第十章 机械零件选材

第十章 工程材料与热加工工艺的选用
第一节 零件的失效分析 第二节 材料与成形工艺的选择原则
第一节 零件的失效分析
一、失效与失分析
所谓失效是指工程结构或零部件在使用过程中， 由于尺寸、形状或材料组织与性能等的变化而失去所 具有的效能的现象。
一般来说，零件有下列情况之一时，即认定为失 效：零件完全破坏，不能继续工作；虽能工作，但不 能保证安全；虽保证安全，但不能保证精度或起不到 预定的作用。
三、零件失效的原因
造成零件失效的原因是多 方面的，其主要原因有以 下几个方面： （一）零件设计不合理 （二）选材不当 （三）加工工艺不合理 （四）装配及使用不正确
零件失效的主要原因 设计思想有误 设计 工作条件分析错误 结构外形不合理 材料 选材不当 材质低劣（冶金缺陷） 加工 各种热加工缺陷 各种冷加工缺陷 安装不良 使用 维护不善 操作不当 过载使用
使用性能选材原则
使用性能简要分类
使用性能要求的简单分类
分类
典型性能
用途举例
力学性能
强度
刚度 韧性
各机械装置、承载结构零件，如齿轮、轴、螺栓、连 杆等
物理性能
密度
航天航空、运动机械
导热性
热交换器、隔热保温装置
导电性
电机电器、输变电设备
化学性能
耐热性 耐蚀性
热工动力机械与加热设备、化工设备、海洋平台、船 舶与户外结构
（二）经济性原则 在所选择的成形方法满足适应性原则的前提下， 应对可选的成形方案进行经济分析，选择成本低 廉的方案。 1．材料的利用率 前面介绍了材料价格对选材的影响，在关注材料 价格的同时，也要致力于提高材料的利用率。成 形方法选择应尽量使毛坯尺寸、形状与成品零件 相近，从而减少加工余量，提高材料的利用率， 减少机械加工工作量。

浅析机械零件选材机械零件的选材是机械设计中的关键问题之一，它直接影响机械产品的性能和质量，因此必须进行合理的选材。

本文将从材料性能选择、应力分析和可靠性分析三个方面对机械零件选材进行浅析。

一、材料性能选择在进行材料选择时，需要考虑许多因素，如材料的强度、硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性等等。

其中，强度是最为重要的因素之一，它直接决定了零件的载荷承受能力。

硬度可以影响零件的磨损和油封性能，韧性则决定了零件的冲击和抗裂性能，抗腐蚀性能可以决定机械零件的使用寿命。

因此，根据零件本身的载荷和使用环境，选择合适的材料是至关重要的。

二、应力分析在材料性能确定后，需要进行应力分析。

应力分析是材料力学中的一项重要内容，它可以直接反映出零件的可靠性和安全性。

在进行应力分析时，需要考虑零件的载荷特点、工作条件和材料本身的物理特性。

通过对零件的应力进行分析，可以确定零件的强度和刚度，以及零件受力时是否出现应力集中等问题。

根据应力分析的结果，可以决定材料的最大工作强度和安全系数。

因此，在进行机械零件设计时，应力分析必不可少。

三、可靠性分析在进行选材和应力分析后，需要进行可靠性分析。

可靠性分析是机械设计中的一种重要方法，它可以直接反映机械产品的质量和使用寿命。

在进行可靠性分析时，需要考虑机械产品的使用环境、工况特点，以及机械零件的精度、工艺等。

通过可靠性分析，可以预测机械产品的故障率和寿命，在进行机械零件的选材和设计时，保证其可靠性是非常重要的。

综上所述，对机械零件进行合理的选材至关重要。

机械零件的选材需要考虑到材料的物理、机械特性，强度、硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性等等因素。

应力分析和可靠性分析必须进行，以保证机械零件的强度、稳定性和使用寿命，并确保机械产品的质量。

机械零件选材课件 (一)随着工业化进程的加速，机械在各个行业中的应用越来越广泛，做好机械零件选材就显得尤为重要。

因此，在机械工程学科中，机械零件选材是一门必修课程。

下面，我们来看一下“机械零件选材课件”的内容。

一、什么是机械零件选材机械零件选材是指根据机械零件的结构、性能要求，考虑其工作环境和使用条件，通过对现有材料的比较和评价，选择合适的材料，进行机械零件的设计。

机械零件选材直接关系到机械设备的质量、性能和经济效益。

二、机械零件选材的基本原则1.机械零件选材的首要原则是满足机械零件的使用条件和性能要求，并保证其安全性、可靠性和寿命。

2.机械零件的选材需要考虑材料的可获得性、性价比、成型工艺、加工难易程度、耐磨性、抗腐蚀性、密度、强度、韧性、刚性等因素。

3.应尽量选用易于再生再利用以及易于处理的材料。

三、机械零件选材的主要内容1.金属材料的选用：金属材料常用于机械零件的制造，常用金属材料有：铁、铜、铝、镁、钛等。

它们的特性和应用略有不同，需要进行选择。

2. 非金属材料的选用：非金属材料的种类较为复杂，包括：玻璃、陶瓷、塑料、橡胶、复合材料等，但机械零件选材时一般不会直接选用，常作为辅助材料和配件使用。

3. 表面处理及防腐措施：表面处理是机械零件制造过程中必不可少的环节之一，常用的表面处理有：化学镀层、喷漆、热浸镀锌等。

防腐措施则可以采用热处理、涂层等方法，以延长零件使用寿命。

四、机械零件选材的案例分析通过对机械零件选材的基本原则和主要内容的学习，可以得到一些机械零件选材的案例分析。

例如：在选用螺丝钉的时候，要根据不同的扭力来选择不同的材料和强度等级；在选用连杆的时候，需要考虑其受力情况，尽可能选用高强度、高韧性的材料等。

五、机械零件选材的总结机械零件选材是机械设计的重要环节。

在进行机械零件选材时，需要根据机械零件的使用条件和性能要求，进行种类、性能相近的材料比较，最终选择最适合的材料，以提升机械设备的质量、性能和经济效益。

机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。

机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。

1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。

2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。

一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。

（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。

②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。

如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。

（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。

﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。

﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs、σb、δ、ψ、a k 目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。

2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。