零部件的失效与选材.ppt

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1、1986年1月28日助推器两个部件之间的接头因为低温，变脆，破损，喷出的燃气烧穿了助推器的外壳，继而引燃外挂燃料箱。燃料箱裂开后，液氢在空气中剧烈燃烧爆炸。第十三章材料的选用及失效分析使用性能--使用过程中安全可靠；工艺性能--零件便于加工制造；经济性--零件的总成本最低;环境与资源--环境友好。第一节零件的失效分析每种机器零件都具有一定的功能，或完成规定的运动，或传递力、力矩或能量。当零部件丧失预定的功能时，即零件已失效。下列任何一种情况的发生，都可以认为零件已经失效：零件完全破坏，不能继续工作；零件严重损伤，不能保证工作安全；零件虽能安全工作，但工作低效。一、零件失效的

2、基本形式零件的失效形式比较复杂，根据零件破坏的特点、所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型。表面损伤失效断裂失效变形失效应力腐蚀断裂失效蠕变断裂失效疲劳断裂失效低应力脆断失效塑性断裂失效塑性变形失效弹性变形失效磨损失效表面疲劳失效腐蚀失效零件失效二、零件失效的主要原因引起失效的具体原因多种多样，但大体可分为设计、材料、加工和安装使用四个方面。设计工况条件估计不确切；结构外形不合理；计算错误。材料选材不当；材质低劣。加工毛坯有缺陷；冷加工缺陷；热加工缺陷。安装使用安装不良；维护不善；过载使用；操作失误。三、失效分析的主要方法

3、服役条件失效零件失效分析失效类型失效原因工业试验实验室试验提高零件失效抗力加强管理改进工艺提高主要抗力指标改进设计工艺使用材料设计失效分析的目的是揭示零件失效的根本原因。影响失效的因素很多，要利用宏观和微观的研究手段进行系统的分析。以失效抗力指标为线索的失效分析思路示意图该思路是材料工作者常用的、比较综合的方法。是工程材料开发、研究和推广使用的有效方法之一。失效树分析失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程。结果和原因具有双重性，失效分析可以从原因入手，也可以从结果入手，也可以从失效的某个过程入手。“顺藤摸瓜”以失效过程中间状态的现象为原因，推断过程进一步发展的结果，

4、直至过程的终点结果。“顺藤找根”以失效过程中间状态的现象为结果，推断该过程退一步的原因，直至过程起始状态的直接原因。“顺瓜摸藤”从过程中的终点结果出发，不断由过程的结果推断其原因。“顺根摸藤”从过程起始状态的原因出发，不断由过程的原因推断其结果。还有“顺瓜摸藤+顺藤找根”、“顺根摸藤+顺藤摸瓜”、“顺藤摸瓜+顺藤找根”等。无损检测无损检测是针对材料在冶金、加工、使用过程中产生的缺陷和裂纹用无损探伤法进行检查，以查清其状态及分布。断口分析断口分析是对断口进行全面的宏观（肉眼、低倍显微镜）及微观（高倍显微镜、电子显微镜）观察分析，确定裂纹的发源地、扩展区和最终断裂区，判断出断裂

5、的性质和机理。脆性断口韧性断口疲劳断口金相分析通过观察分析零件（特别是失效源周围）显微组织构成情况，如组织组成物的形态、粗细、数量、分布及其均匀性等，辨析各种组织缺陷及失效源周围组织的变化，对组织是否正常作出判断。化学分析检验材料整体或局部区域的成分是否符合设计要求。力学分析检查分析失效零件的应力分布、承载能力以及脆断倾向等。断口分析分析破坏的顺序T型法则分叉法则B裂纹产生在后A裂纹产生在前裂纹扩展方向根据人字纹路的走向和放射棱线汇聚方向确定裂纹区。源区源区失效源分析宏观：结晶状，平齐而光亮，有闪亮小晶面。无明显变形。微观：平坦的解理台阶与河流花样。脆性断口宏观形貌微观解理

6、花样回火脆性断口应力腐蚀断口脆性断裂沿晶断口韧性断口宏观：纤维状，色质灰暗,有明显的塑性变形。微观：大小不等的韧窝。纤维状韧性宏观断口微观典型韧窝形貌疲劳断口疲劳源疲劳裂纹扩展区“贝纹”状花样瞬时断裂区疲劳断口宏观形貌疲劳断口示意图疲劳条纹的微观图象齿轮的失效齿轮是机械设备中运用极广的传动零件。齿表面受到接触力和摩擦力的作用；齿根部受到交变弯曲应力的作用；此外由于过载和换档时的冲击还会产生附加应力。四、零件失效分析实例齿轮的疲劳断裂（宏观）失效形式失效的原因齿面接触疲劳破坏在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，裂纹发展引起点状剥落（或称麻点）。疲劳断裂从齿根部发生，由过大的

7、交变弯曲应力所致，是齿轮最严重的失效形式。齿面磨损由于齿面接触区摩擦，轮齿变薄。过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断齿。齿轮的失效行为机车车轴的失效车轴在运行时承受着弯曲和扭转载荷，车轴材料通常具有较好的塑韧性，其形状又有很好的对称性，所以车轴具有疲劳断裂的完整过程（疲劳裂纹形成、裂纹扩展、最终瞬时断裂）。疲劳源在轴内部，由严重冶金缺陷引起裂纹萌生；疲劳源在轴表面，由表面加工缺陷引起缺口效应，致使裂纹萌生。疲劳源车轴疲劳断裂的失效分析断口面基本与轴向垂直设计不当、严重缺陷或过载断口特征异常轴表面异常撞伤意外损伤疲