鍛件設(shè)計得合理便能夠用最少的材料獲得的性能,并滿足受載情況、工藝性能和預期使用壽命的要求。所以合理的鍛件設(shè)計要求材料能在較大的應力下工作。
為使材料與所設(shè)計的鍛件相適應,首先需要看材料能否滿足強度和韌性的要求,其次應看其對溫度和環(huán)境的穩(wěn)定性。至于基不是最合適的材料還要分析其工藝性,最后還要看其經(jīng)濟性如何。
對鍛件的要求包括,
1、承載方式
(1)單向載荷,分拉伸載荷和壓縮載荷或工作狀態(tài)下的交變載荷。
(2)多向或復合載荷分拉伸、壓縮、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)和支承載荷。它們或者平行于中心軸線,或者與其成一定角度,在外形變化的部位應采用均勻過渡的轉(zhuǎn)接圓孤,以減少應力集中。凡應力集中不可避免時,鍛件材料的缺口韌性通常是選材時的重要因素。
(3)周期載荷可以有高周載荷和低周載荷。
(4)持續(xù)載荷假如是拉伸載荷,可能加速應力腐蝕。過盈配合和殘余應力會使持續(xù)載荷加大。
(5)熱載荷這是由于溫度變化所引起的。
2、載荷大小和加栽狀態(tài)
(1)大小。
(2)加載速度漸增的或沖擊的。
(3)鍛件溫度應確定在那一種溫度(、正常和溫度)下積累的工作時間較長。
(4)環(huán)境包括鍛件在大氣凝結(jié)的循環(huán)周期,環(huán)境的化學成分,以及腐蝕、磨損、侵蝕或其他摩擦的情況,
3、鍛件特殊要求,特殊的機械、物理或化學性能要求。
4、預期壽命或可靠性,應確定包括的使用壽命。鍛件的返修可能性亦應加以考慮。
故障分析
為使材料性能滿足要求,故障分析能提供很有用的資料。鍛件可能在設(shè)計應力范圍內(nèi)工作時發(fā)生破壞,過早發(fā)生破壞的原因之一是臨界設(shè)計應力與鍛件的主要流線方向不一致。
隨著使用時間的增長而造成材料性能的變壞,也可能引起預想不到的破壞。例如,甚至在典型的大氣環(huán)境中,還會產(chǎn)生由于持續(xù)拉伸應力迨成的應力腐蝕裂紋。在這種情況下, 破壞多半出現(xiàn)在鍛件上暴露了流線末端的部位。
故障分析可能未包括提前破壞的其他原因,如晶粒過大,非金屬夾雜物,因鍛造方法不當而造成的回流缺陷、鑄造組織變形不足,以及由于機械加工出現(xiàn)過于尖的內(nèi)圓角和裝配吋配合不良等而在無意中造成的應力源。