一、选用机械零件材料的一般原则是什么

选材的一般原则

选择材料的基本原则是在首先保证材料满足使用性能的前提下，再考虑使材料的工艺性能尽可能良好和材料的经济性尽量合理。零件的使用价值、安全可靠性和工作寿命一般主要取决于材料的使用性能，所以选材通常以材料制成零件后是否具有足够的使用性能为基本出发点。

一、满足使用性能

所谓使用性能，是指材料能保证零件正常工作所必须具备的性能。它包括力学性能、物理性能和化学性能。零件的使用性能主要是指材料的力学性能，一般选材时，首要任务是正确地分析零件的工作条件和主要的失效形式，以准确地判断零件所要求的主要力学性能指标。

1、分析零件的工作条件

在分析零件工作条件的基础上，提出对所用材料的性能要求。工作条件是指受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转或弯扭复合等）、载荷性质（静载、动载、冲击、载荷分布等）、受摩擦磨损情况；工作环境条件（如环境介质、工作温度等）；以及导电、导热等特殊要求。

2、判断主要失效形式

零件的失效形式与其特定的工作条件是分不开的。要深入现场，收集整理有关资料，进行相关的实验分析，判断失效的主要形式及原因，找出原设计的缺陷，提出改进措施，确定所选材料应满足的主要力学性能指标，为正确选材提供具有实用意义的信息，确保零件的使用效能和提高零件抵抗失效的能力。

3、合理选用材料的力学性能指标

(1)正确运用材料的强度、塑性、韧性等指标

一般情况下，材料的强度越高，其塑性、韧性越低。片面地追求高强度以提高零件的承载能力不一定就是安全的，因为材料塑性的过多降低，遇有短时过载等因素，应力集中的敏感性增强，有可能造成零件的脆性断裂。所以在提高屈服强度的同时，还应考虑材料的塑性指标。塑性和韧性指标一般不直接用于设计计算，而较高的δ和ψ值能削减零件应力集中处（如台阶、键槽、螺纹、油孔、内部夹杂等处）的应力峰值，提高零件的承载能力和抗脆断能力。

以低应力脆断为主要失效形式的零件，如汽轮机、电动机转子这类大锻件以及在低温下工作的石油化工容器、管道等，不应再以传统力学方法用塑性指标粗略估算，而应运用断裂力学方法进行断裂韧度KIC和断裂指标KI≥KIC方面的定量设计计算，以保证零件的使用寿命

(2)巧用硬度与强度等力学指标间的关系

实际零件的力学性能（如σs、σ-1、δ、ψ、AK）数值是很难测得的。由于硬度的测定方法简单，又不损坏零件，且材料硬度与强度以及强度与其他力学性能之间存在着一定关系

二、机械零件用工程材料的常见失效形式有哪些

机械零件由于某些原因丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。机械零件的失效并不是单纯意味着破坏，可归纳为三种情况：完全不能工作；虽然能工作，但性能恶劣，超过规定指标；有严重损伤，失去安全工作能力。机械零件常见的失效形式有：

1、断裂零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时，就会造成断裂失效。在变应力作用下，长时间工作的零件容易发生疲劳断裂。由于超载、超温、腐蚀、疲劳、氢脆、蠕变等原因，也可造成零件断裂失效。零件的断裂失效对机械产品造成的危害大。

2、过大残余变形零件受载荷作用后发生弹性变形，过度的弹性变形会使零件的机械精度降低，造成较大的振动，引起零件的失效；当作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件会产生塑性变形，甚至发生断裂。在高温、载荷的长期作用下，零件会发生蠕变变形，造成零件的变形失效。

3、表面损伤失效零件在长期工作中，由于磨损、腐蚀、磨蚀、接触疲劳等原因，造成零件尺寸变化超过了允许值而失效，或者由于腐蚀、冲刷、气蚀等而使零件表面损伤失效。如齿轮表面由于接触疲劳产生麻点剥落而失效等。

4、材质变化失效由于冶金元素、化学作用、辐射效应、高温长时间作用等引起零件的材质变化，使材料性能降低而发生失效。

5、破坏正常工作条件而引起的失效有些零件只有在一定条件下才能正常工作，如带传动，只有当传递的有效圆周力小于临界摩擦力时，才能正常工作；液体摩擦的滑动轴承只有存在完整的润滑油膜时，才能正常工作。如果这些条件被破坏，将会发生失效。

一批零件在使用中，一部分可能在短时间内就发生失效，而另一部分可能经过很长时间后才失效；特别是在超过使用寿命期后，失效将加速发生。由曲线可以看出失效率（单位时间内零件的失效数与总件数的比例）按使用时间可分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。

早期失效期是机械零件使用初期的失效，失效率较高，但以很快的速度下降。早期失效

问题大多与设计、制造、安装或使用不当有关。

偶然失效期的失效率低而稳定，是机械零件的正常工作时期，在此阶段发生的零件失效一般总是由于偶然因素造成的，故失效是随机的。若想降低这一时期的失效率，必须从选材、设计、制造工艺、正确地使用和维护方面采取措施。

偶然失效期以后，由于长时间的使用，使零件发生磨损、疲劳裂纹扩展等原因，失效率急剧上升，说明机械零件使用期已超过使用寿命期限，此阶段称为耗损失效期。在此阶段，重要的设备或零件虽然还没有失效，但应根据相应的判据进行更换或修理，以防止重大事故的发生。

总之，机械零件虽然有很多种可能的失效形式。但归纳起来，主要的原因是由于强度、刚度、耐磨性、温度对工作能力的影响和振动稳定性、可靠性等方面的问题造成的。

三、机械零件的失效形式有哪几种

机械零件的失效是指零件在使用过程中，零件部分或完全丧失了设计功能。零件完全被破坏不能继续工作；或零件已严重损坏，若继续工作将失去安全；或虽能安全工作，但已失去设计精度等现象都属于失效。

为了预防零件失效，需对零件进行失效分析，即通过判断零件失效形式、确定零件失效机理和原因，有针对性地进行选材、确定合理的加工路线，提出预防失效的措施。

1、机械零件失效形式

机械零件常见的失效方式可以分为三种类型：过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效。

(1)过量变形失效：零件因变形量过大超过允许范围而造成的失效。它主要包括过量弹性变形、塑性变形和高温下发生的蠕变等失效形式。

(2)断裂失效：因零件承载过大或疲劳损伤等原因而导致分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象。断裂是严重的失效形式，它包括韧性断裂失效、低温脆性断裂失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失效和环境破断失效等几种形式。

(3)表面损伤失效：零件工作时由于表面的相对摩擦或受到环境介质的腐蚀在零件表面造成损伤或尺寸变化而引起的失效。它主要包括表面磨损失效、腐蚀失效、表面疲劳失效等形式。

需要指出，同一种机械零件在工作中往往不只是一种失效方式起作用。但是，一般造成零件失效时总是一种方式起主导作用。失效分析的核心问题就是要找出主要的失效方式。

2、机械零件失效的原因

引起机械零件失效的因素很多且较为复杂，涉及零件的结构设计、材料选择、材料的加工制造、产品的装配及使用保养等多个方面。

(1)设计不合理：主要是指零件结构和形状不正确或不合理，如零件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过渡区等。另一方面是指对零件的工作条件、过载情况估计不足，造成零件实际工作能力不足，致使零件早期失效。

(2)选材不合理：设计中对零件失效的形式判断错误，所选的材料性能不能满足工作条件需要；选材所依据的性能指标不能反映材料对实际失效形式的抗力，选择了错误的材料；所选用的材料质量太差，成分或性能不合格导致不能满足设计要求等都属于选材不合理。

(3)加工工艺不合理：零件的加工工艺不当，可能会产生各种缺陷，导致零件在使用过程中较早地失效。如热加工过程中出现过热、过烧和带状组织；热处理过程中出现脱碳、变形、开裂；冷加工过程出现较深的刀痕、磨削裂纹等。

(4)安装使用不当：装配和安装过程不符合技术要求，如安装时配合过紧、过松，对中不准，固定不稳等都可能导致零件不能正常工作或过早出现失效；此外，使用过程中违章*作、超载、超速、不按时维修和保养等也会造成零件过早出现失效。

四、机械零件的失效都有哪些形式及原因

疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。机械零件的失效的形式如下：

1、整体断裂。

2、过大的残余变形。

3、零件的表面破坏。

4、破坏正常工作条件引起的失效。

机械零件常见三种类型

1、过量变形失效：零件因变形量过大超过允许范围而造成的失效。它主要包括过量弹性变形、塑性变形和高温下发生的蠕变等失效形式。

2、断裂失效：因零件承载过大或疲劳损伤等原因而导致分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象。

3、表面损伤失效：零件工作时由于表面的相对摩擦或受到环境介质的腐蚀在零件表面造成损伤或尺寸变化而引起的失效。它主要包括表面磨损失效、腐蚀失效、表面疲劳失效等形式。