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    材料安全設計準則

    2018-12-22   來源:   點擊數:15次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港刊登:式中,i= x,  y,  z ;δi,  θi , φi分別是構件的撓度、偏轉角和扭轉角;  [δi ]、[θi]、 [φi]分別是相應變量下除以各自的安全系數值下所允許的撓度、偏轉角和扭轉角。
      
      增大材料的剛度(stiffness)的方式有:提高彈性模量E及剪切模量G、 增加橫截面面積A、改變截面形狀或降低載荷F。注意:剛度是材料的宏觀性質,彈性模量是材料的微觀性質。
      
      3. 強度準則(strength criterion)
      
      當材料承受的外加應力小于許用應力[σ](allowable stress)時, 材料是安全的,否則將不安全。
      
      強度設計準則:  σ< [σ]              
      
      其中, [σ] 取二者中的最小者,ns、nb分別為設計時屈服強度和抗拉強度的安全系數,分別取1.5 和 3。
      
      提高材料強度等級,如碳鋼材料更換為低合金鋼材或外力變小或改變應力集中的位置等。
      
      熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的,熱處理工藝可分為兩大類:預備熱處理和最終熱處理。
      
      1.預備熱處理
      
      預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
      
      (1)退火和正火
      
      中國鋼管信息港刊登:退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼,為降低其硬度易于切削,常采用退火處理;含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼,為避免其硬度過低切削時粘刀,而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織,為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
      
      (2)時效處理
      
      時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
      
      為避免過多運輸工作量,對于一般精度的零件,在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件(如座標鏜床的箱體等),應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
      
      除鑄件外,對于一些剛性較差的精密零件(如精密絲杠),為消除加工中產生的內應力,穩定零件加工精度,常在粗加工、半精加工之間安排多次時效處理。有些軸類零件加工,在校直工序后也要安排時效處理。
      
      (3)調質
      
      調質即是在淬火后進行高溫回火處理,它能獲得均勻細致的回火索氏體組織,為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形作準備,因此調質也可作為預備熱處理。
      
      由于調質后零件的綜合力學性能較好,對某些硬度和耐磨性要求不高的零件,也可作為最終熱處理工序。
      
      2.最終熱處理
      
      最終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強度等力學性能。
      
      (1)淬火
      
      淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因為變形、氧化及脫碳較小而應用較廣,而且表面淬火還具有外部強度高、耐磨性好,而內部保持良好的韌性、抗沖擊力強的優點。為提高表面淬火零件的機械性能,常需進行調質或正火等熱處理作為預備熱處理。其一般工藝路線為:下料--鍛造--正火(退火)--粗加工--調質--半精加工--表面淬火--精加工。
      
      (2)滲碳淬火
      
      滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼,先提高零件表層的含碳量,經淬火后使表層獲得高的硬度,而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施(鍍銅或鍍防滲材料)。由于滲碳淬火變形大,且滲碳深度一般在0.5~2mm之間,所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
      
      其工藝路線一般為:下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
      
      當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后,切除多余的滲碳層的工藝方案時,切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后,淬火前進行。
      
      (3)滲氮處理
      
      中國鋼管信息港刊登:滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄(一般不超過0.6~0.7mm),滲氮工序應盡量靠后安排,為減小滲氮時的變形,在切削后一般需進行消除應力的高溫回火。
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