机械零件的失效分析.ppt

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1、第一章机械零件的失效分析FAILUREANALYSISOFMACHINEELEMENTS1.零件的失效：任何机械零件或结构件都具有一定的功能，如在载荷、温度、介质等作用下保持一定的几何形状和尺寸，实现规定的机械运动，传递力和功。零件若失去设计要求的效能即为失效。2.零件失效的原因：造成零件失效的原因是多方面的，它涉及到机构设计、材料选择、加工制造、装配调整及使用与保养等因素，但从本质上看，零件失效都是由于外界载荷、温度、介质等的损害作用超过了材料抵抗损害的能力造成的。第一章机械零件的失效分析FAILUREANALYSISOFMACHINEELEMENTS2.零件失效的原因：为了预

2、防零件失效，必须做到设计正确，选材恰当和工艺合理。为此，我们不仅要熟悉零件的工作条件，掌握零件的受力和运动规律，还要把它们和材料的性能结合起来，即从零件的工作条件中找出其对材料的性能要求，然后才能做到正确选择材料和合理制定冷、热加工的技术条件及工艺路线。而研究零件各种形式的失效是深刻了解零件工作条件的基础。第一章机械零件的失效分析FAILUREANALYSISOFMACHINEELEMENTS2.零件失效的原因：通过观察零件的失效特征，找出造成失效的原因，从而确定相应的失效抗力指标，为制定技术条件、正确选材和制订合理工艺提供依据。因此，研究零件的失效具有重要的意义。第一章机械零件

3、的失效分析FAILUREANALYSISOFMACHINEELEMENTS3.常见的失效方式过量变形Excessivedeformation断裂Fracture疲劳Fatigue磨损Wear高温蠕变Hightemperaturecreep腐蚀Corrosion第一节零件在常温静载下的过量变形一、工程材料在静拉伸时的应力－应变行为1.低碳钢的应力－应变行为OA:弹性变形ABC:屈服CDE:塑性变形E:断裂退火态低碳钢的应力－应变曲线比例极限弹性极限屈服强度抗拉强度断裂强度2.其他类型材料的应力应变行为其他材料的应力－应变曲线1–纯金属,2–脆性材料,3–高弹性材料—零（构）件受力时

4、抵抗弹性变形的能力，它等于材料弹性模量与零（构）件横截面积的乘积。1.刚度二、静载性能指标单向拉伸(或压缩):纯剪切:弹性模量切变模量强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。2.强度比例极限弹性极限屈服强度抗拉强度断裂强度是指材料弹性变形的大小。常用弹性变形时吸收的弹性能u来表示。3.弹性弹性模量最大弹性应变弹性能是指材料断裂前发生塑性变形的能力。常用断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。4.塑性断后伸长率断面收缩率显然，断后伸长率和断面收缩率越大，材料的塑性越好。表征材料软硬程度的性能，具体来说是指材料抵抗压入和刻画的能力。5.硬度在刚度设计时，常规定零件的最大弹性变形或（扭转

5、角）必须小于许可的弹性变形量或。有些零件在一定载荷下只允许一定的弹性变形，若发生过量变形就会造成失效。例如镗床镗杆若发生较大弹性变形，其镗出的孔径就会偏小或有锥度。三、过量弹性变形失效1.现象又如齿轮轴，若其刚度不足，产生过量弹性变形，则会影响齿轮的正常啮合，加速齿轮磨损，增加噪音。2.刚度条件抗拉条件下扭转条件下当零件尺寸和外加载荷一定时，材料的弹性模量E（或切变模量G）越高，零件的弹性变形愈小，则刚度愈好。选用弹性模量E高的材料。增大零件的横截面积A。3.防止措施4.各种材料的弹性模量弹性模量以陶瓷材料最高，钢铁材料次之，有色金属材料再次之，高分子材料最低。弹性模量E（或切变

6、模量G）主要取决于材料中原子本性和原子间结合力。熔点高低可以反映原子间结合力强弱，通常材料的熔点越高，其弹性模量也越高。另外，弹性模量对温度很敏感，随温度升高而降低。应该指出，金属材料的弹性模量主要取决于基体金属的性质，当基体金属一定时，不能通过合金化、热处理、冷变形等方法使之改变。四、过量塑性变形失效绝大多数机器零件在使用过程中都处于弹性变形状态，不允许产生塑性变形。实际使用的工程材料大多数是弹塑性材料、弹性极限和塑性变形并无明显的分界点，很难测出它们的准确数值。因此采取人为规定的方法，把产生规定的微量塑性伸长率所对应的应力作为“条件比例/弹性极限”、“条件屈服强度”，它们之间

7、并无本质区别。顺便指出，比例极限、弹性极限、屈服极限是对材料成分、组织敏感的力学性能指标，可以通过合金化、热处理、冷变形等方法使之改变。第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念所谓断裂是材料在应力作用下分为两个或两个以上部分的现象。根据材料断裂前所产生的宏观变形量大小，将断裂分为韧性断裂和脆性断裂。断裂前发生明显宏观塑性变形的断裂。断裂前未发生明显宏观塑性变形的断裂。1.韧性断裂2.脆性断裂断口特征：杯锥状，暗灰色。断口特征：断口平齐，颜色光亮。由于韧性断裂前发