工程設(shè)計-制造與材料選擇

1零件失效與失效類型

(failureofparts&types)2零件設(shè)計中的材料選擇

(materialselectionindesignofparts)4變形開裂與熱處理結(jié)構(gòu)工藝性工程設(shè)計-制造與材料選擇（engineeringdesign、manufacture&materialselection）3熱處理在零件加工工藝路線中的位置及熱處理方案的選擇1

零件失效與失效類型(failureofparts&types)1.1

失效概念

?定義：機械零件或工程構(gòu)件喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象。?失效含義：①零件破損，不能正常工作。②零件尚可安全工作，但不能滿足原有功能要求。③零件不能安全工作。?失效的定量指標：額定壽命；某些指標的規(guī)定范圍（如模具沖頭磨損量）達不到定量指標，即發(fā)生早期失效。

1.2失效的形式與對策⑴過量變形失效（excessivedeformationfailure）①過量彈性變形失效：

?特征：Σe過大（Σe=σ/E）,帶來一系后果（如鏜桿的“讓刀”）。

?措施：提高零件剛度，具體辦法為改變零件幾何，加大尺寸及用E大的材料。②塑性變形失效：

?特征：σ＞σs、發(fā)生整體屈服。

?措施：選高強度材料、采取強化工藝、加大截面尺寸或降低應(yīng)力水平。圖7-1③過量蠕變失效：

?特征：T＞0.3Tm（盡管σ＜σs）時發(fā)生，時間累積過程。

?措施：選用高強耐熱鋼及合適的熱處理。⑵斷裂失效（fracturefailure）①韌斷：

?特征：σ＞σb，先塑變后斷裂；原因為強度不足。

?措施：σ＜[σ]；提高材料強度。②低應(yīng)力脆斷：

?特征：σ＜σs時突然發(fā)生，無明顯宏觀塑性變形征兆，最危險，如鑄鐵拉伸時的斷裂；低溫、大截面零件以及應(yīng)力集中，最易發(fā)生。

?措施：提高材料韌性；減少各種加工缺陷；減少應(yīng)力集中及消除內(nèi)應(yīng)力等。③疲勞斷裂：

?特征：脆斷，無明顯塑變；σ＜σs，多次循環(huán)造成，如齒輪的斷齒。量大面廣，多起源于表面缺口、刀痕等應(yīng)力集中處。

?措施：選材；設(shè)計改進（避免或減少應(yīng)力集中）；表面加工質(zhì)量；表面強化。④蠕變斷裂：過量蠕變變形后發(fā)生（高溫下，詳見第11章）。

?介質(zhì)加速斷裂：應(yīng)力腐蝕等（介質(zhì)+應(yīng)力的復(fù)合作用，詳見第12章）。⑶表面損傷失效（surfacedamagefailure）①磨損失效

?特征：摩擦作用的結(jié)果之一；輕微磨損允許、過量磨損會失效，例摩擦副、工模具、工程機械，量大面廣。

?措施：用耐磨材料；表面強化、表面改性處理；潤滑條件。②接觸疲勞失效

?特征：接觸零件之間周期性壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力反復(fù)作用的結(jié)果，例齒輪齒面剝落、軸承表面麻點。

?措施：提高表面質(zhì)量、表面強化。③腐蝕失效：量大面廣；選抗蝕材料、表面防護等（見第12章）。1.3失效的原因（自學）總體上共四方面：設(shè)計選材與熱處理加工缺陷裝配與使用來自....中國最大的資料庫下載2零件設(shè)計中的材料選擇（materialselectionindesignofparts）2.1選材三原則（threecriteriaofmaterialselection）⑴使用性能原則與選材基本步驟

?使用性能是選材的必要條件，是零件乃至機器完成其功能的基本保證。使用性能可由力學性能、物理性能和化學性能表征。機械零件主要是力學性能。

?幾種常見零件的力學性能要求：

?選材基本步驟：表7-1圖7-2

⑵工藝性原則（材料切削加工的影響因素）?材料的切削加工性的影響因素：材料類型、切削方法、切削速度、刀具與機床情況等。?材料硬度與其切削加工性的關(guān)系：鋼鐵材料的合適硬度范圍160～230HB，組織尚有影響，如球化組織的切削加工性優(yōu)于片層狀組織。來自....中國最大的資料庫下載?措施與綜合結(jié)果：

①低、中碳鋼，鐵素體太軟且數(shù)量多；用正火增加珠光體量，HB↑，切削性↑。②高碳鋼，片狀珠光體，易磨損刀具；用球化退火成粒狀珠光體，切削性↑。③Al、Mg等有色金屬、石墨化鑄鐵，強度低且易切屑，切削加工性甚好。④大批量的強度要求不高的零件（如標準件），可采用易切削鋼。⑤一般鋼材淬、回火后磨削加工性較好，有色金屬（太軟）等不佳。⑶經(jīng)濟原則：要考慮多項成本。表7-2表7-3表7-4來自....中國最大的資料庫下載2.2零件選材材時應(yīng)注注意的幾幾個問題題?使用性能能優(yōu)先；；?設(shè)計指標標與保安安全指標標；?注意材料料狀態(tài)與與手冊的的對應(yīng)；；?注意尺寸寸效應(yīng)；；?注意數(shù)據(jù)據(jù)的可靠靠性；?注意具體體的供貨貨狀態(tài)；；?注意不同同材料的的成型加加工方式式的不同同。來自....中國最大大的資料料庫下載載3熱處理在在零件加加工工藝藝路線中中的位置置及熱處理方方案的選選擇兩方面問問題：一是某種種熱處理理工藝與與其它加加工工序序的相對對次序（（工藝流流程或工工藝路線線）。二是如何何根據(jù)目目的、要要求及所所用材料料正確選選擇合適適的熱處處理工藝藝。來自....中國最大大的資料料庫下載載3.1熱處理在在工藝路路線中的的位置⑴熱處理理在工藝藝路線中中的位置置的安排排原則?最終熱處處理（淬淬火、回回火后硬硬度高））一般安安排在半半精加工工與最終終的精加加工（磨磨削等））之間。。?最終熱處處理可以以進行多多次（如如多次回回火等））。?表面淬火火屬最終終熱處理理，常采采用預(yù)先先熱處理理（調(diào)質(zhì)質(zhì)或正火火）保證證心部性性能。?滲碳（或或碳氮共共滲）后后一般緊緊跟著淬淬火、回回火；局局部毋須須滲碳者者，可采采取滲前前鍍銅或或滲后去去除。?某些薄層層表面改改性處理理（軟氮氮化、滲滲硫及其其它涂層層等）后后，不再再進行切切削加工工。?高精度零零件等常常需多次次去應(yīng)力力退火或或回火（（時效））處理或或冷處理理。⑵熱處理在在工藝路路線中的的位置表7-53.2鋼鐵普通通熱處理理方案的的選擇3.3鋼鐵表面面熱處理理方案的的選擇?高頻淬火火：在基本滿滿足要求求時優(yōu)先先考慮，，尤其大大批量生生產(chǎn)。?滲碳碳：更高性能能要求（（尤其表表、內(nèi)配配合）、、更深硬硬化層要要求時采采用。?碳氮共共滲：：在負荷荷不甚甚大時時，可可取代代滲碳碳（周周期短短且耐耐磨性性高于于滲碳碳）。。?軟氮氮化化：：減摩，，要求求變形形小，，且疲疲勞強強度較較高的的場合。?氮化化：負荷不不大，，但耐耐磨、、耐蝕蝕的精精密零零件。。表7-6表7-73.4有色金金屬熱熱處理理方案案的選選擇鋁合金金常用用工藝藝：?均勻化化退火火：消除鑄鑄造鋁鋁合金金的成成分偏偏析及及鑄造造內(nèi)應(yīng)應(yīng)力，，穩(wěn)定定組織織、提提高塑塑性。。?再結(jié)晶晶退火火或去去應(yīng)力力退火火：變形后后消除除加工工硬化化或僅僅消除除應(yīng)力力（較較低溫溫度））。?固溶、、時效效處理理：獲得時時效強強化的的效果果。來自....中國最最大的的資料料庫下下載3.5零件熱熱處理理技術(shù)術(shù)要求求的標標注是一個個重要要問題題，它它確定定了使使用性性能及及工藝藝路線線。由由設(shè)計計者完完成。。?多以硬硬度（（HRC、HBS）作為為力學學性能能的技技術(shù)要要求。。?要給出出合適適的硬硬度要要求范范圍：：△HRC≈3～5個單位位，△△HBS≈30～50個單位位。?通常要要標出出達到到硬度度要求求的熱熱處理理工藝藝類型型（毋毋須工工藝細細節(jié)））:如淬火、、回火火58～62HRC；滲層（（0.8～1.2mm）、淬淬火、、回火火60～63HRC；調(diào)質(zhì)220～250HBS。?硬度要要求的的數(shù)值值應(yīng)與與材料料可能能達到到的硬硬度相相一致致，鋼鋼材主主要考考慮含含碳量量和淬淬透性性。如45鋼，若若要求求60～63HRC（×）；調(diào)質(zhì)50～55HRC（×）。?表面熱熱處理理的硬硬化層層要求求（類類型<如是高高、中中頻淬淬火還還是滲滲碳>、深度度等））。?某些特特殊技技術(shù)要要求，，如高高速鋼鋼淬火火多有有晶粒粒度級級別要要求，，軍械械零件件有強強度、、塑性性、韌韌性等等要求求。?標注位位置及及示例例：圖7-4圖7-3來自....中國最最大的的資料料庫下下載4變形開開裂與與熱處處理結(jié)結(jié)構(gòu)工工藝性性?熱處理理（尤尤其淬淬火））的負負面影影響：：熱處理理變形形和開開裂(熱處理理應(yīng)力力引起起)；表面面氧化化脫碳碳。?措施：：從零件件設(shè)計計與制制造和和熱處處理工工藝兩兩方面面。4.1減少零零件熱熱處理理變形形和防防止開開裂的的方法法（deformation&crack）?選材：：針對性性選用用高淬淬透性性的合合金鋼鋼、高高合金金鋼，，替代代碳鋼鋼、低低合金金鋼。。圖7-6圖7-5來自....中國最最大的的資料料庫下下載?預(yù)留加工余余量：找出變形規(guī)規(guī)律、半精精加工預(yù)留留余量（＞＞變形量））。?按變形規(guī)律律調(diào)整切削削加工尺寸寸。?合理安排工工藝路線。。?降低零件表表面粗糙度度(以減低因局局部應(yīng)力集集中而淬火火開裂)。?合理的鍛造造和熱處理理：成分均勻化化與合理纖纖維走向；；合適的預(yù)預(yù)先熱處理理（球化退退火和調(diào)質(zhì)質(zhì)要比正火火有利）。。?修改技術(shù)條條件：適當降低要要求，以采采用比較緩緩和的淬火火介質(zhì)和工工藝。?采用先進設(shè)設(shè)備：可以高硬度度狀態(tài)加工工，如特種種磨、電火火花加工。。圖7-10圖7-9圖7-8圖7-74.2熱處理結(jié)構(gòu)構(gòu)工藝性?零件機械設(shè)設(shè)計（零件件的結(jié)構(gòu)、、截面尺寸寸等）時要要考慮其熱處理工藝藝性如何。。?考慮的主要要方面：①零件的結(jié)結(jié)構(gòu)要易于于進行熱處處理（如避避免懸殊截截面、盲孔孔等）,易于達到技技術(shù)要求。。②零件的結(jié)結(jié)構(gòu)有利于于減少變形形、防止開開裂。③零件的結(jié)結(jié)構(gòu)不易發(fā)發(fā)生早期失失效，有較較高壽命。。來自....中國最大的的資料庫下下載?具體措施：