機械零件材料及毛坯的選擇與質(zhì)量檢驗

1、第十章機械零件材料及毛坯的選擇與質(zhì)量檢驗機械制造中要獲得滿意的零件，就必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計、合理選材、毛坯制造及機械加工等方面綜合考慮。而正確選擇材料和毛坯制造方法將直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益，因此，這項工作是機械設(shè)計和制造中的重要任務(wù)之一。機械零件的使用性是多種多樣的，對材料和毛坯的選擇要考慮諸多因素。這里只介紹一些材料及毛坯選擇的一般原則。第一節(jié)機械零件的失效在我們的現(xiàn)實中，機械設(shè)備可能發(fā)生多種故障。對故障研究分析，首先應(yīng)根據(jù)零件的損

2、壞形式，找出失效的主要原因，為選材和改進工藝提供必要的依據(jù)。一、失效的基本概念零件在工作過程中最終都要發(fā)生失效。所謂失效是指：（1）零件完全破壞，不能繼續(xù)工作；（2）嚴重損傷，繼續(xù)工作很不安全；（3）雖能安全工作，但已不能滿意地起到預(yù)定的作用。只要發(fā)生上述三種情況中的任何一種，都認為零件已經(jīng)失效。失效分析的目的就是要找出零件損傷的原因，并提出相應(yīng)的改進措施?，F(xiàn)代工業(yè)中零件的工作條件日益苛刻，零件的損壞往往會帶來嚴重的后果，因此對零件的可

3、靠性提出了越來越高的要求。另外，從經(jīng)濟性考慮，也要求不斷提高零件的壽命。這些都使得失效分析變得越來越重要。失效分析的結(jié)果對于零件的設(shè)計、選材、加工以至使用，都有很大的指導(dǎo)意義。二、零件失效的主要形式零件在工作時的受力情況一般比較復(fù)雜，往往承受多種應(yīng)力的復(fù)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變形、斷裂和表面損傷三大類型。如圖101所示。最常見的情況是，設(shè)計者僅根據(jù)材料的常規(guī)性能指標作出決定，而這些指標根本不能反映材料對

4、所發(fā)生的那種類型失效的抗力。另一種情況是，盡管預(yù)先對零件的失效形式有較準確的估計，并提出了相應(yīng)的性能指標作為選材的依據(jù)，但由于考慮到其它因素（如經(jīng)濟性、加工性能等），使得所選材料的性能數(shù)據(jù)不合要求，因而導(dǎo)致了失效。材料本身的缺陷也是導(dǎo)致零件失效的一個重要原因，常見的缺陷是夾雜物過多，過大，雜質(zhì)元素太多，或者有夾層、折疊等宏觀缺陷。因此，對原材料加強檢驗是非常重要的步驟。（3）加工工藝問題零件加工成型過程中，由于加工工藝不良，也會造成各種

5、缺陷。例如鍛造不良可造成帶狀組織、過熱或過燒現(xiàn)象等；冷加工不良時光潔度太低，產(chǎn)生過深的刀痕、磨削裂紋等；熱處理不良能造成過熱、脫碳、淬火裂紋、回火不足等；這些都可導(dǎo)致零件的失效。加工不良造成的缺陷，尤其是熱處理時產(chǎn)生的缺陷，與零件的設(shè)計有很大的關(guān)系。零件的外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會大大增加熱處理缺陷發(fā)生的可能性。若零件熱處理后殘留有較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至有難以檢查出來的裂紋時，使用中必定會造成嚴重的損壞。（4）安裝不當(dāng)零件安裝時配合過緊、過松

6、、對中不準、固定不緊等均可造成失效或事故。在制造廠里管理比較嚴格的情況下，使用不當(dāng)常可成為零件損壞的主要原因。對機器的維護保養(yǎng)不好，沒有遵守操作規(guī)程及工作時有較大幅度的過載等也可以造成零件的失效。（5）使用維護不正確超載荷運動，潤滑條件不良，零件磨損增加等均可造成零件早期失效。四、失效分析的一般方法正確的失效分析，是找出零件失效原因，解決零件失效問題的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。機械零件的失效分析是一項綜合性的技術(shù)工作，大致有如下程序。（1）盡量仔細地收

7、集失效零件的殘骸，并拍照記錄實況，確定重點分析的對象，樣品應(yīng)取自失效的發(fā)源部位，或能反映失效的性質(zhì)或特點的地方。（2）詳細記錄并整理失效零件的有關(guān)資料，如設(shè)計情況（圖紙）、實際加工情況及尺寸、使用情況等。根據(jù)這些資料全面地從設(shè)計、加工、使用各方面進行具體的分析。（3）對所選試樣進行宏觀（用肉眼或立體顯微鏡）及微觀（用高倍的光學(xué)或電子顯微鏡）斷口分析，以及必要的金相剖面分析，確定失效的發(fā)源點及失效的方式。（4）對失效樣品進行性能測試、組織