【正文】 各種冷、熱加工缺陷 使用 安裝不良、維護不善、操 作不當、過載使用 失效分析的工具 ? 肉眼及光學顯微鏡（ OM）； ? 掃描電子顯微鏡（ SEM）； ? 透射電子顯微鏡（ TEM）； ? X射線熒光鏡； ? X射線衍射及立體顯微鏡。 失效分析的基本步驟 ? 調(diào)查取證； ? 整理分析； ? 斷口分析； ? 成分組織性能的分析與測試； ? 綜合分析得出結(jié)果。 選材的一般原則 ? 使用性能； ? 工藝性能； ? 經(jīng)濟性能。 使用性能選材原則 分類 典型性能 用途 力學性能 強度 各機械裝置、承載結(jié)構(gòu) 剛度 韌性 物理性能 密度 航天、航空 導(dǎo)熱性 熱交換器、隔熱裝置 導(dǎo)電性 電機電器、輸變電設(shè)備 化學性能 耐熱性 加熱設(shè)備、化工設(shè)備 耐蝕性 功能器件，敏感元件 功能特性 電、磁、聲、光、熱等性能 第二十二講 2）按使用性能選材的方法與步驟 ? 分析零件的工作條件，確定其使用 性能； ? 進行失效分析； ? 將零件的使用性能要求轉(zhuǎn)化為對材 料性能指標和具體數(shù)值的要求。 典型零件按使用性能分析 零件 工作條件 常見失效形式 性能要求 應(yīng)力 種類 載荷 性質(zhì) 受載 狀態(tài) 螺栓 拉、 剪 靜載 過量變形，斷裂 強度，塑性 傳動軸 彎、 扭 循環(huán) 沖擊 軸頸 摩擦 疲勞斷裂，過量變形 ，軸頸磨損 綜合力學性能 傳動齒輪 壓、彎 循環(huán) 沖擊 摩擦 振動 斷齒，磨損， 疲勞斷裂，接觸疲勞 表面高硬度及疲勞極限 ，心部強度及韌性 彈簧 扭、 彎 交變 沖擊 振動 彈性失穩(wěn)， 疲勞破壞 彈性極限，屈強比 ，疲勞極限 按力學性能選材需注意的問題 ? 材料性能與零件性能的關(guān)系； ? 力學性能指標在選材中的應(yīng)用意義； ? 材料強度與塑性、韌性的合理配合； ? 注意提高零件的結(jié)構(gòu)效率。 工藝性能的選材原則 ? 金屬材料的工藝性能； ? 高分子材料的工藝性能； ? 陶瓷材料 經(jīng)濟性能選材原則 ? 產(chǎn)品價值分析； ? 產(chǎn)品的總成本分析； ? 材料成本分析。 第 10章 鑄造 前言 ?鑄造的概念； ?鑄造的特點； ?鑄造的缺點。 鑄造成形的理論基礎(chǔ) ?合金的鑄造性能： 液態(tài)合金的充型能力；收縮；偏析；氧化 和吸氣等。 ?合金的流動性： 影響合金流動性的因素（成分、物理性 質(zhì)、溫度、雜質(zhì)和氣體）； ?充型能力的影響因素： 鑄型條件；鑄型的發(fā)氣；鑄型溫度；鑄件結(jié)構(gòu)。 鑄造合金的收縮 ?收縮的概念； ?收縮的階段： 1）液態(tài)收縮； 2）凝固收縮； 3）固態(tài)收縮。 影響收縮的因素 ?合金成分； ?澆注溫度； ?鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型 鑄件中的縮松和縮孔 ?縮孔：存在于鑄件上部或最后凝固的部位，縮孔的外形特征：多呈倒錐形，內(nèi)表面不光滑?？s孔的形成過程見書圖 10－ 4。 ?縮松：多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆口附近甚至厚大鑄件的整個斷面，它分布面廣，難于控制。其形成過程見書圖 10－ 5。 鑄造應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋 ?熱應(yīng)力；機械應(yīng)力； ?鑄件的變形及其防止： 變形－－鑄件厚的部分受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力超過合金的屈服極限時，鑄件就會產(chǎn)生變形。防止：采用同時凝固；反變形法；加強 筋。 ?鑄件的裂紋及防止： 熱裂－凝固后期高溫下形成的，主要是由于收縮受到機械阻礙作用而形成的。 冷裂－在較低溫度下形成的，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位。 砂型鑄造 ?砂型鑄造的生產(chǎn)過程及其特點 砂型鑄造的生產(chǎn)工藝流程見書圖10－ 14。 ?手工造型－操作靈活，生產(chǎn)效率低，鑄件質(zhì)量不高； ?機器造型－生產(chǎn)量大，但是不能生產(chǎn)厚壁和大型鑄件。 砂型鑄造工藝過程簡介 ?造型； ?熔煉和澆注； ?落砂與清理。 鑄造工藝圖 ?澆注位置的選擇； ?鑄型分型面的選擇； ?工藝參數(shù)的確定； ?鑄造工藝圖。 特種鑄造 ?熔模鑄造； ?金屬型鑄造； ?壓力鑄造； ?離心鑄造。 常用合金鑄件生產(chǎn)特點 1）鑄鐵件 灰鑄鐵：主要采用沖天爐熔煉，砂型鑄造，容易鑄造薄壁鑄件，一般不設(shè)置補縮手段，小件可采用濕型鑄造。 2）球墨鑄鐵 球化處理見圖 10－ 32所示。 3）可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是用低 C低 Si的鐵水澆注出的白口組織的鑄件毛坯，然后經(jīng)長時間的高溫石墨化退火使白口鑄件中的滲碳體分解為團絮狀石墨，從而得到由團絮狀石墨和不同基體組成的鑄鐵。 特點：收縮大，流動性差。 4）蠕墨鑄鐵 生產(chǎn)過程和球墨鑄鐵相似。 特點：流動性好，可以澆鑄出復(fù)雜鑄件和薄壁鑄件。一般澆注后不進行熱處理，鑄態(tài)時直接使用。 鑄鋼件 ?鑄鋼分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼； ?鑄鋼的特點：綜合力學性能高于各類鑄鐵，不僅強度高，且有優(yōu)良的塑性和韌性，焊接性好； ?缺點：晶粒粗大、組織不均勻，常存在一些殘余應(yīng)力，需進行熱處理。 鑄鋼的熔煉 ?三相電弧爐； ?感應(yīng)電爐； ?平爐。 鑄鋼的鑄造工藝特點 ?熔點高（約 1500℃ ）、流動性差、收縮率高（達到 2％）。在熔煉過程中易吸氣和氧化， 在澆注過程中易產(chǎn)生粘砂、澆不足、冷隔、縮孔、變形、裂紋、夾渣和氣孔。 ?鑄鋼所用型砂須有良好的透氣性、耐火性、強度和退讓性。 ? 一般應(yīng)遵守順序凝固的原則，設(shè)置冒口和冷鐵。對薄壁件應(yīng)遵循同時凝固的原則。 第 11章 壓力加工 ? 金屬的塑性成形又稱為壓力加工，是指在外力的作用下，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的型材、毛坯或零件的成形加工方法。 ? 塑性加工的產(chǎn)品主要有原材料、毛坯和零件三大類。 ? 壓力加工的方法：軋制、擠壓、拉拔、自由鍛造、模型鍛造和板料沖壓 ? 壓力加工的優(yōu)缺點 壓力加工的理論基礎(chǔ) ? 金屬的纖維組織及鍛造比 ? 金屬的鍛造性能 ? 金屬的變形規(guī)律 ? 金屬的纖維組織及鍛造比 金屬的鍛造性能 金屬的變形規(guī)律 常用鍛造方法 ? 自由鍛 ? 自由鍛造，簡稱自由鍛，它是利用鍛壓設(shè)備上下砧塊和一些簡單通用工具，使坯料在壓力作用下產(chǎn)生塑性變形。 ? 根據(jù)鍛造設(shè)備類型不同，自由鍛可分為鍛錘自由鍛和水壓機自由鍛二種。前者用于鍛造中、小鍛件，后者用于鍛造大型鍛件。 ? 自由鍛造具有以下三個特點：自由鍛造具有以下三個特點： ? ①自由鍛使用工具簡單，通用性強，靈活性大，因此適合單件小批鍛件的生產(chǎn)。 ? ②自由鍛件是由坯料逐步變形而成，工具只與坯料部分接觸，故所需設(shè)備功率比模鍛要小得多，所以自由鍛適于鍛造大型鍛件。如萬噸模鍛水壓機只能模鍛幾百公斤重的鍛件，而萬噸自由鍛水壓機卻可鍛造重達百噸以上的大型鍛件。可見，對于大型鍛件，只能采用自由鍛成型。 ? ③自由鍛是靠人工操作來控制鍛件的形狀和尺寸，所以鍛件的精度差，鍛造生產(chǎn)率低，勞動強度較大。 ? 1. 自由鍛設(shè)備 ? 根據(jù)施加在鍛件上作用力的性質(zhì)，自由鍛設(shè)備可分為鍛錘 (空氣錘、蒸汽 —空氣錘 )和液壓機 (水壓機、油壓機 )兩大類。鍛錘產(chǎn)生沖擊力，液壓機產(chǎn)生靜壓力使金屬變形。 ? (1)空氣錘 ? 空氣錘的規(guī)格以落下部分重量來表示，一般為 50～ 1000㎏。 ? 空氣錘的特點是：錘頭速度可達到 7～ 8m／ s，不需要輔助設(shè)備，操作方便，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，錘擊能力有限，廣泛應(yīng)用于中小型鍛件的生產(chǎn)。 ? (2)水壓機 ? 水壓機的優(yōu)點在于它以靜壓力代替鍛錘的沖擊力，上抵鐵速度約為 ～ m／ s。從而避免了對地基及建筑物的震動，工作環(huán)境噪音小，也比較安全。水壓機的壓力在整個沖程中都是不變的，故能充分利用有效沖程進行鍛造，它比錘上鍛造容易達到較大的鍛透深度，鍛件的整個截面可獲得細晶粒組織。 ? 水壓機的缺點是設(shè)備龐大，并需一套供水系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)，造價較高。 ? 水壓機的規(guī)格用壓力來表示，也稱噸位。水壓機施加的壓力可達 800～ 12023噸，所鍛鋼錠的重量由 1噸到 300噸，廣泛用于碳素鋼、合金鋼、高合金鋼及特殊鋼等大型鍛件的單件小批生產(chǎn)中。 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 板料沖壓 ? 板料沖壓是指利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形，從而獲得制件的加工方法。 ? 板料沖壓的特點：生產(chǎn)率高，操作簡單，工藝過程易于實現(xiàn)機械化、自動化；沖壓件質(zhì)量好，尺寸精度高，互換性好；可沖制形狀復(fù)雜的零件，材料利用率高，廢品率低；沖模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料和制造成本高，只有在大批量生產(chǎn)的條件下，才能顯示出它的優(yōu)越性。 ? 常用的沖壓設(shè)備主要有剪床和沖床。剪床的用途是將板料切成一定寬度的條料，供沖壓用。沖床則是沖壓加工的基本設(shè)備，可用于切斷、落料、沖孔、彎曲、拉深和其它沖壓工序。 ? 板料沖壓的基本工序可分為分離工序和成形工序兩大類。 分離工序 分離工序是將一塊完整板料按要求分成兩部分，如落料、沖孔、切斷和修整等。 ? (1)沖裁變形過程 ? (2)凸凹模間隙 凸凹模間隙不僅嚴重影響沖裁件的斷面質(zhì)量，而且影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。 (3)凸、凹模刃口尺寸的確定 (4)沖裁力的計算 ? 2. 修整 修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，以切掉普通沖裁時在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度 3. 切斷 切斷是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。 成形工序 ? 成形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序，如拉深、彎曲、翻邊、脹形等。 ? 1. 拉深 ? (1)拉深過程 ? 利用模具使落料后得到的平板坯料變形成開口空心零件的成形工序(圖 1010)。其變形過程為：把直徑是 D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，板料通過塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，形成空心零件。拉深件的底部一般不變形，只起傳遞拉力的作用，厚度基本不變。零件直壁由坯料外徑 D減去內(nèi)徑 d的環(huán)形部分所形成，主要受拉力作用，厚度有所減小。而直壁與底部之間的過渡圓角部位變薄最嚴重。拉深件的法蘭部分，切向受壓應(yīng)力作用，厚度有所增大。 ? (2)拉深系數(shù) ? 拉深件直徑 d與坯料直徑 D的比值稱為拉深系數(shù)，用 m表示，即 ? m＝ d/D ? m是衡量拉深變形程度的指標。 m越小，表明拉深件直徑越小，變形程度越大，坯料 ? 拉深件成形過程中最常見的質(zhì)量問題是破裂 (圖 1013)和起皺 (圖 1014)。 ? 破裂是拉深件最常見的破壞形式之一，多發(fā)生在直壁與底部的過渡圓角處。產(chǎn)生破裂的原因主要有以下幾點： ? ①凸凹模圓角半徑設(shè)計不合理 ? 拉深模的工作部分不能設(shè)計成鋒利的刃口，必須做成一定的圓角。對于普通低碳鋼板拉深件，凹模圓角半徑 Rd＝ (6～ 15)S。凸模圓角半徑Rp＝ (～ 1)Rd。當這兩個圓角半徑 (尤其是 Rd)過小時，就容易產(chǎn)生拉裂。 ? ②凸凹模間隙不合理 ? 拉深模的凸凹模間隙一般取 Z＝ (～ )S。間隙過小，模具與拉深件間的摩擦力增大，易拉裂工件，擦傷工件表面，降低模具壽命。 ? ③拉深系數(shù)過小 ? m值過小時，板料的變形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉力也加大，當超出其承載能力時，即會被拉斷。 ? ④模具表面精度和潤滑條件差 ? 2. 彎曲 ? 彎曲是使坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的工序 (圖 1015)。彎曲時材料內(nèi)側(cè)受壓，而外側(cè)受拉。當外側(cè)拉應(yīng)力超過坯料的抗拉強度極限時，即會造成金屬破裂。坯料越厚、內(nèi)彎曲半徑 r越小，則壓縮及拉伸應(yīng)力越大，越容易彎裂。為防止破裂，彎曲的最小半徑為 rmin＝ (～1)S， S為板料的厚度。材料塑性好，則彎曲半徑可小些。 第 12章