零件失效分析课件.ppt

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1、零部件的失效与选材第一节零部件的失效失效零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。一、失效形式常见的失效形式有变形失效、断裂失效、表面损失失效及材料的老化失效等。1、变形失效（1）弹性变形失效不恰当的弹性变形量导致失效。（2）塑性变形失效防止零件塑性变形失效的措施：采用屈服强度高的材料，进行合理的热处理，防止超载。2、断裂失效断裂失效机械零件因断裂而产生的失效。（1）韧性断裂失效断裂前有明显的塑性变形。宏观变形方式为颈缩，典型断口呈韧窝状，韧窝是由于空洞的形

2、成、长大并连接而导致韧性断裂产生的。（2）脆性断裂失效断裂前无塑性变形。疲劳断裂、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳断裂和蠕变断裂等均属于脆性断裂。①疲劳断裂在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹导致发生断裂，称金属的疲劳断裂。②低应力脆性断裂失效石油化工容器、锅炉等一些大型锻件或焊接件，在工作应力远远低于材料的屈服应力作用下，由于材料自身固有的裂纹扩展导致的无明显塑性变形的突然断裂，称为低应力脆性断裂。低应力脆性断裂按其断口的形貌可分为解理断裂和沿晶断裂。3、表面损失

3、失效由于磨损、疲劳、腐蚀等原因，使零部件表面失去正常工作所必须的形状、尺寸和表面粗糙度造成的失效，称为表面损伤失效。⑴磨损(wear)失效任何两个相互接触的零部件发生相对运动时，其表面会发生磨损，造成零部件尺寸变化、精度降低而不能继续工作，这种现象称为磨损失效。⑵腐蚀(corrosion)失效由于化学或电化学腐蚀而造成零部件尺寸和性能的改变而导致的失效称为腐蚀失效。⑶表面疲劳失效表面疲劳失效是指两个相互接触的零部件相对运动时，在交变接触应力作用下，零部件表面层材料发生疲劳而脱落所造成的失效。4、材料的老化

4、高分子材料在贮存和使用过程中发生变脆、变硬或变软、变粘等现象，从而失去原有性能指标的现象，称为高分子材料的老化。老化是高分子材料不可避免的。二、失效原因造成零部件失效的原因很多，主要有设计、选材、加工、装配使用等因素。1、设计不合理2、选材错误3、加工工艺不当4、装配使用不当三、失效分析1、失效分析的一般程序⑴收集失效零部件的残骸，进行宏观外形与尺寸的观察和测量，拍照留据，确定重点分析的部位。⑵调查零部件的服役条件和失效过程。⑶查阅失效零部件的有关资料，包括零部件的设计、加工、安装、使用维护等方面的资料。

5、⑷试验研究2、失效分析实例——锅炉给水泵轴的断裂分析某大型化肥厂从国外引进的两台离心式锅炉给水泵在试车过程中只运行了1400多小时便先后发生断轴事故。泵轴的材质相当于我国的42CrMo钢，外径为90mm，断裂部位为平衡鼓附近的轴节处，该处最小直径为74mm。在试车期间，给水泵曾频繁开停车。图为泵轴的断口照片。成分分析表明，泵轴材料的含碳量高于标准的上限（0.45%）达到0.48%。泵轴的心部组织为魏氏组织，表面为粗大晶粒的回火索氏体组织。显然，泵轴材料为不合格材料。泵轴表面机械加工粗糙，断口部位有四条明显

6、的深车刀痕，泵轴正是沿着这些刀痕之一整齐地发生脆性断裂。结论：泵轴的断裂为低载荷高应力集中的旋转弯曲疲劳断裂。深的车刀痕是高应力集中源，也是引起泵轴断裂的主要原因。泵轴材料是成分和热处理组织不合格材料。第二节零部件的选材一、选材的基本原则1、使用性能原则材料的使用性能应满足使用要求。使用性能指零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物理性能、化学性能。2、工艺性能原则材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。（1）金属材料的工艺性能金属材料加工的工艺路线复杂。加工工艺不仅影响零件的成形，还大大影响其最终性能。（

7、2）高分子材料工艺性能高分子材料的加工工艺比较简单，主要是成形加工，成形加工方法也比较多。高分子材料的切削加工性能较好，与金属基本相同。但由于高分子材料的导热性差，在切削过程中易使工件温度急剧升高，使热塑性塑料变软，使热固性塑料烧焦。高分子材料的加工工艺路线（3）陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料加工的工艺路线比较简单，主要工艺是成形，其中包括粉浆成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等。陶瓷材料成形后，除了可以用碳化硅或金刚石砂磨加工外，几乎不能进行任何其它加工。陶瓷材料的加工工艺路线3、经济性原则满足使用性能要求

8、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。二、典型零部件选材及工艺分析㈠齿轮类零件的选材1、齿轮的工作条件、主要失效形式及对性能的要求。⑴齿轮的工作条件：①啮合齿表面承受较大的既有滚动又有滑动的强烈磨擦和接触疲劳压应力。②传递动力时，轮齿类似于悬臂梁，轮齿根部承受较大的弯曲疲劳应力。③换挡、启动、制动或啮合不均匀时，承受冲击载荷。⑵齿轮的主要失效形式：①断齿：除因过载（主要是冲击载荷过大）产生断齿外，大多