【精品】材料失效分析

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1、材料失效分析概论随着现代科学技术的飞跃发展，失效分析已经成为一门综合性学科，在工程上正得到日益广泛的应丿IJ和普遍的重视。为了捉高机械产品质量及使川寿命，国内外对机械构件的失效（断裂）现象进行了大量的分析和研究，口益完善了失效分析技术及其基本理论。应用失效分析技术一一可以指导机械产品规划、设计、选材、加工、检验及质量管理等方面工作；同时失效分析技术又是制定技术规范、科学发展规划、法律仲裁等的重要依据z—。大力开展失效分析研究，无论对工业、民牛、科技发展，都具有极其重要的作卅。—、乡［的所谓失效二主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地

2、完成指定的功能。亦可称为故障或事故。一个机械零部件被认为是失效，应根据是否具有以卜•三个条件中的一个为判据：（1）零件完全破坏，不能工作；（2）严重损伤，继续工作不安全；（3）虽能愆时安全工作，但己不能满意完成指定任务。上述情况的任何一种发生，都认为零件已经失效。二、失效的形式机械零部件最常见的失效形式冇以下儿种：1•断裂失效：通常包括塑性（韧性）断裂失效；低应力脆性断裂失效；疲劳断裂失效；蠕变断裂失效；应力腐蚀断裂失效。2.表面损伤失效：通常包括磨损失效；腐蚀失效；表面疲劳失效3.变形失效：包括塑性变形失效；弹性变形失效同一•种零件可有儿种不同失效形式。例如，轴的失效，可

3、以是疲劳断裂，也可以是过量弹性变形（弹性失稳）。究竟以什么形式失效，决定于具体条件下，零件的哪种抗力最低。因此，一个零件失效，总是由一种形式起主导作川，很少以两种形式主导失效的。但它们可以组合为更复杂的失效形式，例如腐蚀磨损、腐蚀疲劳等。三、失效分析失效分析是指分析研究机械构件的断裂，表血损伤及变形等失效现象的特征及规律,并从中找出产生失效主要原因的一门新的学科或分析技术。也称Z为故障分析或事故分析等。失效分析是门多学科的边缘科学，它不仅包括断口学及材料学，而R它还与力学、化学、腐蚀科学、摩擦学、工艺学及设计基础等学科有关。只掌握一门学科是不行的。失效分析在整个机械产品制造

4、过程中占据垂要地位。失效分析对改进产品设计、选材等提供依据，并可防止或减少断裂事故的发主；通过失效分析还可预测可靠性，特别是利用“失效树”来预测系统的安全可靠性更为有力。所谓“失效树”是指由各种可能引起系统失效的事件和连接这些事件的逻辑门组成的图形,并显示出它们相互之间的关系。失效分析可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用，明显提高经济效益。失效==》断裂第一章金属断裂的基本概念§1-1断裂和断口金属的完全破断称为断裂•断裂后的自然表面称为断口。断裂一般发生在材料性能最弱的部位或零件中应力最大的部位。断裂（形态）分类：在国内外，对断裂分类的方法，目前仍很不统一，各自按

5、具体的需要和研究的方便进行分类，卞血介绍儿种常用的断裂分类方法，这些分类方法是相辅相成的。按断裂性质分类——韧性断裂和脆性断裂§1-2韧性断裂和脆性断裂根据材料或构件（金属）完全断裂前所产牛•的宏观塑性变形量的大小：显著——韧性几乎不产生或很小——脆性例：规定光滑拉伸试样<5%为脆性断裂.上述分法，只具有相对意义，例如：同一种材料，应力、温度等条件改变，其变形量也可能发生显著变化。另外也可能出现韧性与脆性的混合断裂，例如金属光滑圆棒拉伸试样，大约在5-10%的范围内所形成断口，基本上属于这类断口。一、韧性（延性、塑性）断裂：（工作应力）o>oS原子平面滑移——位错沿滑移系运

6、动在材料内部夹杂物，析出相，品界或其他塑性变形不连续处发牛位错塞积，产生应力集屮，进而开始形成显微孔洞，进而长大，串联一〜一条可见的宏观裂纹一-缩颈一-破断。基本特征：1、断口上形成很多酒杯状微孔坑，称韧窝，故韧性断口乂称为“韧窝断口”；2、断口外貌呈杯锥状，杯锥底垂直于主应力；锥面平行于最大切应力，与主应力成45°3、断口表血呈纤维状，颜色灰暗。二、脆性断裂基本特征：1、通常。vS。“低应力脆断”；2、材料或构件内存在宏观裂纹作为“源”，肉眼O.lnwxlcm（工艺、设计、疲劳或应力腐蚀等引起）难免；3、中、低强度钢的脆断事故，-•般发生在较低温度，10~15°C以下。高

7、强度钢无明显温度效应。4、断口平齐、光亮R与正应力垂直。断口上常冇人字纹或放射花样。按裂纹扩展路径分类——§1-3穿晶断裂和晶间断裂（多晶金属的断裂路径）按断裂机制分类——§1-4解理断裂和剪切断裂一、解理断裂材料因受拉应力以致晶体沿一定的结晶学平而发生分离，即沿“解理而”分离，是一种在正应力作用下所产生的穿晶断裂（解理面一般是低指数的晶面，如bcc（OOl）,cph（OOOl）或（0110））。解理断裂多见于体心立方，密排六方金属及合金。特殊悄况下，面心立方金属如A1等也能解理断裂。低温应力集中、冲击等冇利于解理