1、第十七章工程材料的選用與發展第一節零件失效分析第二節材料選擇的原則第三節典型零件選材與工藝分析第四節計算機在材料科學中的應用第五節材料與環境及可持續發展第六節新材料研究的發展趨勢第一節零件失效分析一、基本概念二、失效形式三、失效原因四、失效分析的基本步驟與方法一、基本概念二、失效形式表-零件失效形式三、失效原因.設計設計與失效之間關系密切，如結構形狀不合理導致的應力集中、安全系數選擇過大或過小均是常見的設計錯誤。2.材料材料是零件安全工作的基礎，因材料而導致失效主要表現在兩方面：其一是選材不當，這是最重要的原因；其二是材質欠佳，如各種冶金缺陷(氣孔、疏松、夾雜物、雜質含量等)的存在且超過規定的

2、標準。3.加工產品在加工制造過程中若不注意工藝質量，則會留下各種冷熱加工缺陷而導致零件早期失效。4.使用零件安裝時配合不當、對中不良、維修不及時或不當、操作違反規程等均可導致工件在使用中失效。三、失效原因表-零件失效的主要原因四、失效分析的基本步驟與方法1.調查取證調查取證是失效分析最關鍵、最費力、也是必不可少的程序，主要包括兩方面內容：其一是調查并記錄失效現場的相關信息，收集失效殘骸或樣品；其二是查詢有關背景資料，如設計圖樣、加工工藝等文件、使用維修情況等。2.整理分析對所收集的資料、證據進行整理，并從零件的設計、加工及使用等多方面進行分析，為后續試驗明確方向。3.試驗分析如對失效試樣進行宏

3、觀與微觀斷口分析，確定失效的發源地與失效形式；初步判定可能的失效原因；對材料進行成分組織性能的分析與測試，包括成分及均勻性分析、組織及均勻性觀察、與失效方式有關的各種性能指標的測試等，并與設計要求進行比較。四、失效分析的基本步驟與方法4.綜合分析得出結論綜合各方面的證據資料及分析測試結果，判斷并確定失效的具體原因，提出防止與改進措施，寫出報告。第二節材料選擇的原則一、使用性能選材原則二、工藝性能選材原則三、經濟性能選材原則四、價值工程選材原則五、材料的技術經濟評價指標一、使用性能選材原則(一)使用性能簡要分類(二)按使用性能選材的具體方法與步驟(三)按力學性能指標選材需注意的問題(一)使用性能

4、簡要分類表-使用性能的簡單分類(二)按使用性能選材的具體方法與步驟表17-4幾種典型零件的工作條件、失效形式和主要力學性能(三)按力學性能指標選材需注意的問題表17-5不同加載方式下零件的比剛度和比強度二、工藝性能選材原則(一)金屬材料的工藝性能(二)高分子材料的工藝性能(三)陶瓷材料的工藝性能(一)金屬材料的工藝性能(二)高分子材料的工藝性能(三)陶瓷材料的工藝性能三、經濟性能選材原則表17-6部分材料的相對價格四、價值工程選材原則(一)價值工程的基本原理(二)價值選材的基本要素(一)價值工程的基本原理(二)價值選材的基本要素五、材料的技術經濟評價指標表17-7材料技術經濟評價體系指標五、材

5、料的技術經濟評價指標表17-7材料技術經濟評價體系指標第三節典型零件選材與工藝分析一、工程材料的應用概況與評價二、齒輪類零件選材三、軸類零件選材四、刀具選材五、冷作模具選材六、熱作模具選材一、工程材料的應用概況與評價 以相對單位質量價格表示，取低合金鋼1，其他材料與之相比。 CFRP碳纖維增強環氧樹脂復合材料。 GFRP玻璃纖維增強聚酯復合材料。一、工程材料的應用概況與評價表17-8某些用塑料代替金屬的應用實例一、工程材料的應用概況與評價表17-9梁的候選材料的有關數據二、齒輪類零件選材(一) 齒輪的工作條件、主要失效形式及性能要求(二) 常用齒輪材料(三)典型齒輪選材實例(一) 齒輪的工作條

6、件、主要失效形式及性能要求(二) 常用齒輪材料表17-10常用的一般齒輪材料、熱處理及性能(三)典型齒輪選材實例三、軸類零件選材(一) 軸的工作條件、主要失效形式與性能要求(二) 常用軸類零件的材料(三) 典型軸選材實例(一) 軸的工作條件、主要失效形式與性能要求(二) 常用軸類零件的材料(三) 典型軸選材實例表17-11常用機床主軸材料、熱處理、性能與用途四、刀具選材(一) 機械切削刀具(二) 日用刀具(一) 機械切削刀具表17-12車刀的工作條件與推薦材料(二) 日用刀具表17-13常見日用刀具與推薦材料五、冷作模具選材表17-14冷擠壓模的推薦材料與硬度要求六、熱作模具選材表17-15熱

7、作模具推薦材料與硬度要求第四節計算機在材料科學中的應用一、計算機材料設計二、計算機模擬的應用三、計算機材料數據庫四、人工智能的應用五、計算機在材料組成和結構研究及數據處理和圖像處理中的應用六、計算機在材料性能表征和性能研究中的應用七、材料工藝過程的優化及自動控制八、計算機網絡在材料研究中的應用一、計算機材料設計二、計算機模擬的應用三、計算機材料數據庫四、人工智能的應用五、計算機在材料組成和結構研究及數據處理和圖像處理中的應用六、計算機在材料性能表征和性能研究中的應用七、材料工藝過程的優化及自動控制八、計算機網絡在材料研究中的應用第五節材料與環境及可持續發展一、可持續發展的概念二、材料與環境及其

8、教育三、環境材料及其研究四、可持續發展戰略下的材料選擇一、可持續發展的概念二、材料與環境及其教育三、環境材料及其研究四、可持續發展戰略下的材料選擇(一) 選擇環境材料 (二)減少所用材料種類(三)盡量選用不加涂、鍍層的原材料(四) 選用產品報廢后能自然分解并為自然界吸收的材料(五) 選用易回收再生的材料(一) 選擇環境材料 (二)減少所用材料種類(三)盡量選用不加涂、鍍層的原材料(四) 選用產品報廢后能自然分解并為自然界吸收的材料(五) 選用易回收再生的材料第六節新材料研究的發展趨勢一、新材料的特點二、 新材料和現代高新技術的關系三、新材料研究的發展趨勢一、新材料的特點1)具有一些優異性能或特

9、定功能，如超高強度、超高硬度、超塑性等力學性能，高溫超導、磁致伸縮、光電轉換、形狀記憶等特殊物理性能。2)它的發展與材料科學理論的關系比傳統材料更為密切，如形狀記憶合金材料與熱彈性馬氏體相變理論、太陽能電池材料與光電子學理論、減振吸聲材料與內耗理論等。3)它的制備和生產往往與新技術、新工藝緊密相關，如用機械合金化技術制備納米晶材料、非晶態合金材料，用自蔓延高溫合成技術制備多孔陶瓷材料等。4)更新換代快、式樣多變，如手機電池所采用的能源材料，在較短的時間內便經歷了Ni-Cd、Ni-H、鋰離子材料的變化。一、新材料的特點5)新材料大多是知識密集、技術密集、附加值高的高技術材料，而傳統材料通常為資源

10、性或勞動集約型材料。二、 新材料和現代高新技術的關系三、新材料研究的發展趨勢1.高性能新型結構材料所謂高性能結構材料，主要是指高比強度、高比剛度、高韌性及耐磨損、耐高溫、耐腐蝕的材料。2.電子信息功能材料信息功能材料是指信息獲取、傳輸、轉換、存儲、顯示或控制所需材料，種類繁多，涉及面廣。3.能源功能材料化石能源日益枯竭，且環境污染難以解決，故作為新能源基礎的能源材料無疑將成為材料學科的重點研究領域。4.生物功能材料21世紀是生命科學大發展時代，生物功能材料也將隨之會有很大發展。三、新材料研究的發展趨勢5.環境材料環境材料是在人類認識到環境保護的重要戰略意義和世界各國紛紛走可持續發展道路的背景下提出來的，是國內外材料科學與工程研究發展的必然趨勢。6.智能材料智能材料是將信息科學融合于材料性能和功能的一種材料新構思，它的出現將使人類文明進入一個新的高度。7.納米材料納米材料是利用物質在小到原子或分子尺度以后，由于尺寸效應、表面效應或量子效應所出現的奇異現象而發展出來的新材料。三、新材料研究的發展趨勢8.材料設計21世紀將逐步實現按需設計材料，通過對材料的組成、結構、生產工藝與材料基本性能關系的深入研究，以及對材料在使用條件下性能變化規律的了解，材