机电设备故障诊断与维修第2节课-15设备用

机电设备故障诊断与维修15:291授课：关晓光15:292第一章机械设备维修的基本概念1.3金属零件的断裂1.4机械零件的变形15:293断裂机械热磁腐蚀15:294断裂延性脆性疲劳环境15:2951.3金属零件的断裂1.3.1断裂1、延性断裂15:2961、延性断裂

零件在外力作用先产生弹性变形，当外力引起的应力超过弹性极限时即发生塑性变形。外力持续增加，应力超过抗拉强度时发生塑性变形而后发生的断裂称为~。其断裂宏观的特征就是断裂前有明显的塑性变形，常出现颈缩。15:29715:2981、弹性模量：E=σ/ε，衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。E越大，则其产生一定量弹性变形的应力也应越大。因此，工程上把它叫做材料的刚度。弹性模量主要取决于材料本身。

2、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力，称为强度，有抗拉强度、抗压强度和抗扭强度

3、屈服比：σs和σb的比值，屈服比越小，工程构件的可靠性越高，因为万一超载也不至于马上断裂。但太小，材料强度的有效利用率太低15:2992、脆性断裂15:29103、疲劳断裂

概念：许多零件都在交变应力作用下工作，它们工作时承受的应力一般都低于材料的屈服强度或抗拉强度，按静强度设计的标准是安全的，但实际上，在重复及交变载荷的长期作用下，零件仍然会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂15:2911

补充：当σ低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示材料可经无限次循环而不断裂，这一应力称为疲劳强度或疲劳极限。15:29124、环境断裂从前三种断裂类型看，零件的断裂与哪些因素有关：（1）材料的特性（2）应力状态（3）应变速率这里引入第四个因素，即：环境15:2913应力腐蚀氢脆高温蠕变腐蚀疲劳冷脆15:2914拉应力特定的腐蚀环境应力腐蚀断裂15:2915

防止应力腐蚀的主要措施：（1）合理选用材料（2）合理的结构设计（3）采取改善腐蚀环境的措施15:29162、氢脆断裂

概念：由于氢渗入钢件内部而在应力作用下导致的脆性断裂称为氢脆断裂。其是工程上一种比较普遍的现象，氢在钢中的溶解度越小，其扩散系数越大，氢脆裂纹的扩展速率也越大，即越容易发生氢脆断裂15:2917

百度词条：氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹。氢脆现象又称白点。

在炼钢、焊接、电镀、酸洗中易出现氢脆问题15:29183、高温蠕变断裂概念：金属材料在长时间恒温、恒压作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象，称为蠕变，由蠕变导致断裂的现象称为蠕变断裂。而蠕变又当温度高于0.3Tm时才较显著，故这种断裂又称为高温蠕变断裂。15:29193、高温蠕变断裂主要原因：（1）应力（2）温度（3）时间（4）材料的耐热性对策：（1）设计上避免应力集中（2）采用隔热涂层（3）制造中严格控制热加工工艺（4）表面强化或消除表面缺陷15:2920腐蚀介质交变应力腐蚀疲劳断裂15:2921与疲劳断裂比较：相同点：都是交变应力作用下引起不同点：疲劳断裂生核时间长，交变应力小于等于某一数值时，疲劳裂纹不能萌生。腐蚀疲劳断裂可以在很低的循环应力下发生断裂，常没有明显的疲劳极限值15:2922与应力腐蚀断裂比较：相同点：都是应力与腐蚀介质共同作用下引起的不同的：腐蚀疲劳断裂对介质没有选择性（应力腐蚀断裂的腐蚀环境是特定的），且绝大多数金属都会发生腐蚀疲劳（金属材料对应力腐蚀断裂的敏感性“因人而异”）15:2923防止腐蚀疲劳断裂的方法：（1）采用耐腐蚀材料（2）阴极或阳极保护（3）表面防腐涂层15:29245、冷脆断裂概念：当金属材料所处的温度低于某一温度Tk时，材料将转变为脆性状态，其冲击韧度明显下降，这种现象称为冷脆。由于材料的冷脆而造成的断裂现象称为冷脆断裂。冷脆温度Tk：材料屈服强度和断裂强度相等时的温度，即由延性断裂向脆性断裂转变的温度，称为~15:2925腐蚀的概念腐蚀是金属受周围介质的作用而引起损坏的现象。金属的腐蚀损坏总是从金属表面开始，然后或快或慢地往里深入，同时常常伴随发生金属表面的外形变化。首先在金属表面上出现不规则形状的凹洞、斑点等破坏区域，其次破坏的金属变为化合物，部分附着在金属表面上15:2926腐蚀的分类（1）化学腐蚀：金属与介质直接发生化学作用（2）电化学腐蚀：金属表面与周围介质发生电化学作用（其特点是腐蚀过程有电流发生，金属的腐蚀大多数归为此类）15:2927电化学腐蚀之原电池15:29283、防止腐蚀的方法（1）合理选材（2）合理设计（3）覆盖保护层（4）添加缓蚀剂（5）电化学保护（6）改变环境条件15:2929关于覆盖保护层1）金属保护层采用电镀、喷镀、熔镀、气相镀和化学镀等方法，在金属表面覆盖一层如镍、铬等金属或合金作为保护层。15:29302）非金属保护层①涂料（油基或树脂基漆）②砖、板衬里③硬（软）聚氯乙烯④玻璃钢（不是钢化玻璃）⑤耐酸酚醛塑料15:29311.4机械零件的变形1、弹性变形2、塑性变形1）翘曲变形2）体积变形3）时效变形15:2932过量的变形是机械失效的重要类型，也是判断韧性（延性）断裂的明显征兆。过量变形将使机械设备无法完成规定的功能；产生附加载荷，引起设备的异常振动；最严重的后果是，使零件发生断裂，导致整个设备无法工作，甚至发生事故15:2933减少变形的措施（从哪几个方面入手）（1）设计（2）加工（3）修理（4）使用变形可以避免吗？15:2934这节课我们学到了什么？1、断裂的常见四个类型是？2、环境断裂又包括哪几类？简述概念？3、应力腐蚀的三个条件是什么？如何应对？4、金属的腐蚀按机理分为哪两类？5、防腐蚀的六种方法是？6、非金属保护层的五种材料是？15:2935这节课我们学到了什么？7、机械零件的变形分哪两大类？8、塑性变形从宏观上看分哪三类？9、减少变形的措施有哪些？15:293715:293815:2939倾动系统15:2940扭力杆15:294115:294215:294315:29441.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂15:29451.3金属零件的断裂1.3.1断裂疲劳断裂的宏观形貌及特征15:29461.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂15:29471.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂15:29481.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂【对材料缺陷的敏感性】15:29491.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂【突发性】15:29501.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂【断裂应力很低】15:29511.3金属零件的断裂1.3.1断裂3、疲劳断裂【损伤累积的过程】15:29521.3金属零件的断裂环境断裂2、氢脆断裂关于氢脆应注意的几点：（1）硬度越大，越应该注意氢脆的危险（2）零件的使用安全系数（3）零件的几何形状：缺口，小R等（4）零件的截面积：细小的弹簧钢丝、较薄的片（5）零件使用中的受力性质：怕拉不怕压15:29531.3金属零件的断裂环境断裂3、高温蠕变断裂蠕变断裂宏观断口有明显氧化色或黑色，有时还能见到蠕变孔洞。蠕变微观断口多为沿晶断裂，无疲劳条纹。15:29541.3金属零件的断裂1.3.2腐蚀补充碳钢为何不允许和不锈钢放在一起?不锈钢和碳钢电位不同，如果贴合在一起，在潮湿环境下碳钢和不锈钢之间会形成原电池反应而腐蚀碳钢，类似于牺牲阳极的阴极保护——将镁棒与钢铁连接，使镁棒代替钢铁先腐蚀掉。此时，是碳钢加速腐蚀，而不锈钢没有问题。15:29551.3金属零件的断裂环境断裂2、氢脆断裂氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件，在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%～50%15:29561.3金属零件的断裂1.3.2腐蚀3、防止腐蚀的方法补充阴极保护分为：（1）牺牲阳极的阴极保护（2）外加电流法是由外部直流电源提供保护电流，电源的负极连接保护对象，正极连接辅助阳极15:29571.3金属零件的断裂1.3.2腐蚀3、防止腐蚀的方法补充阳极保护分为：15:29581.3金属零件的断裂1.3.2腐蚀补充（2）电化学腐蚀之铁生锈原理