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1、第2讲 机械零件的失效【复习旧课】提问1、大家对专业、课程的认识有哪些？机械零件的失效(重点) 识记:机械零件的四种失效形式和产生的原因,以及为避免非正常失效采取的措施.机械零件的失效形式机械零件的失效形式：变形、断裂、磨损和腐蚀。指某些零件由于某种原因,导致其尺寸,形状或材料的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能.失效—— 包括(1)零件完全破坏,不能继续工作; (2)虽然能完全工作,但不能满意地起到预期的作用;(3)零件严重受损,继续工作不安全引起故障的外因有三：环境因素、人为因素、时间因素失效的基本因素1.设计因素—确定材质
2、，尺寸，结构，提出必要的技术文件：图纸,说明书等.（非标设备）2.制造因素—铸、锻、焊,机加工和热处理等达不到设计要求而导致零件失效.3.装配调试因素—在安装过程中,未达到要求的质量指标.4.材质因素—选材不当,材质内部缺陷,毛坯加工或冷热加工产生的缺陷5.运转维修因素—运转工况参数监控,定期大,中,小检修,润滑条件是否保证,冷却,加热和过滤系统功能是否正常,操作是否正确。(一)变形失效变形失效件体现为：不能承受规定载荷；不能起到规定作用；与其他零件的运转发生干扰。变形—在某种程度上减弱了零件规定功能，可以是塑性的或弹塑性的变形基本类型
3、：尺寸变形或体积变形(长大或缩小)和形状变形(如弯曲和翘曲)。1.弹性变形失效：变形量是在弹性范围内变化,是刚度问题。杆，柱类，轴类零件，靠摩擦力传动的零件等弹性变形会带来失效的问题.影响弹性变形主要因素：零件形状、尺寸、材料的弹性模量，零件工作温度和载荷的大小。变形失效2.塑性变形失效：是外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形。塑性变形影响因素:除弹性变形中所论影响因素外,还有材料缺陷，使用不当,设计有误等,其中特别是热处理不良更为突出。如齿轮的齿部高频淬火，可能因温度控制不妥造成裂纹。3.翘曲变形失效：是一种与方向上常产
4、生复杂规律的变形而最终形成了翘曲的外形而导致失效.(二)断裂失效1.断裂分类(1)按断裂性质分韧性断裂—材料断裂之前发生明显的宏观塑性的断裂.脆性断裂—指材料在断裂之前不发生或发生很小的宏观可见的塑性变形的断裂.韧性-脆性断裂——又称准脆性断裂.是一种塑性和脆性混合的断裂. (2)按断裂路径分:沿晶断裂,穿晶断裂,混晶断裂.2.断口分析方法对金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察,可以看到其断口可分为纤维状区,放射状区及剪切唇区三个不同的区域.脆性断裂工程构件在很少或不出现宏观塑性变形(一般按光滑拉伸试样的ψ<5%)情况下发生的断裂
5、称作脆性断裂,因其断裂应力低于材料的屈服强度,故又称作低应力断裂。钢丝绳：断裂有预兆。由于脆性断裂大都没有事先预兆,具有突发性,对工程构件与设备以及人身安全常常造成极其严重的后果。因此,脆性断裂是人们力图予以避免的一种断裂失效模式。尽管各国工程界对脆性断裂的分析与预防研究极为重视,从工程构件的设计、用材、制造到使用维护的全过程中,采取了种种措施,然而,由于脆性断裂的复杂性,至今由脆性断裂失效导致的灾难性事故仍时有发生。脆性断裂的宏观特征金属构件脆性断裂,其宏观特征虽随原因不同会有差异,但基本特征是共同的。(1)断裂处很少或没有宏观塑性变
6、形,碎块断口可以拼合复原。(2)断口平坦,无剪切唇,断口与应力方向垂直。(3)断裂起源于变截面,表面缺陷和内部缺陷等应力集中部位。(4)断面颜色有的较光亮,有的较灰暗。光亮断口是细瓷状,对着光线转动,可见到闪光的小刻面;灰暗断口有时呈粗糙状,有时呈现出粗大晶粒外形。脆性断裂的宏观特征(5)板材构件断口呈人字纹放射线,放射源为裂纹源,其放射方向为裂纹扩展方向,如图1所示。图1板材构件脆性断口宏观特征(6)脆性断裂的扩展速率极高,断裂过程在瞬间完成,有时伴有大响声。金属构件脆性断裂失效的表现形式主要有:(1)由材料性质改变而引起的脆性断裂,
7、如兰脆、回火脆、过热与过烧致脆、不锈钢的475℃脆和σ相脆性等。(2)由环境温度与介质引起的脆性断裂,如冷脆、氢脆、应力腐蚀致脆、液体金属致脆以及辐照致脆等。(3)由加载速率与缺口效应引起的脆性断裂,如高速致脆、应力集中与三应力状态致脆等。(三)腐蚀失效腐蚀—是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗,是化学和电化学作用的结果. 腐蚀失效有几种基本类型: 1.均匀腐蚀 2.点腐蚀 3.晶向腐蚀(四)磨损失效磨损—相互接触的一对金属表面,相对运动时金属表面不断发生损耗或产生塑性变形,使金属表面状态和尺寸改变的现象.机械设备的磨损80%
8、因磨损而失效报废。1、磨损失效的基本类型粘着磨损,磨料磨损,表面疲劳磨损,冲刷磨损,腐蚀磨损等五种基本类型.粘着磨损（拉伤）两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结(固相粘着)，使材料从一个表面转移到
