【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； ? 綜合分析得出結果。 選材的一般原則 ? 使用性能； ? 工藝性能； ? 經濟性能。 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、承載結構 剛度 韌性 物理性能 密度 航天、航空 導熱性 熱交換器、隔熱裝置 導電性 電機電器、輸變電設備 化學性能 耐熱性 加熱設備、化工設備 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化為對材 料性能指標和具體數值的要求。 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 應力 種類 載荷 性質 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系； ? 力學性能指標在選材中的應用意義； ? 材料強度與塑性、韌性的合理配合； ? 注意提高零件的結構效率。 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 經濟性能選材原則 ? 產品價值分析； ? 產品的總成本分析； ? 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 ?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、溫度、雜質和氣體）； ?充型能力的影響因素： 鑄型條件；鑄型的發(fā)氣；鑄型溫度；鑄件結構。 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； ?鑄件結構和鑄型 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。 鑄造應力及鑄件的變形、裂紋 ?熱應力；機械應力； ?鑄件的變形及其防止： 變形－－鑄件厚的部分受拉應力，薄的部分受壓應力，內應力超過合金的屈服極限時，鑄件就會產生變形。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，常出現在鑄件受拉伸部位。 砂型鑄造 ?砂型鑄造的生產過程及其特點 砂型鑄造的生產工藝流程見書圖10－ 14。 ?手工造型－操作靈活，生產效率低，鑄件質量不高； ?機器造型－生產量大，但是不能生產厚壁和大型鑄件。 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 生產過程和球墨鑄鐵相似。 特點：流動性好，可以澆鑄出復雜鑄件和薄壁鑄件。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，常存在一些殘余應力，需進行熱處理。 鑄鋼的熔煉 ?三相電弧爐； ?感應電爐； ?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。 ? 一般應遵守順序凝固的原則，設置冒口和冷鐵。對薄壁件應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 ? 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，它是利用鍛壓設備上下砧塊和一些簡單通用工具，使坯料在壓力作用下產生塑性變形。 ? 根據鍛造設備類型不同，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。 ? 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?？梢姡瑢τ诖笮湾懠?，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，鍛造生產率低，勞動強度較大。 ? 1. 自由鍛設備 ? 根據施加在鍛件上作用力的性質，自由鍛設備可分為鍛錘 (空氣錘、蒸汽 —空氣錘 )和液壓機 (水壓機、油壓機 )兩大類。鍛錘產生沖擊力，液壓機產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，不需要輔助設備，操作方便，但結構較復雜，錘擊能力有限，廣泛應用于中小型鍛件的生產。 ? (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中。 自由鍛件的結構工藝性 板料沖壓 ? 板料沖壓是指利用沖模使板料產生分離或變形，從而獲得制件的加工方法。 ? 板料沖壓的特點：生產率高，操作簡單，工藝過程易于實現機械化、自動化；沖壓件質量好，尺寸精度高，互換性好；可沖制形狀復雜的零件，材料利用率高，廢品率低；沖模結構復雜，材料和制造成本高，只有在大批量生產的條件下，才能顯示出它的優(yōu)越性。 ? 常用的沖壓設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，切向受壓應力作用，厚度有所增大。 ? (2)拉深系數 ? 拉深件直徑 d與坯料直徑 D的比值稱為拉深系數，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。產生破裂的原因主要有以下幾點： ? ①凸凹模圓角半徑設計不合理 ? 拉深模的工作部分不能設計成鋒利的刃口，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)。彎曲時材料內側受壓，而外側受拉。當外側拉應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、內彎曲半徑 r越小，則壓縮及拉伸應力越大，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