章 失效分析与选材.ppt

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1、第十三章零部件的失效与选材一、本章内容13.1零件失效与分析13.2零件选材原则13.3典型零件选材二、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生了解零件的失效形式与提高材料性能的途径，掌握零件选材的一般原则和方法。三、教学重点：1、零件的失效形式与提高材料性能的途径；2、零件选材的一般原则和方法。第一节零件失效与失效分析一、零件失效1、定义:零件失去正常工作应有的效能.2、正常失效:零件在达到或超过设计的预期寿命后发生的失效.3、非正常失效:在低于设计预期寿命时发生的失效.4、突发性二、 零件失效的主要形式机械零件的失效通常有三种类型，即变形失效、断裂失效、表面损伤失效。（一）变形

2、失效变形失效都是逐渐发生的，一般都属于非灾难性。常温下的变形失效主要有弹性变形失效和塑性变形失效；高温下的变形失效主要有蠕变变形失效和高温松弛失效1、弹性变形失效弹性变形过量，虽表面未发现任何损伤痕迹，但弹性性能已达不到原设计要求。例如汽车车厢下面的弹簧，经长期使用后松弛性能降低导致不能起缓冲作用，这时就发生了弹性变形失效。2、塑性变形失效零件在使用过程中塑性变形逐渐增大，以致变形量超过一定极限后就不能再使用了，即发生了塑性变形失效。例如经长期运转后的汽轮机叶片逐渐伸长而与壳体相接触时，叶片发生塑性变形失效而使汽轮机不能正常运行。（二）断裂失效零件在工作中，当作用应力达到一定值时

3、，材料的截面相邻两部分发生完全分离的现象，称断裂。机械零件的断裂失效，尤其是突然断裂，带来巨大的经济损失，人们长期以来就非常重视断口的观察及分析技术的研究，寻找断裂的原因及影响因素。断裂失效一般分:韧性断裂失效；脆性断裂失效；疲劳断裂失效；蠕变断裂失效；介质加速断裂失效（三）表面损伤零件在工作过程中，其表面由于受机械的或环境介质的，或机械的与环境介质的共同作用，表面质量或尺寸、形状发生变化而导致的失效，统称表面损伤。分为磨损失效和腐蚀失效两类。接触疲劳麻点腐蚀裂纹三、失效原因四、失效分析1、定义:对零件失效原因进行分析研究.2、方法①收集历史材料②失效部位取样，化验成分，检验冶金

4、质量，组织分析，探伤和测定。③进行综合分析④最后写出失效分析报告第二节零件选材原则选材的三个基本原则：使用性原则——首要原则工艺性原则经济性原则——根本原则一、使用性原则----首要原则使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化学性能。（工程材料的选择）1.分析零件的工作条件首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载荷引起的应力分布。i载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。ii计算应力是确定材料使用性能的数量依据。考虑零件的工作环境：环境因素会与零件的力学状态综合作用，提出更为复杂的性能要求。最后还应充分考虑材料的某些特殊要求。受力状况：载荷的类型

5、（如静载、动载、循环载荷或单调载荷等），载荷的作用形式（如拉伸、压缩、弯曲或扭转等），载荷的大小以及分布特点（如均布载荷或集中载荷）。环境状况：温度（如低温、高温、常温或变温）及介质情况（如有无腐蚀或摩擦作用）。特殊功能：导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。2.进行失效分析失效抗力取决于材料的性能，对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能几种常用零件的工作条件和失效形式零件名称工作条件主要失效形式主要机械性能指标重要螺栓交变拉应力过量塑性变形，疲劳断裂强度、塑性传动齿轮交变弯曲应力，交变接触压应力，齿面受滚动摩擦及冲击齿面磨损，疲劳点蚀，轮齿折断，疲劳断裂

6、表面高硬度及疲劳极限、心部强度、韧性轴及曲轴类交变弯曲应力，扭转应力及冲击载荷，颈部摩擦轴颈磨损，疲劳断裂，过量变形综合机械性能弹簧类交变应力，振动失去弹性或疲劳断裂弹性极限、屈强比、疲劳极限3．零件性能要求的指标化将零件对使用性能的要求具体转化力学性能指标（如强度、韧性、塑性、硬度等）；再根据工作应力、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。(1)受力状况不同，设计依据的性能指标、计算公式不同。(2)应综合考虑塑性、韧性和强度指标，并加以合理的配合。塑性、韧性过剩而降低零件寿命。二、工艺性能原则1、金属材料的工艺性能性能、质量要求不高的零件毛坯→正火或退火→切削加工→零件如铸铁

7、或碳钢，只要注意采用适宜的毛坯制造方法，其工艺性能均能满足要求。2、性能和质量要求极高的零件（如精密丝杠）毛坯→预先热处理（正火、退火）→粗加工→最终热处理（淬火+低温回火，固溶时效或渗碳）→半精加工→稳定化处理（或氮化）→精加工→稳定化处理→零件。加工路线复杂，加工精度和质量要求高，在选材时应务必保证材料的工艺性能。三、经济性原则----根本原则满足使用性能要求的前提下，采用便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益。1.材料价格材料成本占零件成本３０－７０％2.零件的总