机械工程材料作业整理Word格式.docx
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比例极限,弹性极限,屈服强度,抗拉强度,断裂强度
2、弹性与塑形指标
弹性:
弹性能
塑形:
断后伸长率,断面收缩率
3、硬度指标
失效形式 强度:
断裂、塑性变形
塑性:
塑性变形
刚度:
过量弹性变形
硬度:
磨损
韧性与疲劳强度:
断裂
3、过量弹性变形、过量塑性变形而失效得原因就是什么?
如何预防?
失效得责任主要在于设计者得考虑不周、计算错误或选材不当,故防止措施主要应从设计方面考虑。
过量弹性变形产生变形得主要原因就是材料刚度不够。
预防途径:
1.选择合适得材料或结构
2.确定适当得匹配尺寸
3.采用减少变形影响得转接件,比如在系统中采用软管等柔性构件,可显著减少弹性变形得有害影响。
过量塑性变形产生变形得主要原因就是材料得弹性极限,屈服强度不够.预防途径:
1.降低实际应力:
降低工作应力;
减少残余应力;
降低应力集中.
2.提高材料得屈服强度:
通过合金化、热处理等方法。
4、何谓冲击韧性?
如何根据冲击韧性来判断材料得低温脆性倾向?
冲击韧性就是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功与断裂功得能力,即反映材料承受外来冲击负荷而不断裂得抵抗能力。
冲击韧性指标得实际意义在于揭示材料得变脆倾向.
材料得冲击吸收功随温度降低而降低,当温度低于韧脆转变温度时,材料由韧性状态变为脆性状态得现象,称为低温脆性。
从试样结果瞧(参见沈莲《机械工程材料》第三版P10图1-4)冲击韧性高得材料得低温脆性倾向小。
但如果在低温条件下使用得零件,设计要考虑冲击韧性与韧脆转变温度。
作业二
1.何谓断裂韧性?
影响脆断得主要因素有哪些?
材料抵抗裂纹扩展断裂得韧性性能称为断裂韧性.就是材料抵抗脆性破坏得韧性参数。
通常主要以断裂韧度来衡量。
影响脆断得主要因素有:
1、加载方式与材料本质:
冶金缺陷会引起冷脆,比如过热引起晶粒异常长大,非金属夹杂物颗粒沿晶界析出;
有害杂质元素沿晶界偏聚,减弱了晶界结合力等。
2、温度与加载速度:
降低使用温度与增加加载速度都会引起材料脆断倾向增大。
3、应力集中
4、零件尺寸设计不合理
2.压力容器钢得σS=1000MPa,KIC =170MPa•m1/2;
铝合金得σS=400MPa,KIC=25MPa•m1/2 。
试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹得临界尺寸就是多少设裂纹得几何形状因子Y=π1/2?
哪一种材料更适合做压力容器?
解:
裂纹得临界尺寸ac=(KIC/Y*σS)2
压力容器钢:
ac=(170/(1、77*1000)2=0、0092m
铝合金:
ac=(25/(1、77*400)2=0、0012m
由于压力容器钢得零件允许存在得裂纹最大尺寸大于铝合金得,所以压力容器钢更适合做压力容器。
3.查资料,到现场(汽车系、机械系、材料系实验室),从下列汽车零件中任选一种,分析它在使用中得主要失效形式,您选材时主要考虑哪些主要力学性能,为什么?
变速箱齿轮,驾驶室外壳(车身),发动机中得活塞,发动机缸体,发动机缸盖,曲轴,半轴,减振弹簧(钢板弹簧)
常见汽车零件得工作条件及失效形式:
1、ﻩ齿轮工作条件、失效形式及性能要求
齿轮就是汽车中应用最广得零件之一,主要用于传递扭矩与调节速度。
(1)工作条件
1)由于传递扭矩,齿根承受较大得交变弯曲应力;
2)齿面相互滑动与滚动,承受较大得交变接触力及强烈得摩擦;
3)由于换档、启动或啮合不良,齿部承受一定得冲击;
(2)主要失效形式
1)疲劳断裂主要发生在齿根。
它就是齿轮最严重得失效形式;
2)齿面磨损;
3)齿面接触疲劳破坏;
4)过载断裂;
(3)性能要求
1)高得弯曲疲劳强度
2)高得接触疲劳强度与耐磨性
3)齿轮心部要有足够得强度与韧性
4)较好得热处理性能,热处理变形小。
2、 汽车发动机曲轴得工作条件、失效形式及性能要求
1)承受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。
2)曲轴颈与轴承发生滑动摩擦
3)承受一定得冲击载荷
(2)主要失效形式
1)疲劳断裂 长期受扭转与弯曲交变载荷作用
2)磨损失效轴颈严重磨损
(3)对曲轴用材料性能要求
1)高得强度;
2)一定得冲击韧度;
3)足够得弯曲、扭转疲劳强度;
4)足够得刚度;
轴径表面有高得硬度与耐磨性。
3、汽车弹簧零件得工作条件、失效形式及性能要求
1)弹簧在外力作用下,压缩、拉伸、扭转时材料将承受很大得弯曲应力或扭转应力.
2)缓冲、减震或复原用得弹簧,承受很大得交变应力与冲击载荷得作用
1)刚度不足引起得过度变形
2)疲劳断裂
(3)对弹簧用材性能要求
1)高得弹性极限与屈强比(σs/σb)
2)高得疲劳强度
3)好得表面质量
4)良好得耐蚀性与耐热性
4、半轴零件得工作条件、失效形式及性能要求
(1)半轴得工作条件
1)工作时主要受交变弯曲与扭转应力得复合作用;
2)轴与轴上零件有相对运动, 相互间存在摩擦与磨损;
3)轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受冲击载荷;
4)多数轴会承受一定得过载载荷.
(2)半轴得失效方式
1)长期交变载荷下得疲劳断裂(包括扭转疲劳与弯曲疲劳断裂);
2)大载荷或冲击载荷作用引起得过量变形、断裂;
3)与其它零件相对运动时产生得表面过度磨损。
(3)半轴得性能要求
1)综合机械性能:
足够强度、塑性与一定韧性,以防过载断裂、冲击断裂;
2)高疲劳强度,对应力集中敏感性低,以防疲劳断裂;
3)表面要有高硬度、高耐磨性,以防磨损失效;
4)足够淬透性,良好切削加工性能,价格便宜。
5、活塞零件得工作条件、失效形式及性能要求
(1)活塞得工作条件
活塞在高温、高压、高速、润滑不良得条件下工作。
1)活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上,因此,受热严重,而散热条件又很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达600~700K,且温度分布很不均匀;
2)活塞顶部承受气体压力很大,特别就是做功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9MPa,这就使得活塞产生冲击,并承受侧压力得作用;
3)活塞在气缸内以很高得速度(8~12m/s)往复运动,且速度在不断地变化,这就产生了很大得惯性力,使活塞受到很大得附加载荷。
活塞在这种恶劣得条件下工作,会产生变形并加速磨损,还会产生附加载荷与热应力,同时受到燃气得化学腐蚀作用。
(2)活塞失效形式
1)活塞顶面裂纹;
2)活塞环槽过度磨损;
3)活塞销座裂纹,销孔咬合;
4)环岸与裙部脆断.
(3)活塞得性能要求
1)要有足够得强度、刚度、质量小、重量轻,以保证最小惯性力.
2)导热性好、耐高温、高压、腐蚀,有充分 得散热能力,受热面积小。
3)活塞与活塞壁间应有较小得摩擦系数。
4)温度变化时,尺寸、形状变化要小,与汽缸壁间要保持最小得间隙。
5)热膨胀系数小,比重小,具有较好得减磨性与热强度。
6、发动机缸体零件得工作条件、失效形式及性能要求
(1)发动机缸体得工作条件
缸体通常在处于高温、高载荷、磨损剧烈得状态下工作,承受较大得热冲击作用与承受较大得压力,同时工作在液体油得沉浸下,工作环境潮湿.
(2)发动机缸体失效形式
1)过量变形;
2)缸体渗漏
(3)发动机缸体得性能要求
1)要有足够高得刚度、强度、硬度,高得耐磨性;
2)配气机构能够准时得进气排气,气缸内密封性好,无漏油;
3)缸体工作时内部高压高温,因此需要有良好得散热条件;
4)良好得减震性;
4)发动机缸体形状复杂,因此要便于成型.
7、发动机缸盖零件得工作条件、失效形式及性能要求
(1)发动机缸盖得工作条件
缸盖安装在缸体得上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。
它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大得热负荷与机械负荷.
(2)发动机缸盖失效形式
过量塑性变形,拆卸后重装密封性下降;
(3)发动机缸盖得性能要求
1)高得高温强度;
2)好得密封性;
3)良好得导热性;
4)发动机缸盖形状复杂,因此要便于成型。
8、汽车车身得工作条件、失效形式及性能要求
(1)汽车车身得工作条件
汽车车身既就是外观装饰性得零件,又就是封闭薄壳状得受力零件。
它主要起得就是支撑作用以及防止在行驶过程中损坏与驾驶人在冲击过程中受到伤害得作用。
由于长期暴露在空气中,所以要求有一定得防腐蚀作用,当然其形状得设计也要符合一定得力学规律,即减少在行驶过程中得受力,用以降低损耗.
(2)汽车车身得失效形式
1)一般在长时间工作后由于受到内部震动影响容易出现部分部位脱焊得状况,直接导致失效;
2)部分区域应力集中发生非弹性变形、扭曲;
3)磨损、锈蚀也就是其常见得一种失效形式。
(3)汽车车身得性能要求
由于汽车车身具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大与表面质量要求高等特点,所以要求有以下性能:
1)足够得强度;
2)良好得塑性与韧性,良好得冲压性能;
3)一定得刚性与尺寸稳定性;
4)良好得焊接性能;
作业3
1、有一根轴向尺寸很大得轴(圆形截面杆件各截面中心点得连线叫轴线,沿这个方向叫轴向;
自截面中心点放射方向叫径向。
自杆件端点到轴线上某点得距离长短叫轴向尺寸),在500℃温度下工作,承受交扭转载荷与交变弯曲载荷,轴颈处(轴与轴承配合得部分)承受摩擦力与接触压应力,试分析此轴得失效形式可能有几种?
设计时需要考核哪几个力学性能指标?
答:
根据其工作条件,此轴失效方式主要就是疲劳断裂与轴颈处磨损,也可能出现冲击过载断裂,塑性变形或高温蠕变。
从失效分析瞧,设计时需要考核力学性能指标:
高得疲劳强度,防止疲劳断裂;
优良得综合力学性能,即较高得屈服强度与抗拉强度、较高得韧性,防止塑性变形与冲击过载断裂;
轴颈处具有高得硬度与耐磨性,防止磨损失效;
高得蠕变抗力、耐蚀性等.
2、实际晶体中得晶体缺陷有哪几种类型,它们分别对金属材料力学性能有何影响?
试分别举一例在实际生产(生活)得应用。
实际晶体中偏离理想完整点阵得部位或结构称为晶体缺陷。
根据缺陷在晶体中分布得几何特点,可将其分为3大类,即点缺陷、线缺陷与面缺陷。
点缺陷会使周围得晶格发生畸变,进而使位错运动时阻力增大,从而引起材料强度、硬度上升,塑性、韧性下降。
生产中固溶强化就就是利用此原理,比如热处理(淬火);
加合金元素固溶于奥氏体、铁素体、马氏体中,产生固溶强化。
位错就是一种及重要得晶体缺陷,它对金属得塑性变形,强度与断裂有很重要得作用,塑性变形就其原因就就是位错得运动,而强化金属材料得基本途径之一就就是阻碍位错得运动。
深入了解位错得基本性质与行为,对建立金属强化机制将具有重要得理论与实际意义。
金属材料得强度与位错在材料受到外力得情况下如何运动有很大得关系。
如果位错运动受到得阻碍较大,则材料强度、硬度就会较高.实际材料在发生塑性变形时,位错得运动就是比较复杂得,位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中得溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动,从而使材料出
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