口( (冰糖花樣冰糖花樣) ) 解理斷裂解理斷裂 因原子間結(jié)合鍵的破壞而造因原子間結(jié)合鍵的破壞而造成的穿晶斷裂。成的穿晶斷裂。 斷裂速度快，一般鋼中的解理速度大約斷裂速度快，一般鋼中的解理速度大約是是1030 m/s1030 m/s，在低溫和三向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)更快；，在低溫和三向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)更快； 沿著特定的晶面沿著特定的晶面( (稱為解理面稱為解理面) )發(fā)生，這發(fā)生，這些晶面一般

15、是屬于低指數(shù)的。些晶面一般是屬于低指數(shù)的。 在不同高度的平行解理面之間產(chǎn)生解理在不同高度的平行解理面之間產(chǎn)生解理臺(tái)階。裂紋擴(kuò)展過程中，臺(tái)階相互匯合，形臺(tái)階。裂紋擴(kuò)展過程中，臺(tái)階相互匯合，形成河流花樣，河流的流向與裂紋擴(kuò)展方向一成河流花樣，河流的流向與裂紋擴(kuò)展方向一致。致。 3. 3. 其它斷裂失效形式其它斷裂失效形式 (1) (1) 疲勞斷裂疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致發(fā)生斷裂，稱金屬的疲勞斷裂。生裂紋導(dǎo)致發(fā)生斷裂，稱金屬的疲勞斷裂。 疲勞斷裂

16、實(shí)物疲勞斷裂實(shí)物 疲勞斷裂顯微形貌疲勞斷裂顯微形貌 (2) (2) 蠕變斷裂蠕變斷裂 在高溫下鋼的強(qiáng)度較低，當(dāng)受一定應(yīng)力作在高溫下鋼的強(qiáng)度較低，當(dāng)受一定應(yīng)力作用時(shí)，變形量隨時(shí)間而逐漸增大的過程，這種用時(shí)，變形量隨時(shí)間而逐漸增大的過程，這種過程叫過程叫蠕變?nèi)渥?，產(chǎn)生的斷裂叫做，產(chǎn)生的斷裂叫做蠕變斷裂蠕變斷裂。蠕變斷裂蠕變斷裂 引起零件斷裂的因素多而復(fù)雜，對(duì)材料引起零件斷裂的因素多而復(fù)雜，對(duì)材料的性能需要綜合考慮。如屈服強(qiáng)度、塑性、的性能需要綜合考慮。如屈服強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度等。斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度等。 防止斷裂的措施：防止斷裂的措施： 采采用材質(zhì)好、強(qiáng)度高、韌性好的材料。用材質(zhì)好、強(qiáng)度

17、高、韌性好的材料。 防止超載。防止超載。 注意環(huán)境的影響。注意環(huán)境的影響?？蛙嚳蛙嚳諝鈮嚎s機(jī)皮帶輪斷裂失效分析空氣壓縮機(jī)皮帶輪斷裂失效分析 空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，皮帶輪輻條受彎矩、剪切力空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，皮帶輪輻條受彎矩、剪切力的聯(lián)合作用和強(qiáng)烈震動(dòng)，產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋擴(kuò)展，的聯(lián)合作用和強(qiáng)烈震動(dòng)，產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋擴(kuò)展，輻條斷裂。輻條斷裂。 皮帶輪斷裂過程皮帶輪斷裂過程 某大型客車空氣壓縮某大型客車空氣壓縮機(jī)皮帶輪破斷，空氣壓縮機(jī)皮帶輪破斷，空氣壓縮機(jī)停止工作。氣壓不足、機(jī)停止工作。氣壓不足、剎車失靈。造成重大交通剎車失靈。造成重大交通事故。事故。 汽汽車板簧斷裂失效分析車板簧斷裂失效分析 某貨車某

18、貨車板簧斷裂，發(fā)生板簧斷裂，發(fā)生交通事故。交通事故。 板簧表面存在嚴(yán)重的熱板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷加工缺陷- -折疊，造成表面裂折疊，造成表面裂紋。疲勞源在裂紋處形成。紋。疲勞源在裂紋處形成。 板簧斷裂位置處于應(yīng)力板簧斷裂位置處于應(yīng)力集中處。集中處。 裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，最后造成板簧疲勞斷裂。最后造成板簧疲勞斷裂。8.2.3 8.2.3 磨損失效磨損失效磨損磨損 相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變動(dòng)時(shí)金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。形，使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象?；?/p>

19、塞環(huán)與缸套之間的摩擦活塞環(huán)與缸套之間的摩擦 一、粘著磨損 兩兩個(gè)金屬表面的微凸部分在個(gè)金屬表面的微凸部分在高壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)，使材料從高壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕下一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕下作為磨料留在兩個(gè)表面之間，這作為磨料留在兩個(gè)表面之間，這一現(xiàn)象稱為粘著磨損。一現(xiàn)象稱為粘著磨損。 粘著磨損示意圖粘著磨損示意圖 粘著磨損磨痕粘著磨損磨痕 二、磨料磨損 配合表面之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，因外來配合表面之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，因外來硬顆?；虮砻嫖⑼惑w的作用造成表面損傷（被硬顆粒或表面微突體的作用造成表面損傷（被犁削形成溝漕）的磨損稱為磨粒犁削形成溝漕）的磨損稱為磨粒( (

20、料料) )磨損。磨損。磨粒磨損示意圖磨粒磨損示意圖 磨粒磨損磨痕磨粒磨損磨痕 三、犁削磨損 硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面，硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面，在較軟材料的表面形成在較軟材料的表面形成“犁溝犁溝”。 活塞環(huán)與缸套存在粘著磨損、犁削活塞環(huán)與缸套存在粘著磨損、犁削磨損（拉缸現(xiàn)象）、磨料磨損。磨損（拉缸現(xiàn)象）、磨料磨損。犁削磨損示意圖犁削磨損示意圖 犁削磨損磨痕犁削磨損磨痕 四、沖刷磨損 沖刷磨損是由于含固態(tài)粒子的流體沖刷磨損是由于含固態(tài)粒子的流體( (常常為液體為液體) )沖刷造成表面材料損失的磨損。沖刷造成表面材料損失的磨損。沖刷磨損示意圖沖刷磨損示意圖 五、表面疲勞磨損

21、 兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力作用下，使材料表面時(shí)，在交變接觸壓應(yīng)力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。損。 六、腐蝕磨損 腐蝕磨損是金屬在摩擦過程中，同時(shí)與腐蝕磨損是金屬在摩擦過程中，同時(shí)與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生表層周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生表層金屬的損失或遷移現(xiàn)象。金屬的損失或遷移現(xiàn)象。 老師提示老師提示 采用耐磨性高的材料，進(jìn)行合理采用耐磨性高的材料，進(jìn)行合理的表面強(qiáng)化處理，改變材料的組織結(jié)的表面強(qiáng)化處理，改變材料的組織結(jié)構(gòu)，適度提高硬度。構(gòu)，適度

22、提高硬度。 表面強(qiáng)化處理有利于降低磨料磨表面強(qiáng)化處理有利于降低磨料磨損、表面疲勞磨損、粘著磨損等的磨損、表面疲勞磨損、粘著磨損等的磨損率。提高材料的耐磨性。損率。提高材料的耐磨性。8.2.4 8.2.4 腐蝕失效腐蝕失效 腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種表面損耗。生的一種表面損耗。 它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電化學(xué)作用的結(jié)果。電化學(xué)作用的結(jié)果。 按腐蝕性質(zhì)分：按腐蝕性質(zhì)分：化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕按腐蝕部位分：按腐蝕部位分：均勻腐蝕均勻腐蝕 點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕 晶間腐蝕晶間腐蝕 一、均勻腐蝕 均勻腐蝕

23、均勻腐蝕 在整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)在整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕。生腐蝕。 被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學(xué)成被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕介質(zhì)均勻包圍金屬表分和顯微組織，腐蝕介質(zhì)均勻包圍金屬表面。面。 均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。產(chǎn)生。 鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕；鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕； 銅在土壤里的銹蝕。銅在土壤里的銹蝕。 二、點(diǎn)腐蝕 腐蝕集中于局部，腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，向深度擴(kuò)呈尖銳小孔，向深度擴(kuò)展成孔穴甚至穿透展成孔穴甚至穿透( (孔孔蝕蝕) )。 金屬表面受破壞處金屬表面受破壞處和未受破壞處形成和未受破壞處形成“局局部

24、電池部電池”，陽極處被腐，陽極處被腐蝕成小孔。蝕成小孔。點(diǎn)腐蝕示意圖點(diǎn)腐蝕示意圖 三、晶間腐蝕 腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁。腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁。 主要原因是晶界處化學(xué)成分不均勻。主要原因是晶界處化學(xué)成分不均勻。 晶間腐蝕示意圖晶間腐蝕示意圖 防止腐蝕的措施：防止腐蝕的措施：采用耐蝕性高的材料。采用耐蝕性高的材料。如不銹鋼、銅合金、鈦合金、高分子材料、如不銹鋼、銅合金、鈦合金、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等。進(jìn)行表面處理。陶瓷材料、復(fù)合材料等。進(jìn)行表面處理。 彈簧材料為碳素彈簧鋼。彈簧材料為碳素彈簧鋼。 長(zhǎng)期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，長(zhǎng)期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，受到嚴(yán)重腐

25、蝕，彈簧絲截面減小、變脆而破斷。受到嚴(yán)重腐蝕，彈簧絲截面減小、變脆而破斷?？蛙噧?chǔ)氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析客車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧腐蝕失效分析 某客車儲(chǔ)氣罐放水閥彈某客車儲(chǔ)氣罐放水閥彈簧簧破斷，閥芯失去密封作用，破斷，閥芯失去密封作用，氣體泄漏，氣壓降低，剎車氣體泄漏，氣壓降低，剎車失靈，造成嚴(yán)重事故。失靈，造成嚴(yán)重事故。8.3 8.3 機(jī)械零件選材原則機(jī)械零件選材原則三原則三原則 老師提示：老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容8.3.1 8.3.1 使用性能原則使用性能原則 一、機(jī)械零件正確選材的使用性能原則材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。 使用性能指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具

26、使用性能指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的有的機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能。機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能。 機(jī)器零件和工程構(gòu)件，主要是機(jī)械性能。機(jī)器零件和工程構(gòu)件，主要是機(jī)械性能。 對(duì)一些特殊條件下工作的零件，則必須根對(duì)一些特殊條件下工作的零件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理、化學(xué)性能。據(jù)要求考慮到材料的物理、化學(xué)性能。 二、零件使用時(shí)的工作條件 （1 1）受力狀況）受力狀況 主要是載荷的類型主要是載荷的類型( (例如動(dòng)載、靜載、循例如動(dòng)載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等環(huán)載荷或單調(diào)載荷等) )和大?。惠d荷的形式；和大?。惠d荷的形式；載荷的特點(diǎn)等。載荷的特點(diǎn)等。 （2 2）環(huán)境狀況）環(huán)境狀況 溫度特

27、性、介質(zhì)情況等。溫度特性、介質(zhì)情況等。 （3 3）特殊要求）特殊要求 導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等。導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等。 三、零件根據(jù)使用性能選材的步驟 對(duì)零件工作條件和失效形式全面分析，對(duì)零件工作條件和失效形式全面分析，確定零件對(duì)使用性能的要求；確定零件對(duì)使用性能的要求； 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸及工作中根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載荷，計(jì)算出零件中的應(yīng)力分布；所承受的載荷，計(jì)算出零件中的應(yīng)力分布； 由工作應(yīng)力、使用壽命、安全性等，由工作應(yīng)力、使用壽命、安全性等，確定要求性能的具體數(shù)值；確定要求性能的具體數(shù)值； 利用材料手冊(cè)根據(jù)使用性能選材。利用材料手冊(cè)根據(jù)

28、使用性能選材。 材材料的性能與試樣的尺寸有關(guān)，必須考料的性能與試樣的尺寸有關(guān)，必須考慮零件尺寸與手冊(cè)中試樣尺寸的差別，進(jìn)行慮零件尺寸與手冊(cè)中試樣尺寸的差別，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚＿m當(dāng)?shù)男拚?。常用零件的工作條件和失效形式常用零件的工作條件和失效形式零件零件 工工 作作 條條 件件 常見的常見的失效形式失效形式 要求的主要要求的主要機(jī)械性能機(jī)械性能 應(yīng)力應(yīng)力種類種類 載荷載荷性質(zhì)性質(zhì) 受載受載狀態(tài)狀態(tài) 緊固螺栓緊固螺栓拉拉剪應(yīng)力剪應(yīng)力 靜載靜載 過量變形，過量變形，斷裂斷裂 強(qiáng)度，塑性強(qiáng)度，塑性 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸 彎彎扭應(yīng)力扭應(yīng)力 循環(huán)循環(huán)沖擊沖擊 軸頸軸頸摩擦摩擦振動(dòng)振動(dòng) 疲勞斷裂疲勞斷裂過量變形過量變形

29、軸頸摩損軸頸摩損 綜合機(jī)械性能強(qiáng)綜合機(jī)械性能強(qiáng)度、韌性、局部度、韌性、局部表面耐磨性表面耐磨性 傳動(dòng)傳動(dòng)齒輪齒輪 壓壓彎應(yīng)力彎應(yīng)力 循環(huán)循環(huán)沖擊沖擊 摩擦摩擦振動(dòng)振動(dòng) 齒折斷齒折斷,磨損磨損疲勞斷裂疲勞斷裂接觸疲勞接觸疲勞(麻點(diǎn)麻點(diǎn)) 心部強(qiáng)度、韌性心部強(qiáng)度、韌性表面高強(qiáng)度表面高強(qiáng)度及疲勞極限及疲勞極限耐磨性耐磨性 彈簧彈簧 扭扭彎應(yīng)力彎應(yīng)力 交變交變沖擊沖擊 振動(dòng)振動(dòng) 彈性失穩(wěn)，彈性失穩(wěn)，疲勞破壞，疲勞破壞，斷裂斷裂 彈性極限，彈性極限，屈強(qiáng)比，屈強(qiáng)比，疲勞極限疲勞極限 冷作冷作模具模具 復(fù)雜復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)力 交變交變沖擊沖擊 強(qiáng)烈強(qiáng)烈摩擦摩擦 磨損磨損脆斷脆斷 硬度，足夠的硬度，足夠的強(qiáng)度，韌

30、性強(qiáng)度，韌性 8.3.2 8.3.2 工藝性能原則工藝性能原則 材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。 一、高分子材料零件選材的工藝性能原則 高分子材料成形容易，方法較多。高分子材料成形容易，方法較多。 高分子材料的切削加工性能較好，與金屬高分子材料的切削加工性能較好，與金屬基本相同。基本相同。 但它的導(dǎo)熱性差，在切削過程中不易散熱，但它的導(dǎo)熱性差，在切削過程中不易散熱，易使工件溫度急劇升高，使其變焦易使工件溫度急劇升高，使其變焦( (熱固性塑熱固性塑料料) )或變軟或變軟( (熱塑性塑料熱塑性塑料) )。高分子材料主要成形工藝的比較高分子材料主要成形工藝的比

31、較工藝工藝適用材適用材料料形狀形狀表面表面粗糙度粗糙度尺寸尺寸精度精度模具模具費(fèi)用費(fèi)用生產(chǎn)率生產(chǎn)率熱壓成熱壓成形形范圍范圍較廣較廣 復(fù)雜形復(fù)雜形狀狀很低很低好好高高中等中等噴射成噴射成形形熱塑性熱塑性塑料塑料 復(fù)雜形復(fù)雜形狀狀很低很低非常好非常好很高很高高高熱擠成熱擠成形形熱塑性熱塑性塑料塑料棒類棒類低低一般一般 低低 高高真空真空成形成形 熱塑性熱塑性塑料塑料棒類棒類一般一般一般一般 低低 低低 高分子材料的加工工藝路線高分子材料的加工工藝路線 二、陶瓷材料零件選材的工藝性能原則 陶瓷材料加工的工藝路線比較簡(jiǎn)單，主要陶瓷材料加工的工藝路線比較簡(jiǎn)單，主要工藝是成形，其中包括粉漿成形、壓制成形、

32、工藝是成形，其中包括粉漿成形、壓制成形、擠壓成形、可塑成形等。擠壓成形、可塑成形等。 陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金剛石砂磨加工外，幾乎不能進(jìn)行任何其它加工。剛石砂磨加工外，幾乎不能進(jìn)行任何其它加工。陶瓷材料各種成形工藝比較陶瓷材料各種成形工藝比較工藝工藝優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)粉漿成形粉漿成形可做形狀復(fù)雜件、薄塑件，可做形狀復(fù)雜件、薄塑件，成本低成本低收縮大，尺寸精度低，生收縮大，尺寸精度低，生產(chǎn)率低產(chǎn)率低壓制成形壓制成形可做形狀復(fù)雜件，有高密可做形狀復(fù)雜件，有高密度和高強(qiáng)度，精度較高度和高強(qiáng)度，精度較高設(shè)備較復(fù)雜，成本高設(shè)備較復(fù)雜，成本高擠壓成形擠壓成形成本低，生產(chǎn)率高成本低，生產(chǎn)率高不能做薄壁件，零件形狀不能做薄壁件，零件形狀需對(duì)稱需對(duì)稱可塑成形可塑成形尺寸精度高，可做形狀復(fù)尺寸精度高，可做形狀復(fù)雜件雜件成本高成本高陶瓷材料的加工工藝路線陶瓷材料的加工工藝路線 三、金屬材料零件選材的工藝性能原則 金屬材料加工的工藝路線復(fù)雜。加工工藝金屬材料加工的工藝路線復(fù)雜。加工工藝不僅影響零件的成形，還大大影響其最終性能。不僅影響零件的成形，還大大影響其最終性能。金屬材料的加工工藝路線金屬材料的加工工藝路線 性能要求不高的金屬零件的工藝路線性能要求不高