《新課匯入》
機械零件設計應包括零件結構設計、材料選擇和工藝設計三個方面。三者相互影響，必須協調考慮。只重視零件的結構設計，而忽視材料的選擇，往往是造成零件在使用過程中不正常失效的重要原因之一。
因此，只有正確選擇工程材料，才能保證零件的設計要求。
《新課講授》
第九章機械零件的選用
§9—1 零件的失效分析
9.1.1失效的概念
一般來說，零件有下列情況之一時，即認定為失效：
達到規定使用壽命的正常失效是比較安全的；而過早的失效則會帶來經濟損失，甚至可能造成意想不到的人身和裝置事故。
9.1.2機械零件的失效形式
1、斷裂失效
斷裂失效是機械零件的主要失效形式。根據斷裂的性質和斷裂的原因，可分為以下幾種：
（1）延性斷裂 ；（2）脆性斷裂 ；（3）疲勞斷裂 ；（4）蠕變斷裂 。
2、過量變形
在外力作用下零件發生整體或區域性的過量彈性變形、塑性變形或蠕變導變形致整個機器或裝置無法正常工作，或者能正常工作但保證不了產品質量的現象，稱之為過量變形。
3、表面損傷
（1）磨損失效 ；（2）接觸疲勞失效 ；（3）腐蝕失效 。
9.1.3機械零件的失效的原因
1、零件設計不合理
①零件的結構、形狀、尺寸設計不合理—如鍵槽、孔或截面變化較劇烈的尖角處或尖銳缺口處容易產生應力集中，出現裂紋。②對零件在工作中的受力情況判斷有誤，設計時安全係數過小或對環境的變化情況估計不足造成零件實際承載能力降低等均屬設計不合理，③堅持用以強度條件為主，輔之以韌性要求的傳統設計方法，不能有效地解決脆性斷裂，尤其是低應力脆斷的失效問題。
2、選材不合理
例如用65mn 鋼製造的長度為2048mm剪刀板，淬火後伸長3～6 mm，使安裝孔距超差而報廢，後改用crwmn或cr12mo 鋼，淬火後伸長變形為1～2 mm ，滿足了尺寸要求。
3、工藝不合理
例如：①機械加工工藝不當。
②本學期熱處理實驗中，鉗工錘淬火後硬度不足，是因為加熱溫度低，保溫時間不足所致—加熱爐溫控指示誤差太大。
③bj212汽車輪殼螺栓低扭矩斷裂。究其原因：這種頭部薄的螺栓，滲層和淬透層過深，使頭部薄區脆斷抗力降低，在頭部與杆的根部，由於淬火應力不均勻導致根部產生拉應力，均是導致螺栓低扭矩斷裂的原因。
④某液壓系統中控制閥在作業過程中發生卡死失效，經分析發現失效閥體孔表層含過多不穩定的奧氏體，工作時在閥柱及液體的高壓接觸和卸壓過程中，轉變為馬氏體，其體積明顯增大，造成閥體孔變形及孔徑尺寸減小，致使控制閥閥柱被擠緊而不能正常運動。要避免類似現象再次出現，應在熱處理時，調整滲碳氣氛的成分，控制滲碳零件表面碳的質量分數，提高奧氏體向馬氏體轉變溫度，並可在淬火後立即進行冷處理，以減少殘餘奧氏體量。
可見，既使選材正確，但熱處理工藝不當，使零件在工作過程中組織發生變化，引起零件的形狀、尺寸發生改變，也會導致塑性變形失效。
4、安裝及使用不正確
機器零件的配合過緊、過鬆、對中不准、固定不牢或重心不穩，密封性差以及裝配擰緊時用力過大或過小等；在超速、過載，潤滑條件不良的情況下工作，工作環境中有腐蝕性物質及維修、保養不及時或不善等均會造成零件過早失效。
零件失效的原因是多種多樣的，實際情況往往非常複雜，乙個零件的失效可能是多種因素共同作用的結果。因此，必須根據零件損壞特徵仔細調查研究，分析判斷，找出主要原因。
§9—1機械零件的選材原則
材料的選擇是乙個多學科知識的綜合運用，要求設計者運用所學知識，根據國家資源、技術經濟效益，做出合理的選擇。
9.2.1選材的一般原則
選擇材料的基本原則是在首先保證材料滿足使用效能的前提下，再考慮使材料的工藝效能盡可能良好和材料的經濟性盡量合理。
1、滿足使用效能
所謂使用效能，是指材料能保證零件正常工作所必須具備的效能。一般選材時，首要任務是正確地分析零件的工作條件和主要的失效形式，以準確地判斷零件所要求的主要力學效能指標。
1、分析零件的工作條件（見教材p183）
2、判斷主要失效形式
零件的失效形式與其特定的工作條件是分不開的。要深入現場，收集整理有關資料，進行相關的實驗分析，判斷失效的主要形式及原因，找出原設計的缺陷，提出改進措施，確定所選材料應滿足的主要力學效能指標，為正確選材提供具有實用意義的資訊，確保零件的使用效能和提高零件抵抗失效的能力。
3、合理選用材料的力學效能指標
（1）正確運用材料的強度、塑性、韌性等指標
一般情況下，材料的強度越高，其塑性、韌性越低。片面地追求高強度以提高零件的承載能力不一定就是安全的，因為材料塑性的過多降低，遇有短時過載等因素，應力集中的敏感性增強，有可能造成零件的脆性斷裂。所以在提高屈服強度的同時，還應考慮材料的塑性指標。
（2）巧用硬度與強度等力學指標間的關係
由於硬度的測定方法簡單，又不損壞零件，且材料硬度與強度以及強度與其它力學效能之間存在著一定關係，所以大多數零件在圖紙上只標出所要求的硬度值，來綜合體現零件所要求的全部力學效能。一般硬度值確定的規律為：對承載均勻,截面無突變，工作時不發生應力集中的零件，可選較高的硬度值；反之，有應力集中的零件，則需要有較高的塑性，硬度值應適當降低；對高精度零件，為提高耐磨性，保持高精度，硬度值要大些；對相互摩擦的一對零件，要注意兩者的硬度值應有一定的差別，易磨損件或重要件應有較高的硬度值。
例如：軸頸與滑動軸承的配合，軸頸應比滑動軸承硬度高；一對嚙合傳動齒輪，一般小齒輪齒面硬度應比大齒輪高；螺母硬度應比螺栓低些。多數熱作模具和某些冷作模具，切削刀具等，選材時還應考慮其較高的熱硬性要求。
4、綜合考慮多種因素
若零件在特殊的條件下工作，則選材的主要依據也應視具體條件而定。如像貯存酸鹼的容器和管路等，應以耐蝕性為依據，考慮選用不鏽鋼、耐蝕mc尼龍和聚碸等；精密鏜床鏜杆的主要失效形式為過量彈性變形，則關鍵效能指標為材料的剛度；零件要求彈性、密封、減振防振等，可考慮選擇能在－50～150℃溫度範圍內處於高彈態和優良伸縮性的橡膠材料；選用高分子材料（如用尼龍繩作吊具等），還要考慮在使用時，溫度、光、水、氧、油等周圍環境對其效能的影響，所以防老化則必須作為其重要的選材依據。
5、合理利用材料的淬透性
淬透性對鋼的力學效能有很大的影響，未淬透鋼的心部，其衝擊韌度、屈強比和疲勞強度較低。對於截面尺寸較大的零件、在動載荷下工作的重要零件以及承受拉、壓應力而要求截面力學效能一致的零件（如連線螺栓、鍛模等）應選用能全部淬透的鋼。對某些承受彎曲和扭轉等復合應力作用下的軸類零件，由於它們截面上的應力分布是不均勻的，最大應力發生在軸的表面，而心部受力較小，可用淬透性較低的鋼，但要保證淬硬層深度。
焊接件等不可選用淬透性高的鋼，避免造成焊接變形和開裂。承受衝擊和複雜應力的冷鐓凸模，其工作部分常因全部淬硬，造成韌性不足而脆斷。所以選材及熱處理時，不能盲目追求材料淬透性和淬硬性的提高。
6、根據使用效能選材時應注意的問題
（1）特別注意效能資料的可靠性和使用範圍一般來說，手冊中提供的資料在查取時應充分考慮各種因素，進行必要的修正。
（2）充分考慮材料的尺寸效應隨著截面尺寸的增大，金屬材料的力學效能將下降的現象，稱為尺寸效應。例如，①灰鑄鐵件壁厚不同，其最低抗拉強度也不同。②尺寸效應與鋼材的淬透性有著密切的關係。
（3）零件的力學效能指標受預期壽命的影響壽命越長，要求的指標越高，零件的生產和使用成本也會越高，所以要辯證處理製造成本與壽命的關係。
（4）工作環境對不同材料組織和效能的影響 。
2、兼顧材料的工藝效能
所謂工藝效能，一般是指材料適應某種加工的能力，或加工成零部件的難易程度
（三）充分考慮經濟性
經濟性是選材時不能迴避的問題，正確處理，能實現經濟高效。選材時應注意以下幾點：
1、盡量降低材料及其加工成本
在滿足零件對使用效能與工藝效能要求的前提下，能用鐵不用鋼，能用非合金鋼不用合金鋼，能用矽錳鋼不用鉻鎳鋼，能用型材不用鍛件、加工件，且盡量用加工效能好的材料。能正火使用的零件就不必調質處理。需要進行技術協作時，要選擇加工技術好，加工費用低的工廠。
2、用非金屬材料代替金屬材料
非金屬材料資源豐富，效能在不斷提高，應用範圍不斷擴大，尤其是發展較快的聚合物具有很多優異效能，在某些場合可代替金屬材料，既改善了使用效能，又可降低製造成本和使用維護費用。
4、零件的總成本
零件的總成本包括原材料**、零件的加工製造費用、管理費用、試驗研究費和維修費等。選材時不能一味追求原材料低價而忽視總成本的其它各項。另外，環保因素也是不容忽視的。
《課堂小結》
在機械零件設計與製造過程中，首先要了解零件的工作條件及其失效形式，準確地提出對零件材料的主要效能要求，從而選擇出合適的材料並制定合理的冷、熱加工工藝路線。
《作業布置》
課後作業：習題 9.4
《板書設計》
機械零件的裝配工藝
6 對運動零件的摩擦面，均應塗以潤滑油脂，一般採用與運轉時所用的潤滑油相同。油脂的盛具須清潔加蓋，不使沙塵進入。盛具應定期清洗。7 所有附設之鎖緊制動裝置，如開口銷 彈簧墊圈 保險墊片 制動鐵絲等，必須按機械原定要求配齊，不得遺漏。墊圈安放數量，不得超過規定。開口銷 保險墊片及制動鐵絲，一般不准重複...
機械零件的雙液淬火法
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機械零件實驗指導書
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