机械零件的失效与选用
机械零件的失效与选材原则10969
弹性失稳， 疲劳破坏，
断裂
磨损 脆断
综合机械性能强度 、韧性、局部表面
耐磨性
心部强度、韧性表 面高强度
及疲劳极限 耐磨性
弹性极限， 屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的 强度，韧性
8.3.2 工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。
一、高分子材料零件选材的工艺性能原则
两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时 ，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲 劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损 。
六、腐蚀磨损
腐蚀磨损是金属在摩擦过程中，同时与周 围介质发生化学或电化学反应，产生表层金 属的损失或迁移现象。
老师提示 采用耐磨性高的材料，进行合理的
表面强化处理，改变材料的组织结构 ，适度提高硬度。
●材质内部缺陷、毛坯加工(铸锻焊)工艺或 冷热加工(特别是热处理)工艺过程产生的材料 内部缺陷导致失效。
五、运转维修因素
●不正确的运转工况参数(载荷、速度等 )导致零件失效。
●忽视维修，未进行定期大、中、小检 修
●润滑条件未保证, 润滑剂和润滑方法不 合适
老师提示 在影响失效的基本因素中，特 别要强调人的因素，即注意人的素质条件 的影响。
失效导致严重事故
失效因素
一、设计因素
为了保证产品质量，必须精心设计，精心施 工。
根据零件工作条件、可能发生的失效模式， 提出技术指标，确定合适的材质、尺寸、结构 ，提出必要的技术文件。
如设计有误, 则机械设备或零件将不能使用 或过早失效。
二、制造(工艺)因素
工艺缺陷是零件失效的重要因素。 ●零件在铸造过程中产生的疏松、夹渣； ●锻造过程中产生的夹层、冷热裂纹； ●焊接过程中未焊透、偏析、冷热裂纹； ●机加工过程的尺寸公差和表面粗糙度不合 适； ●热处理产生的缺陷，如淬裂、硬度不足、 回火脆性； ●精加工磨削中的磨削裂纹等。
机械零件失效的概念
机械零件失效是指在使用过程中，由于各种原因导致机械零件无法继续正常工作或完成其预期功能的状态。
这种失效可能发生在单个零件上，也可能涉及整个机械系统。
机械零件失效可以分为以下几种类型：
1.功能失效：机械零件无法继续执行其设计的功能。
例如，一个齿轮出现损坏，导致传动
系统停止工作。
2.结构失效：机械零件的结构损坏或破裂，无法承受设计负载或应力。
这可能是由于材料
疲劳、强度不足、过载等原因引起的。
3.磨损失效：机械零件由于长时间摩擦和磨损而失去预期的尺寸、形状或表面质量。
这包
括磨损、磨蚀、划伤、疲劳断裂等问题。
4.腐蚀失效：机械零件由于腐蚀作用而失去其材料的强度、质量或形状。
腐蚀可以是由化
学反应、湿气、酸碱介质等引起的。
5.疲劳失效：机械零件在长期循环加载下发生疲劳断裂。
这常常出现在频繁受力、振动或
应力集中的部位。
6.过载失效：机械零件由于超负荷工作而失效，导致其结构或性能受损。
7.安装和组装失效：机械零件在安装和组装过程中未正确安装或组装，导致功能故障或结
构失效。
机械零件失效可能对机械设备的正常运行造成严重影响，甚至引发事故。
因此，在设计、制造、安装和维护机械系统时，需要考虑失效模式和原因，并采取相应的预防措施，如材料选择、强度计算、润滑和维护等。
定期检查、维护和更换关键零件也是预防失效的重要措施。
机械零件的失效分析-学习领悟
机械零件的失效分析失效：零件或部件失去应有的功效零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
一般称呼失效大多是特指零件的早期失效，即未达到预期的效果或寿命，提前出现失效的过程。
失效分析：探讨零件失效的方式和原因，并提出相应的改进措施。
根据失效分析的结果，改进对零件的设计、选材、加工和使用，提高零部件的使用寿命，避免恶性事故的发生，带来相应的经济效益和社会效益。
一、零件的失效形式失效形式分3种基本类型：变形、断裂和表面损伤。
1、变形失效与选材（机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效）①弹性变形失效（由于发生过大的弹性变形而造成的零件失效）弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模量。
金刚石与陶瓷的弹性模量最高，其次是难溶金属、钢铁，有色金属则较低，有机高分子材料的弹性模量最低。
因此，作为结构件，从刚度及经济角度看，选择钢铁是比较合适。
②塑性变形失效（零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效）塑性变形失效是零件中的工作应力超过材料的屈服迁都的结果。
一般陶瓷材料的屈服强度很高，但脆性非常大，因此，不能用来制造高强度结构件。
有机高分子材料的强度很低，最高强度的塑料也不超过铝合金。
因此，目前用作高强度结构的主要材料还是钢铁。
2、断裂失效①塑性断裂零件在受到外载荷作用时，某一截面上的应力超过了材料的屈服强度，产生很大的塑性变形后发生的断裂；②脆性断裂脆性断裂发生时，事先不产生明显的塑性变形，承受的工作应力通常远低于材料的屈服强度，所以又称为低应力脆断；③疲劳断裂在低于材料屈服强度的交变应力反复作用下发生的断裂称为疲劳断裂；④蠕变断裂在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效；3、表面损伤①磨损失效磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式逐渐磨耗，而使零件尺寸不断变小的一种失效方式。
机械零件的失效
一． 断口分析方法
对金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察,可以看到其断 口可分为纤维状区,放射状区及剪切唇区三个不同的区域.
脆性断裂
工程构件在很少或不出现宏 观塑性变形(一般按光滑拉 伸试样的ψ<5%)情况下发 生的断裂称作脆性断裂,因 其断裂应力低于材料的屈服 强度,故又称作低应力断裂。 钢丝绳：断裂有预兆。
磨损失效的基本影响因素
摩擦，磨损和润滑，即磨损失效涉及到摩擦 副的材质和磨损工况
磨损失效
触的一对金属表面，相对运动时金属表 面不断发生损耗或产生塑性变形，使金 属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损
防止和减少 磨损的方法 和途径
正确的选材是提高耐磨性的关键。
尽量保证液体润滑，对设备进行正确、 合理的润滑，能有效减少设备零部件 的磨损，延长设备使用寿命。
采用多种表面处理方法：如滚压、化 学表面热处理、镀铬、喷涂等
正确进行摩擦副的结构设计
设备正确的维护与使用对设备的寿命 影响很大。
皮带传动与 磨损：
在同一组中，皮带长短不一或者因为磨 损造成皮带轮槽深浅不一，皮带轮轴弯 曲均会产生较大的振动，对那些精密的 设备还可能形成振动源。
若调得太松，起动时会产生怪叫声，并 且会发生起转慢，主动轮发热；
失效的基本因素
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
STEP5
设计因素—确定 材质，尺寸，结 构，提出必要的 技术文件：图纸, 说明书等.（非标 设备）
制造因素—铸、 锻、焊,机加工和 热处理等达不到 设计要求而导致 零件失效.
装配调试因素— 在安装过程中 , 未达到要求的质 量指标.
材质因素—选材 不当,材质内部缺 陷,毛坯加工或冷 热加工产生的缺 陷
机械工程材料第七章
8. 螺栓、铆钉等冷镦零件 9. 汽车用塑料 （1）汽车内饰用塑料 （2）汽车用工程塑料 （3）汽车外装机结构件用纤维增强塑料复合材料 10.汽车用橡胶 11.汽车用陶瓷材料
二、机床零件用材
常用的机床零部件有机座、轴承、导轨、齿轮、弹簧、紧固件、
刀具等。
1. 机身、底座用材
首选材料当为灰铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁也可使用。HT150、 HT200，HT250，HT300，QT400-17，QT600-2等等。
（2）主要失效形式 1）疲劳断裂。主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。 2）齿面磨损。3）齿面接触疲劳破坏 。4）过载断裂。
疲劳断裂、齿面磨损、齿面接触疲劳破坏 、过载断裂
（3）齿轮用材性能要求
1）高的弯曲疲劳强度
2）高的接触疲劳强度和耐磨性 3）齿轮心部要有足够的强度和韧性
2. 齿轮零件的选材 3. 典型齿轮选材举例
一、齿轮类零件的选材
1. 齿轮的工作条件、失效形式及性能要求
齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调 节速度。 （1）工作时的受力情况 1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。 2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。
3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。
3. 活塞、活塞销和活塞环——活塞组
对活塞用材的要求是热强度高、导热性好、吸热性差、膨胀系数 小、密度小，减磨性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。目前很难 找到完全满足要求的材料。常用的活塞材料是铝硅合金。 活塞销材料一般用20钢或20Cr等低碳合金钢。 活塞环材料多用以珠光体为基的灰铸铁或在其上添加Cu、Cr、 Mo的合金铸铁制造。
机械零件的失效与选材
陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件 ；目前主要应用领域是建筑陶瓷和功能材料。
废气排放少 材料回收及降解
重要金属的世界储量
可用年数 再生率(%)
Fe 128
31.7
Al
35
16.9
Cu 32
40.9
Байду номын сангаасZn 24
21.2
W
47
Ag 15
41.0
Mn 14
Ni
49
第二 节 典型零部件选材及工艺分析
一、工程材料的应用概况 金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前最主要
的四大类工程材料。 高分子材料的强度与刚度低、尺寸稳定性较差且易老化，在
金属材料,尤其是钢铁材料，与其它工程材料相比，在力学 性能、工艺性能和生产成本这三者之间保持着最佳的平衡，具 有最强的竞争力，故金属材料仍然是机械工程材料的主力军。 从这个意义上来讲，人类仍然生活在以钢铁材料为主的“铁器 时代”。以载重汽车用材的重量为例，钢占65％、铸铁占20 ％、有色金属占3％、非金属材料约占12％。在轻型汽车和轿 车中，非金属材料的用量虽有所增加，但金属材料仍占主体。
2、断裂失效 机械零件因断裂而产生的失效。
（1）韧性断裂失效 断裂前有明显的塑性变形。 宏观变形方式为颈缩，典型断口呈韧窝状，韧窝是由于空洞
的形成、长大并连接而导致韧性断裂产生的。 （2）脆性断裂失效
断裂前无塑性变形。疲劳断裂、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳断 裂和蠕变断裂等均属于脆性断裂。
零件的选材、失效—选材的原则、方法和步骤(航空材料)
选材的原则、 方法和步骤
选材的基本原则
首先保证使用性能要求，然后再考虑工艺性和经济性。
1. 保证使用性能要求 对于一般的工程构件和机械零件，则主要以其力学性
能作为选材依据；对于一些特殊条件下工作的零件，则根 据要求考虑到材料的物理、化学性能。
2. 考虑工艺性能要求 所选用的材料是否能保证顺利加工制造成零件。
(6)对于关键性零件，特别是一些安全可靠性要求很高的零件， 正式投产前应在实验室里对这些零件进行必要的实验或试验 以后，充分证实这些零件达到设计所要求的各项性能指标以 后，才能逐步批量生产。
3. 满足经济性要求 所选用材料能够制造
(1)要求综合性能的零件 (2)要求疲劳强度为主的零件 (3)要求耐磨性为主的零件
2. 选材的一般步骤
(1)分析零件工作条件和失效形式，根据实际的使用情况和 受力分析，确定零件所要具备的性能要求。
(2)对已经过实际使用的同类零件进行调查研究，从使用性能、 加工工艺性、经济性等方面综合分析比较，以此为参考。
(3)根据零件实际工作条件及相关资料，通过理论计算，必 要时进行试验或实验，确定应该具有的力学性能或其他性能 指标。
(4)初步选择出具体的材料牌号，并确定其热处理或其它强化 方法。
(5)审核所选的材料的经济性，综合考虑其成本（加工费， 运输费、材料费等）。
机械制造基础-第9章-典型零件选
第9章 典型零件选材
第1节 零件的失效
一、零件的失效与失效分析
零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指:
（1）零件完全破坏，不能继续工作；
（2）严重损伤，继续工作很不安全；
（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。 只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已 经失效。
失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相 应的改进措施。
❖ 例: 北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮。
❖ 材料: 20CrMnTi钢。 热处理: 渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深 1.2mm～1.6mm。 性能要求: 齿面硬度HRC58～HRC62，心部硬度 HRC33～HRC48。 工艺路线: 下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬 火、低温回火→磨加工。
6. 机床导轨的选材
❖ 2）对同类产品进行调研, 分析选材的合 理性。
❖ 3）找出关键的性能要求, 确定零件应具 有的力学性能判据或理化性能指标。
❖ 4）选择合适的材料, 确定热处理方法或 其他强化方法。
❖ 5）通过试验, 检验所选材料及热处理方 法能否达到各项性能要求。
第3节 典型零件选材实例分析
1.齿轮类零件
1）齿轮的作用 传递扭矩、调节速度、改变运动方向。 2）工作条件 （1）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力 并有强烈的摩擦和磨损。 （2）承受一定的冲击载荷。 3）失效形式 轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂等。 4）力学性能要求 （1）高的弯曲疲劳强度 （2）齿面应具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性 （3）齿轮心部应具有良好的综合力学性能或较好的强韧性
（3）重载主轴 工作载荷大, 磨损及冲击都较严重, 例如工作载荷大的组合机床主轴。一般用 20CrMnTi钢制造, 经渗碳、淬火处理。
机械制造基础第十四章机械零件材料的选用与加工工艺分析习题解答
第十四章零件选材与加工工艺分析习题解答14-1 选择材料的一般原则有哪些? 简述它们之间联系。
答：选择材料的一般原则有①材料的使用性能应满足零件的使用要求；②) 材料的工艺性应满足加工要求；③选材时，还应充分考虑经济性。
在选用材料时，必须了解我国的资源和生产情况，从实际情况出发，全面考虑材料的使用性能、工艺性能和经济性等方面的因素，以保证产品性能优良、成本低廉、经济效益最佳。
14-2 什么是零件的失效? 一般机械零件的失效方式有哪几种?答：所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
一般零件的失效方式有：断裂、表面损伤、磨损、疲劳破坏、过量变形等。
14-3 生产批量对毛坯加工方法的选择有何影响?答：毛坯选择要考虑加工成本，成本与生产批量有关系：①在单件小批量生产的条件下，应选用常用材料、通用设备和工具、低精度、低生产率的毛坯生产方法。
②在大批量生产的条件下，应选用专用材料、专用设备和工具以及高精度高生产率的毛坯生产方法。
这样，毛坯的生产率高、精度高。
虽然专用材料、专用工艺装备增加了费用，但材料的总消耗量和切削加工工时会大幅度降低，总的成本也较低。
③单件、小批生产时，对于铸件应优先选用灰铸铁和手工砂型铸造方法；对于锻件应优先选用碳素结构钢和自由锻方法；在生产急需时，应优先选用低碳钢和手工电弧焊方法制造焊接结构毛坯。
④在大批量生产中，对于铸件应采用机器造型的铸造方法，锻件应优先选用模型锻造方法，焊接件应优先选用低合金高强度结构钢材料和自动、半自动的埋弧焊、气体保护焊等方法制造毛坯。
14-4 毛坯的选择原则是什么? 它们之间的相互关系如何?答：毛坯的选择原则是：保证零件的使用要求；降低制造成本，满足经济性；考虑实际生产条件。
三条原则是相互联系的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到质量好、成本低和制造周期短。
14-5 热处理的技术条件包括哪些内容? 如何在零件图上标注?答：热处理技术条件的内容包括：零件最终的热处理方法、热处理后应达到的力学性能指标等。
第一章机械零件的失效分析ppt课件
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
美国1983年统计：零件失效造成的经济损失每 年可达3400亿美元 德国：零件失效造成的损失每年可达700亿马克
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
弹性极限（ se ）： 衡量材料最大弹性 变形的抗力指标
se＝Pe / Fo 比例极限（sp）： 保证材料的弹性变 形能按正比关系变 化的最大抗力指标
sp＝PP / Fo
低碳钢拉伸时的应力应变曲线
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
二、过量变形失效
1.过量弹性变形失效及抗力指标
材料在弹性变形范围内，应力和应变遵守虎克定律
单向拉伸时的弹性模量：
Es P A
EA＝P/ε
EA：零件产生单位弹性变形所需的载荷大小
刚度：零件抵抗弹性变形的能力
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
屈服极限（sS ＝Ps / Fo）：材料抵抗起始塑性 变形的抗力指标 为避免零件发生塑性变形或发生过量塑性变形失 效，产品设计时应以屈服极限为依据
加工硬化：由塑性变形导致的材料强度 升高、塑性降低现象
机器零件的失效形式及设计准则
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 在交变应力作用下，即使工作应力没有超过强度极 限，也会由于长时间工作而发生折断，这种折断称 为疲劳断裂，是承受交变应力的机械零件的主要失 齿轮轴疲劳 效形式则。 设计准则
• 2)变形 • 机械零件受载荷后会发生弹性变形，当零件承受的载荷过 大或刚度不足时，会使零件的尺寸和形状超过许用值，零 件不能正常工作。如车床主轴的变形过大，会影响加工零 件的精度。产生此种失效的原因为刚度不够。 • • • • • • •
• 对于同一机械零件可以依据一个准则，也可以同时兼顾几 个准则。具体设计时应按构件的实际使用工况和要求确定 设计准则。
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 一、机械零件常见的失效形式 机械零件丧失规定的功能成为失效。机械设计 的最主要目标之一是使设计的零件在规定期限内不 发生失效。 机械零件常见的失效形式有以下几种。
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 1)断裂 • 断裂是指由于零件截面上的应力超过其极限应 力产生的失效。 • •
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
静载荷冲击力
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 2)强度准则 • 强度指机械零件抵抗破坏的能力。强度准则就是机械零 件的工作应力不超过材料的许用应力，是大多数机械零 件的设计依据。本书将着重讨论机械零件的强度设计问 题。
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
一、机械零件常见的失效形式
一、机械零件常见的失效形式
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 二.机械零件设计准则 • 根据零件失效的原因，可建立起相应的零件设计准则。 • • • • • • • • • • •
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
2-机械零件的失效、强化、选材及工程材料的应用a
（3） 化学成分分析
（4） 金相分析 这种方法来分析裂纹的走向、性质、判定材料组 织、工艺状态，检查可能导致失效的组织缺陷。
（5） 力学性能分析
(6)其它试验方法 采用试验性应力测定方法
2011-10-22 4
4.综合分析，作出结论，写出报告 失效分析工作达到预期目的后， 应对进行的工作、所获得的全部资料进行集中、整理、分析评价和 处理，作出结论，写出报告。
2011-10-22
15
三、弹簧类零件的选材
1. 弹簧的工作条件、失效形式及性能要求 （1）工作条件
1）弹簧在外力作用下，材料将承受弯曲应力或扭转应力。
2）承受交变应力和冲击载荷的作用。 3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。 （2）主要失效形式 1）塑性变形 2）疲劳断裂 3）快速脆性断裂 4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下 使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。
19
6.半轴 中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车用 40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金制造。 7.钢板 钢板有08、20、25和16Mn等。热轧钢板主要用来制造一 些承受一定载荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。冷轧钢板 主要用来制造一些形状复杂，受力不大的机械外壳、驾驶室、轿车 的车身等覆盖零件。 8.螺栓、铆钉等冷镦零件
不重要的闭式齿轮可使用普通碳素钢Q275制造。
3. 轴类零件用材 一般采用正火或调质处理的45钢等优质碳素钢制造轴类零件。不 重要的或受力较小的轴及一般较长的传动轴，可以采用Q235、 Q255或Q275等普通碳素钢制造。承受载荷较大，且要求直径小、 质量轻或要求提高轴颈耐磨性的轴，可以采用40Cr等合金调质钢 或20Cr等合金渗碳钢，整体与轴颈应进行相应的热处理。 2011-10-22 23
机械零件的失效分析与选材概述PPT课件(16张)
7.施工中确因作业需要拆除各类防护 设施的 ，应由 作业班 组向项 目副经 理提出 申报， 经采取 有效的 安全补 救措施 后方能 拆除； 作业完 毕后， 项目副 经理应 督促有 关人员 及时做 好复原 工作， 经重新 验收后 方可使 用。
8.当土建结构施工完成后转入装饰或 安装施 工时， 必须对 临边、 洞口、 管弄井 和电梯 井等安 全防护 设施重 新进行 验收， 确认合 格后， 方能投 入使用 。如装 饰或安 装作业 交付其 它施工 单位时 ，双方 应履行 交接手 续，做 到职责 明确。
织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50,
表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。
三) 选材: 45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火
粗加工 调质
半精加工 钻中心孔 精车加工 Nhomakorabea铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)
回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
1.认真执行安全技术措施及安全操作 规程， 负责对 施工班 组人员 及分包 方人员 进行有 针对性 的安全 技术交 底，履 行签字 手续， 并对规 程、措 施及交 底执行 情况经 常检查 ，随时 纠正违 章作业 ；
粗加工 调质
半精加工 精车加工 高频淬火
及低温回火 精磨
三.JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58～62, 金相组织为回
工程材料第12章 材料及毛坯选择
第12章 零件材料与毛坯的选择
12.1 机械零件的失效
12.2 零件的选材原则与步骤 12.3 典型零件的选材 12.4 零件毛坯的选择 知识窗——材料与热加工的发展
学习指导
自测习题
第12章 零件材料与毛坯的选择
12.1 机械零件的失效
1. 失效
一般机械零件或构件的失效包括以下几种情况：
虑零件的工作环境。环境因素会与零件的力学状态综合作用，
提出更为复杂的性能要求。最后还应充分考虑材料的某些特殊 要求。
第12章 零件材料与毛坯的选择 (1) 受力状况：分析零件的受力类型(如静载、动载、冲击 或循环载荷等)，零件所受载荷大小以及分布特点(如均布载荷或集中载
温，判断错误，主观臆断、责任心不强，不进行定期维护、检
修，管理混乱等引起的失效。
第12章 零件材料与毛坯的选择 3. 零件的工作条件和失效分析 1) 分析零件的工作条件 首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载 荷引起的应力分布。载荷的性质是决定材料使用性能的主要依 据之一，计算应力是确定材料使用性能的数量依据。其次，考
按失效的性质可将失效分为变形失效、断裂失效、磨损失
效和腐蚀失效。零件或构件的失效可以是单一过程现象，也可 以是组合过程现象。图12-1列举了热锻模和冷镦模常出现的失 效形式及部位。
第12章 零件材料与毛坯的选择
图12-1 模具失效形式及部位
第12章 零件材料与毛坯的选择 (1) 变形失效：包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变 变形失效等。 (2) 断裂失效：包括韧性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳 断裂失效、蠕变断裂失效等。 (3) 磨损失效：包括粘着磨损失效、磨料磨损失效、接触 疲劳磨损、冲击磨损失效、微动磨损失效、气蚀失效等。 (4) 腐蚀失效：包括均匀腐蚀和局部腐蚀失效(点蚀、晶间
机械零件的失效名词解释
机械零件的失效名词解释一、引言机械零件作为机械设备的重要组成部分，其失效会直接影响设备的正常运行和寿命。
本文旨在探讨机械零件失效的相关名词解释，揭示机械零件失效的本质以及与之相关的因素，为机械设备的维护和改进提供有益的参考。
二、疲劳失效疲劳失效是机械零件失效的常见形式之一。
机械零件在长期的工作循环中，由于受到交变载荷的作用，会导致零件结构内部的颗粒发生位移和摩擦，最终导致损坏和疲劳断裂。
这种失效常见于轴承、齿轮等工作环境下的零件，并且其失效往往与材料的强度、零件的设计等因素有关。
三、磨损失效磨损失效是机械零件失效的另一常见形式。
机械零件在摩擦、磨擦和碰撞等工作过程中，由于不断的物理刺激，会引起零件表面的材料流失，逐渐磨损达到失效的状态。
磨损失效对机械零件的寿命有着显著的影响，因此，在实际生产中，我们需要对零件进行适当的润滑和保养。
四、腐蚀失效腐蚀失效是机械零件失效的另一个重要方面。
机械零件在恶劣环境条件下，如酸雨、海水浸泡等，会发生化学反应，导致零件表面金属疏松、锈蚀等，最终使零件失去原有的功能。
腐蚀失效的程度取决于环境条件、材料的耐腐蚀性以及零件的设计等因素。
五、热失效热失效是指机械零件在高温环境下由于热膨胀、热疲劳等因素引起的失效。
高温环境会使得机械零件的材料结构发生变化，引起体积膨胀、内部应力增加等问题，最终导致零件失效。
因此，在应用于高温领域的机械零件设计中，需考虑材料的热性能和热膨胀系数等因素。
六、扭转和弯曲失效扭转和弯曲失效主要指的是机械零件在扭转或弯曲运动过程中，由于受到过大的力导致失效。
这种失效常见于连杆、轴等零件，其产生的原因主要包括设计强度不足、材料强度不够等问题。
因此，在设计和选择机械零件时，需要合理考虑应力分析、材料选择等因素。
七、振动失效振动失效是机械零件失效的另一重要方面。
机械设备在工作过程中会产生各种振动，长期的振动会导致零件的疲劳破坏、磨损增加等问题，最终导致失效。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磨粒磨损磨痕
磨粒磨损示意图
磨料磨损是最常见的、危害最为严重的磨损形式。在各类 磨损形式中，磨料磨损大约占50%。
机械零件的失效与选用
13
（3）表面疲劳磨损
接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压 应力作用下，使材料表面疲劳而产生材料损失。 齿轮副、凸轮副、滚动轴承的滚动体与外座圈、轮箍 与钢轨等都可能产生表面疲劳磨损。形成麻坑。
机械零件的失效与选用
1. 断裂失效的分类（按断裂路径）
（1）沿晶断裂 指多晶体材料的裂纹萌生
与扩展是在晶界处发生的 分离过程 （2）穿晶断裂 指裂纹萌生和扩展是在晶 粒内部发生的断裂。 （3）混晶断裂
机械零件的失效与选用
7
2. 断口分析方法
断裂失效分析的核心和向导 断口三要素
F - 纤维状区 R - 放射状区（脆性特征） S - 剪切唇区（灰色）
2. 性能要求较高的金属零件的工艺路线（轴、齿轮 等）
毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火+回火，固 溶时效或渗碳等)精加工零件。
3. 精密金属零件的工艺路线（精密丝杠、镗床主轴）
毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火、 低温回火、固溶、时效或渗碳)半精加工稳定化处理或氮化 精加工稳定化处理零件。
机械零件的失效与选用
8
3. 断裂的微观特征
韧 性 断 裂 断 口
脆 性 断 裂 断 口
(
（
解
韧
理
窝
花
）
样
)
滑 移 分 离
(
沿 晶 断 口
之
冰
蛇
糖
形
花
滑
样
)
移
机械零件的失效与选用
9
三、磨损失效
磨损：相对运动时两金属表面不断损耗，使金属表面 状态和尺寸改变的现象。
活塞环与缸套之间的摩擦
机械零件的失效与选用
图8-4 高分子材料的加工工艺路线
机械零件的失效与选用
23
图8-5 陶瓷材料的加工工艺路线
机械零件的失效与选用
24
金属材料零件选材的工艺性能原则
图8-6 金属材料的加工工艺路线
机械零件的失效与选用
25
工艺性能 ：铸、锻、焊、机加工、热处理
1. 一般金属零件的工艺路线
毛坯正火或退火切削加工零件。
件与润滑等。
机械零件的失效与选用
15
四、腐蚀失效
腐蚀：材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产 生的损坏或变质现象。
1. 均匀腐蚀——全面腐蚀 2. 点腐蚀——局部腐蚀 3. 晶间腐蚀——局部腐蚀
机械零件的失效与选用
16
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
失效统计：
断裂仅占5% 腐蚀、磨损、疲劳破坏占74%
机械零件的失效与选用
10
1. 磨损失效的基本类型
（1）粘着磨损 （2）磨料磨损 （3）表面疲劳磨损 （4）冲刷磨损 （5）腐蚀磨损
机械零件的失效与选用
11
（1）粘着磨损
局部粘结(固相粘着)，使材料从 一个表面转移到另一表面或撕下 作为磨料留在两个表面之间
粘着磨损磨痕
机械零件的失效与选用
粘着磨损示意图
12
（2）磨粒（料）磨损
机械零件的失效与选用
20
零件使用时的工作条件
（1）受力状况 载荷的类型(例如动载、静载、循 环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式（拉伸） ；载荷的特点（均匀、集中）等。
（2）环境状况 温度特性、介质情况等。 （3）特殊要求 对导电性、磁性、热膨胀、密度 、外观等的要求。
机械零件的失效与选用
21
零件根据使用性能选材的步骤
（4）冲刷磨损 含固态粒子的流体(常为液体) 冲刷造成表面材料损失
（5）腐蚀磨损
冲刷磨损示意图
摩擦的同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生表
层金属的损失或迁移现象。
机械零件的失效与选用
14
2. 影响磨损失效的基本因素
（1）摩擦副材质 互溶性； 表面强化处理情况； 表层组织和结构缺陷。
（2）工况参数 接触应力、滑动距离和滑动速度、温度、介质条
机械零件的失效与选用
3
一、畸变失效
畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。 1. 弹性畸变失效——刚度 2. 塑性畸变失效——强度 3. 翘曲畸变失效
机械零件的失效与选用
4
二、断裂失效
机械零件的失效与选用
5
1. 断裂失效的分类（按断裂性质）
（1）韧性断裂 断裂前发生明显的宏观上的塑性变形 断口特征：明显缩颈，杯锥状、灰暗 （2）脆性断裂 断裂前未发生明显的宏观上的塑性变 形，或产生很小的永久变形 断口特征：断口平整、光亮 （3）韧性—脆性断裂
4、分析结果提交：提出失效性质、失效原因，预防措施
或建议，提交失效分析报告。
机械零件的失效与选用
19
7.2 机械零件选材原则
7.2.1 使用性能原则（首要原则）
使用性能是零件在使用状态下材料应该具有的机 械性能、物理性能和化学性能。
特殊条件下 工作的零件
大量机器零件 和工程构件
材料的使用性能应满足使用要求
17
7.1.2 失效分析的基本方法
任务：找出失效的主要原因，制订改进措施。
导致零件失效的主要原因的示意图
机械零件的失效与选用
18
失效分析程序：
1.事故调查
失效现场；背景材料。
2.资料搜集
3.实验分析
失效机械的结构分析 宏观和微观断口分析 失效件材料的成分分析 金相分析 失效件材料的组成相分析 失效件材料的力学性能检测、应力分析、测定
零件工作条件和失效形式分析，确定使用性能要求；
性能要求指标化：如强硬度、塑韧性等的具体数值。
几何形状、尺寸及载荷，计算应力分布；
利用手册选材。 局限性：力学性能与零件尺寸有关
零件 螺栓 传动轴 传动齿轮 弹簧
工作条件 应力 载荷 种类 性质 拉、剪 静载
弯、扭
循环 冲击
压、弯 扭、弯
循环 冲击
交变 冲击
第七章 机械零件的失效与 选用
7.1 机械零件的失效及失效分析 7.2 机械零件选材原则 7.3 典型零件的加工工艺
7.1 机械零件的失效及失效分析
失效：零件在使用过程中由于某种原因而不能圆满完成 指定的功能的现象。 失效导致严重事故
机械零件的失效与选用
2
7.1.1 零件失效形式
零件失效的模式及其失效机理
受载 状态
--
轴颈 摩擦
摩擦 振动
振动
常见失效形式
性能要求
过量变形，断裂
疲劳断裂，过量变形 轴颈磨损
断齿，磨损， 疲劳断裂，接触疲劳
弹性失稳， 疲劳破坏
强度，塑性
综合力学性能
表面高硬度及疲劳极限 心部强度及韧性 弹性极限，屈强比 疲劳极限
机械零件的失效与选用
22
7.2.2 工艺性能原则
满足生产工艺的要求