机械工程材料作业整理

作业一

1.何谓失效?零件得失效方式有哪些?

失效：在使用过程中因零件得外部形状尺寸与内部结构发生变化而失去原有得设计功能,使其低效工作或无法工作或提前退役得现象称为失效。

失效方式:（１）过量变形失效：a、过量弹性变形b、过量塑性变形

(2）断裂失效:a、韧性断裂ｂ、脆性断裂c、低应力断裂

ｄ、疲劳断裂e、蠕变断裂f、介质加速断裂

（３)表面损伤失效：a、磨损失效b、腐蚀失效ｃ、表面接触疲劳

（4）物理性能降级:电磁、热等性能衰减

２、静载性能指标有哪些？它们分别与那种失效形式关联?

１、刚度与强度指标

刚度：弹性模量

强度：比例极限,弹性极限，屈服强度，抗拉强度，断裂强度

2、弹性与塑形指标

弹性:弹性能

塑形：断后伸长率,断面收缩率

3、硬度指标

失效形式强度：断裂、塑性变形

塑性:塑性变形

刚度：过量弹性变形

硬度：磨损

韧性与疲劳强度：断裂

3、过量弹性变形、过量塑性变形而失效得原因就是什么？如何预防？

失效得责任主要在于设计者得考虑不周、计算错误或选材不当,故防止措施主要应从设计方面考虑。

过量弹性变形产生变形得主要原因就是材料刚度不够。预防途径:

1．选择合适得材料或结构

2．确定适当得匹配尺寸

3．采用减少变形影响得转接件，比如在系统中采用软管等柔性构件,可显著减少弹性变形得有害影响。

过量塑性变形产生变形得主要原因就是材料得弹性极限,屈服强度不够.预防途径：1．降低实际应力:降低工作应力；减少残余应力；降低应力集中.

2．提高材料得屈服强度：通过合金化、热处理等方法。

4、何谓冲击韧性?如何根据冲击韧性来判断材料得低温脆性倾向?

冲击韧性就是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功与断裂功得能力,即反映材料承受外来冲击负荷而不断裂得抵抗能力。冲击韧性指标得实际意义在于揭示材料得变脆倾向.

材料得冲击吸收功随温度降低而降低，当温度低于韧脆转变温度时,材料由韧性状态变为脆性状态得现象，称为低温脆性。从试样结果瞧(参见沈莲《机械工程材料》第三版Ｐ10图1-4)冲击韧性高得材料得低温脆性倾向小。但如果在低温条件下使用得零件，设计要考虑冲击韧性与韧脆转变温度。

作业二

1.何谓断裂韧性？影响脆断得主要因素有哪些？

材料抵抗裂纹扩展断裂得韧性性能称为断裂韧性.就是材料抵抗脆性破坏得韧性参数。通常主要以断裂韧度来衡量。

影响脆断得主要因素有:

１、加载方式与材料本质：冶金缺陷会引起冷脆，比如过热引起晶粒异常长大，非金属夹杂物颗粒沿晶界析出；有害杂质元素沿晶界偏聚,减弱了晶界结合力等。

2、温度与加载速度：降低使用温度与增加加载速度都会引起材料脆断倾向增大。

３、应力集中

4、零件尺寸设计不合理

2.压力容器钢得σＳ=1０００MPa,K IC＝170MPａ•ｍ1/2 ；铝合金得σS=４

00MPa，K IC =２5MPａ•ｍ１/２。试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹得临界尺寸就是多少设裂纹得几何形状因子Ｙ=π1/2？哪一种材料更适合做

压力容器?

解:裂纹得临界尺寸a c＝(K IC/Ｙ*σＳ）２

压力容器钢: a c＝（170／（1、77＊1００0)２=0、00９２m

铝合金: a c=(25／（1、７7*400)２=0、00１２m

由于压力容器钢得零件允许存在得裂纹最大尺寸大于铝合金得，所以压力容器钢更适合做压力容器。

3.查资料,到现场(汽车系、机械系、材料系实验室),从下列汽车零件中任选一种,分析它

在使用中得主要失效形式，您选材时主要考虑哪些主要力学性能，为什么?

变速箱齿轮，驾驶室外壳（车身),发动机中得活塞,发动机缸体，发动机缸盖,曲轴,半轴，减振弹簧（钢板弹簧)

常见汽车零件得工作条件及失效形式：

1、ﻩ齿轮工作条件、失效形式及性能要求

齿轮就是汽车中应用最广得零件之一，主要用于传递扭矩与调节速度。

（1）工作条件

1）由于传递扭矩，齿根承受较大得交变弯曲应力;

2）齿面相互滑动与滚动,承受较大得交变接触力及强烈得摩擦；

３）由于换档、启动或啮合不良,齿部承受一定得冲击；

(2)主要失效形式

1）疲劳断裂主要发生在齿根。它就是齿轮最严重得失效形式；

２)齿面磨损;

3）齿面接触疲劳破坏;

4）过载断裂；

（3）性能要求

１)高得弯曲疲劳强度

２)高得接触疲劳强度与耐磨性

3)齿轮心部要有足够得强度与韧性

4) 较好得热处理性能，热处理变形小。

2、汽车发动机曲轴得工作条件、失效形式及性能要求

(1)工作条件

1)承受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。

2)曲轴颈与轴承发生滑动摩擦

3）承受一定得冲击载荷

（２）主要失效形式

1)疲劳断裂长期受扭转与弯曲交变载荷作用

2)磨损失效轴颈严重磨损

(3)对曲轴用材料性能要求

1)高得强度；

2)一定得冲击韧度；

３）足够得弯曲、扭转疲劳强度；

4）足够得刚度；轴径表面有高得硬度与耐磨性。

3、汽车弹簧零件得工作条件、失效形式及性能要求

（1)工作条件

１）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受很大得弯曲应力或扭转应力.

2)缓冲、减震或复原用得弹簧,承受很大得交变应力与冲击载荷得作用

（2）主要失效形式

1)刚度不足引起得过度变形

２）疲劳断裂

（3）对弹簧用材性能要求

1）高得弹性极限与屈强比(σs/σb）

2）高得疲劳强度

3）好得表面质量

4)良好得耐蚀性与耐热性

４、半轴零件得工作条件、失效形式及性能要求

（1）半轴得工作条件

1）工作时主要受交变弯曲与扭转应力得复合作用;

2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦与磨损;

3)轴在高速运转过程中会产生振动, 使轴承受冲击载荷;