机械零件材料及毛坯的选择与质量检验

第十章机械零件材料及毛坯的选择与质量检验机械制造中,要获得满意的零件，就必须从结构设计、合理选材、毛坯制造及机械加工等方面综合考虑。而正确选择材料和毛坯制造方法将直接关系到产品的质量和经济效益，因此，这项工作是机械设计和制造中的重要任务之一。机械零件的使用性是多种多样的，对材料和毛坯的选择要考虑诸多因素。这里只介绍一些材料及毛坯选择的一般原则。第一节机械零件的失效在我们的现实中，机械设备可能发生多种故障。对故障研究分析，首先应根据零件的损坏形式，找出失效的主要原因，为选材和改进工艺提供必要的依据。一、失效的基本概念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。现代工业中零件的工作条件日益苛刻，零件的损坏往往会带来严重的后果，因此对零件的可靠性提出了越来越高的要求。另外，从经济性考虑，也要求不断提高零件的寿命。这些都使得失效分析变得越来越重要。失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工以至使用，都有很大的指导意义。二、零件失效的主要形式零件在工作时的受力情况一般比较复杂，往往承受多种应力的复合作用，因而造成零件的不同失效形式。零件的失效形式有超量变形、断裂和表面损伤三大类型。如图10-1所示。必须指出，实际零件在工作中往往不只是一种失效方式起作用。例如，一个齿轮，齿面之间的摩擦导致表面磨损失效，而齿根可能产生疲劳断裂失效，两种方式同时起作用。但一般来说，造成一个零件失效时总是一种方式起主导作用，很少有两种方式同时都使零件失效。失效分析的目的实际上就是要找出主要的失效形式。另外，各类基本失效方式可以互相组合，形成更复杂的复合失效方式，如腐蚀疲劳，蠕变疲劳，腐蚀磨损等等。但它们在特点上都各自接近于其中某一种方式，而另一种方式是辅助的，因此在分析时往往被归入主导方式一类中，例如腐蚀疲劳，疲劳特征是主导因素，腐蚀是起辅助作用的，因此被归入疲劳一类进行分析。三、零件失效的原因零件的失效可以由多种原因引起，大体上可分为设计、材料、加工和安装使用四个方面，图10-2是导致零件失效的主要原因的示意图。（1）结构设计不合理设计上导致零件失效的最常见原因是结构或形状不合理，即在零件的高应力处存在明显的应力集中源，如各种尖角、缺口、过小的过渡圆角，等等。另一种原因是对零件的工作条件估计错误，如对工作中可能的过载估计不足，因而设计的零件的承载能力不够。发生这类失效的原因在于设计，但可通过选材来避免，特别是当零件的结构与几何尺寸基本固定而难以作较大的改动时，就是如此来处理问题的。现在很少发生由于计算错误造成的设计事故。（2）材料选取不当选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。因此，对原材料加强检验是非常重要的步骤。赔（3妇）滤加工杨工艺参问题虾零件拆加工井成型怕过程绘中，爪由于染加工园工艺车不良劳，也失会造正成各图种缺隐陷。靠例如袍锻造屈不良痛可造纪成带牵状组裹织、捕过热距或过帖烧现涉象等昨；冷饰加工砌不良差时光示洁度殿太低电，产预生过宰深的耕刀痕齐、磨植削裂惠纹等述；热字处理新不良趁能造题成过下热、倘脱碳价、淬甘火裂魔纹、再回火桑不足同等；都这些咏都可碗导致省零件币的失泉效。们加工肤不良刺造成否的缺慕陷，斩尤其貌是热库处理止时产能生的攀缺陷特，与诉零件铺的设均计有对很大岩的关狮系。擦零件姓的外渡形和肺结构识设计秀不合脉理，逐会大贼大增袍加热朱处理由缺陷谁发生库的可军能性锋。获若零独件热陵处理半后残群留有乌较大风的内孔应力写，甚泡至有阅难以腐检查曾出来勇的裂搁纹时网，使灾用中急必定卧会造伐成严算重的迎损坏圾。盟（4勿）安蹦装灿不当大零件家安装吩时配老合过首紧、瞧过松丰、对冰中不际准、车固定爽不紧于等均醋可造桶成失到效或天事故模。在汽制造甩厂里意管理姻比较疲严格宏的情全况下资，使营用不积当常诚可成冶为零春件损江坏的赖主要沉原因舒。对输机器胁的维兽护保华养不六好，差没有涉遵守算操作哨规程井及工肯作时巴有较先大幅崇度的补过载嘉等也暮可以肠造成绣零件每的失旋效。思（5只）使筑用维遵护不模正确旬超载升荷运偷动，吨润滑搭条件始不良弹，零佳件磨僵损增猎加等并均可诚造成栏零件冬早期跟失效脂。管四、益失效理分析分的一道般方倍法剃跳正确骑的失柔效分伴析，销是找或出零尾件失饼效原档因，秒解决紧零件是失效饲问题珍的基欢础环冶节。管机械疾零件衰的失脑效分榜析是迹一项行综合航性的底技术宁工作有，大传致有后如下沈程序雾。浆（1男）尽础量仔赔细地勺收集肿失效站零件炉的残功骸，百并拍灵照记敞录实搞况，涛确定悬重点依分析哲的对盏象，拌样品毯应取绞自失团效的粪发源减部位披，或处能反余映失源效的良性质哄或特咽点的差地方垄。挽（2柄）详偿细记沃录并狱整理框失效此零件差的有丘关资罩料，每如设微计情浅况（轰图纸报）、院实际术加工耀情况嘴及尺剥寸、秃使用方情况级等。扑根据阴这些波资料驻全面石地从丸设计戏、加困工、推使用防各方扬面进臂行具雾体的仙分析系。香（3锄）对胃所选梁试样顷进行摧宏观滤（用缘肉眼豪或立钥体显加微镜牧）及降微观纲（用偷高倍旁的光畜学或浑电子纪显微病镜）条断口弊分析诱，以踏及必妄要的逝金相驰剖面浪分析盛，确却定失辜效的浮发源单点及开失效庄的方革式。途（4燕）对耀失效阅样品替进行殖性能爪测试拍、组姐织分粒析、蚂化学绍分析芹和无启损探敢伤，编检验灾材料穷的性宫能指中标是较否合碗格，猪组织遮是否筐正常妄，成电分是暖否符纱合要投求，镜有无厌内部票或表捷面缺堆陷等惜等，益全面露收集援各种宗必要顾的数飘据。身（5南）断胁裂力镰学分喊析。啦在某蚂些情盟况下结需要明进行舱断裂占力学客计算端，以后便于羡确定支失效室的原铜因及狠提出糖改进谅措施渠。少（6叶）综壤合各象方面廊分析耐资料尽作出申判断求，确撒定失爬效的浓具体雹原因津，提债出改伏进措魂施，炸写出疑报告眼。敌离在失煎效分驴析中笼，有唱两项筐最重核要的晌工作忧。一栋是收视集失态效零择件的馅有关纽资料鼻，这洗是判谎断失家效原盾因的材重要镇依据绘，必大要时辜作断商裂力劳学分压析。欣二是奋根据扎宏观糟及微捎观的符断口款分析饱，确赚定失你效发卸源地场的性爽质及奉失效那方式食。这乳项工拣作最钳重要趁，因情为它洲除了孙告诉娃我们愿失效冻的精择确地浅点和怀应该医在该衡处测防定哪漂些数灿据外慕，同炭时还躺对可幅能的请失效旗原因促能作劝出重面要指猫示。驱例如获，沿朝晶断绘裂应贩该是缘材料盯本身隐、加歉工或杀介质房作用穷的问羡题，穗与设紫计关束系不涉大。太第二诚节祖机散械零忆件材盏料选起择的劫一般肥原则贪机械花零件今的选胖材是庸一项底十分要重要暮的工序作。据选材是是否裕恰当寺，特术别是斧一台喇机器稼中关咐键零思件的志选材贿是否傲恰当表，将蹈直接赠影响轰到产兔品的疤使用订性能狡、使升用寿锐命及柳制造访成本梳。选堤材不排当，却严重猎的可跌能导俯致零押件的诸完全菌失效击。风判断蔑零件耳选材喇是否群合理童的基予本标灾志是搭：能驶否满仗足必赛需的殃使用秤性能警；能办否具迈有良克好的些工艺析性能笋；能石否实般现最胀低成简本。身选材季的任押务就剂是求银得三登者之凭间的帅统一勾。节因此迁选材秃时一露般应户遵循洪以下衬三个膀原则寒：驴一、变使用雄性能床零件扫选材撞应满淋足零水件工国作条岭件对坛材料园使用如性能裳的要区求此。划材料钥在使淋用过氏程中恭的表术现，简即使禽用性储能，墨是选我材时己考虑不的最私主要级根据破。不谋同零膊件所熔要求旦的使烘用性凝能是凝很不霸一样陶的，员有的辜零件坊主要邮要求榴高强耀度，漂有的景则要气求高谱的耐然磨性元，而唱另外伯一些付甚至典无严宫格的估性能汇要求撑，仅宜仅要弟求有列美丽校的外柏观。价因此孙，在幕选材然时，次首要叮的任玩务就越是准隐确地寒判断件零件园所要贩求的业主要玉使用戏性能织。居对所乞选材文料使亿用性婆能的索要求撕，是搬在对即零件灾的工辱作条镇件及禁零件章的失议效分谊析的叨基础伶上提益出的料。零植件的征工作客条件闪是复妈杂的笑，要先从受徒力状告态、筐载荷烈性质岸、工盏作温葬度、铺环境质介质肺等几徐个方骡面全洪面分肃析。雅受力猜状态秋有拉盈、压欢、弯货、扭脉等；王载荷棵性质朝有静匀载、挤冲击晕载荷灰、交苍变载肺荷等挂；工皱作温菜度可式分为制低温粉、室区温、厨高温吊、交华变温否度；呀环境过介质胡为与碎零件纹接触瓜的介困质，酿如润钱滑剂膀、海觉水、渴酸、劲碱、犹盐等臂。为溪了更窜准地所了解脉零件猪的使己用性乌能，盆还必寒须分怎析零秃件的徐失效谈方式唱，从柜而找屈出对册零件牛失效堆起主棋要作夕用的掏性能倍指标细。瞎见表苹10肉-1疗所示酱。乒有时驴，通降过改括进强具化方着式或松方法尝，可末以将常廉价伞材料隙制成增性能矿更好夸的零蝶件。立所以舍选材圈时，至要把丝材料赌成分绝和强租化手刷段紧瞎密结济合起勿来综论合考碌虑。素另外继，当放材料急进行尾预选煮后，钻还应暮当进去行实含验室笼试验津、台堆架试稠验、揉装机乞试验叔、小蔬批生南产等士，进绩一步昆验证底材料炮机械糊性能相选择央的可日靠性固。做二、臣工艺胡性能泉零件唉选材印应满绝足生艳产工祸艺对村材料丙工艺镜性能唉的要赏求倚。萍任何付零件禾都是算由不违同的耽工程愈材料如通过难一定联的加胸工工被艺制问造出绳来的勾。因米此材金料的千工艺住性能姥，即貌加工猎成零因件的违难易破程度攀，自久然应朗是选料材时吩必须污考虑辩的重晌要问晶题。铜所以售，熟赔悉材槐料的胞加工眉工艺泰过程踩及材准料的烟工艺策性能探，对盈于正逝确选话材是置相当者重要华的。桥材料享的工怜艺性浅能包毯括以触下内殖容：棉（1细）铸揉造性拼能损包含泻流动叔性、瘦收缩秩性、横疏松谁及偏倘析倾哗向、信吸气沈性、凡熔点区高低障等。阳（2诊）压橡力加纲工性比能悄指材绩料的纷塑性见和变孔形抗吉力等袜。葬（3有）焊辩接性惠能修包括素焊接针应力墓、变大形及兽晶粒详粗化临倾向拾，焊略缝脆忧性、蜂裂纹朵、气揭孔及迎其它木缺陷捎倾向候等。贞（4数）切饭削加黑工性匠能拉指切帖削抗翻力、窑零件佳表面被光洁朵度、战排除脏切屑吩难易敏程度雹及刀挡具磨咳损量参等。犹（5连）热害处理翁性能故指滤材料焰的热室敏感贞性、裤氧化示、脱抹碳倾后向、税淬透耍性、沫回火溜脆性努、淬评火变病形和浙开裂坑倾向卡等。负与使枯用性恳能的余要求教相比杯，工鼻艺性计能处税于次悉要地陵位；冻但在耕某些定情况熟下，抬工艺群性能苹也可朴成为贯主要小考虑烈的因祝素。内当工鸭艺性仓能和穗机械葛性能恭相矛饭盾时灭，有泛时正川是工债艺性艇能的屡考虑盯使得懂某些惭机械骡性能圣显然邻合格坝的材缴料不伸得不概加舍胖弃，傅此点著对于殖大批朴量生吐产的饮零件蓄特别即重要瓣。因改为在境大量两生产绍时，应工艺仅周期垃的长太短和蛇加工遮费用贞的高右低，杏常常流是生丝产的少关键畏。例炉如，初为了妖提高栗生产登效率增，而滋采用咱自动坐机床循实行塞大量际生产椒时，抗零件回的切著削性为能可信成为咐选材寸时考却虑的轮主要沸问题逝。此黑时，港应选戒用易辅切削翼钢之只类的狮材料菠，尽组管它貌的某俩些性及能并辫不是勿最好幅的。繁三、肆经济掉性滴零件羽的选垄材应幕力求疑使零册件生壮产的劝总成接本最周低您。侄除了动使用胳性能提与工热艺性隐能外欢，经余济性疫也是邮选材赏必须字考虑没的重甚要问广题。半选材哥的经为济性式不单文是指佣选用毕的材档料本拘身价询格应们便宜败，更茄重要帜的是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