绪论与机械零件的失效

绪论

机械工程材料的定义、分类和常用的性能指标；学习本门课程的目的。一机械工程材料的定义和分类

1、定义机械工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。2、分类（按化学成分分类）

金属材料

(综合性能好，用量最大、应用范围最广)

高分子材料

(质轻、耐腐蚀，常用于化工、机械、航 空航天等)

陶瓷材料

（高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于 电器、化工、航空航天等等）

复合材料

（轻、高的比强度、比刚度，结合两种材 料的性能优点，用于航空航天等领域）二机械工程材料的常用性能

包括两方面材料使用性能材料工艺性能力学性能（强度、塑性韧性等）物理性能（光、热、电、磁等）化学性能（氧化、腐蚀等）加工性能（切削、锻造等）铸造性能（适合铸造与否）焊接性能（容易焊接与否）热处理性能（可热处理强化）

三、学习《机械工程材料》的目的（1）获得常用的金属材料、非金属材料的基本理论知识，了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围；（2）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根据零件的工作条件和失效形式，正确设计和合理选材；（3）能够根据结构、工艺、外界条件（温度、环境介质）改变对材料性能的影响，正确制定零件的冷、热加工工艺路线。第一章机械零件的失效分析本章主要内容零件的过量变形以及性能指标零件的断裂及性能指标零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指标零件的磨损失效以及防止零件在高温下的蠕变变形和断裂失效关于失效的基本概念1零件（构件）的功能（1）在一定的压力、温度、介质下，保持规定的形状和尺寸；（2）实现规定的机械运动；（3）传递力和能。失效的定义和形式

定义:零件失去设计所要求的效能（功能）称为失效。

常见的失效形式：过量变形、断裂、磨损、腐蚀第一节零件在常温静载下的过量变形材料的静载性能指标有哪些?什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性变形的原因是什么?设计时应选择什么性能指标?发生过量塑性变形的原因是什么?抗力指标有哪些?问题一、材料的静载性能指标刚度和强度指标弹性和塑性指标硬度指标韧性指标（放在断裂中讲）1、刚度刚度：零构件载受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。2、强度、弹性塑性指标试样的静拉伸过程（1）强度：材料抵抗变形或者断裂的能力比例极限sp弹性极限se屈服强度ss抗拉强度sb断裂强度sk（2）弹性和塑性指标

弹性：材料发生弹性变形的大小。

塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力弹性指标：弹性能（弹性比功）m塑性指标：断后伸长率d断面收缩硬度

硬度：表征材料软硬程度的一种性能。

硬度指标：物理意义与试验方法有关滑痕法硬度值（莫氏硬度）弹性回跳法硬度值（肖氏硬度）压入法硬度值（工业中应用广泛）布氏硬度（HBS)淬火钢球洛氏硬度(HRC)（锥角为120°的金刚石圆锥体）维氏硬度(HV)（锥面角为136°的金刚石四棱锥体为压头二、过量变形失效过量弹性变形及抗力指标（1）零构件发生过量弹性变形失效：

Dl[Dl](拉压或者弯曲条件下）或者q[q]（扭转条件下）（2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够（3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G过量塑性变形及抗力指标（1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量（2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑性变形的能力不够（3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服极限总雕结零构掉件发拾生过湾弹性锦变形板的原黑因：刚度顺不足抗力顿指标错：弹性森模量E或者切变幅模量G强槐调！金属啄和合捐金的咐弹性摇模量互不能慰通过条合金山化和延热处贫理、爷冷变格形等浇方法虾改变池。本节忆中所辰讲的诞材料披的力除学性梦能指茫标及瓶应用刚度：刚度匪设计折中，咱考虑炒构件绢在受洋力时胆发生慢的弹录性变龟形量输。主哥要力餐学性伶能是甚材料收的弹朱性模缘瑞量。荷如精币密机盗床主鸣轴等惩零构帝件弹性靠指标：弹性稍极限董和弹端性模窃量是困设计谊弹性鸣零件滩考虑复的性样能指静标。肝如汽阵车板狸簧和虫各类译弹簧乓等屈服侧强度计和塑怕性：一般祸零件备的抗轿断裂纳设计笨。硬度：在耐趁磨零券件中叫必须站考虑讨的性浮能指顿标。使如滚爆珠轴州承等册.第二上节矿零件苗在静论载和伯冲击浴载荷取下的友断裂问危题断裂蠢可分段为几觉类？龙韧性近断裂克和脆或性断导裂如姿何区选分？断裂械过程裁分为局几个粮阶段卷？韧锯性断诸裂和虹脆性修断裂多的断漠裂过厉程的狡区别赛在哪补里？什么熔是材叫料的旦韧性严？评读价材迟料韧差性的芒力学舞性能辽指标糠有哪扶些？材料港韧性唐指标墙的含股义及圾应用抄？一、兼基本汗概念静载既荷和泡冲击碌载荷断裂欲：材料柄在外卷力作枝用下芒分为饿两个旺或者踏两个跨以上享部分拾的现喇象。断裂殃的分展类：凯韧性橡断裂皆和脆洲性断乐裂断裂签过程傍：裂缸纹萌谣生和阿裂纹终扩展韧性蛮：表示界材料棵在塑喘性变负形和穴断裂滨过程虹中吸而收能雕量的萌能力辈。韧性给断裂茧和脆垫性断论裂的蛮断口宗微观卸形貌韧性里断口脆性材断口二、煎冲击孩韧性渣及衡匹量指刻标冲击煎韧性伴：材坟料在费冲击光载荷抽下吸课收塑疲性变漆形功艺和断身裂功目的能滴力，挑是材遥料强走度和统塑性绪的综狼合表围现。衡量感指标岂：冲队击吸异收功Ak冲击批韧度ak(ak＝Ak/Fk)应用迎：评占价材绳料韧川性的灰好坏钟，与座屈服恒强度什结合坛用于坑一般亿零件匪抗断洒裂设族计。低温责冲击题试验渣：(补材料秆的韧驻脆转聋变温酱度TK)材料梯韧脆剩转变临温度TK的确济定和颗应用三、聚断裂倒韧性哥及衡俊量指葬标断裂纵韧度KIC:是评绞定材柄料抵乌抗脆云性断罩裂的长力学扬性能授指标肢，指育的是寄材料猎抵抗药裂纹匀失稳孩扩展狮的能燥力。单位斥：MP醉a·m1/营2或者MN·m-3膀/2应用（判驻断构井件是竞否安蚕全，仍合理袋选材崭）KI<KIC构件数安全KI>KIC构件腹发生拣脆性逗断裂KI＝KIC构件基发生狮低应键力脆刑性断蛋裂的铅临界笨条件3识应用捎场合勇：主类要用贼于高凉强度扣钢制秧造的妖飞机丽、导岁弹和灶火箭口的零魔件，杰或者名是用时中低柳强度磨钢制慕造气六轮机增转子曾、大罗型发心电机西转子雀等。四、野影响曲脆性博断裂耻的因甜素温度冶和加像载速晕度应力划集中零件揪尺寸总倦结材料钞的断膝裂分致为：附韧性饼断裂铲和脆晕性断属裂材料穿的韧替性指争标：南冲击邪吸收启功、逃冲击科韧度响、材更料韧亩脆转皇变温挡度和蝴断裂桶韧度忽，前钞三个餐用于卖评价拣材料据韧性石的好次坏；旬断裂肝韧度堂可用沫于材拜料抵敬抗低笔应力沈脆性疑断裂危的设睬计。材料小的以茶上韧巴性指锯标均壳可用稼合金治化和姐热处末理等步方法巧改变再。第三棋节获零眉件在芝交变眉载荷课下的计疲劳忌断裂问皱题什么睡是疲申劳断窄裂？疲劳厨断口逆由哪隙几个困部分秧组成蜓？疲劳荐抗力所指标门有哪腊些？仪在设春计中铸如何垒使用御这些现指标掌？一、棒基本孙概念交变业载荷吸：载凝荷大奔小和掌方向休随时晃间发害生周颂期变免化的绢载荷睁。疲劳嫩断裂葬：零东件在镰交变冶载荷硬下经娱过长现时间沙工作迁而发赚生断停裂的恋现象气成为能疲劳惩断裂沫。疲劳摊断裂木过程小：裂炊纹萌悬生、动疲劳勾裂纹次扩展认、最况后断可裂。二、透疲劳晓断口睛的特麦点疲劳烟断口示意渣图疲劳竿源区可和疲变劳扩节展区静的微纺观形决貌一个疲劳源两个疲劳源微裂纹疲劳条纹三、狡疲劳录抗力遭指标无裂用纹构耗件的恰疲劳浊抗力表指标：疲劳礼极限过载经持久聪值疲劳鞋极限贞：材趋料经宝过无秒限次询应力天循环汁不发吩生断沉裂的降最大奥应力笑。对亮应于悉疲劳宝曲线士上水蚕平部裳分对侧应的婚应力掉值。疲劳歪曲线图1富－1废1罚两种治类型节的疲势劳曲安线a)钢铁咬材料b)部分犹有色岸金属趋（如宾铝合膨金）条件疲劳极限疲劳极限过载局持久翁值：圆材料跟在高盯于疲华劳极刷限的伤应力卷作用酒下发傲生疲腰劳断祸裂的坡循环甲周次箩。高周晓疲劳庆：Nf>1你05低周亡疲劳蓬:Nf<1湾052带裂录纹构扇件的康疲劳穷抗力驼指标裂纹座扩展渐速率棋（da/dN)疲劳症裂纹疾扩展晚门槛箭值(DKth）四、两影响印疲劳均抗力期的因普素载荷嫂类型材料锣本质零件或表面乱状态工作盾温度腐蚀佳介质总卫结疲劳埋断裂程是零帮构件氧常见瓦的一追种失河效形取式，谁它是际一种说脆性棵断裂娇，危窄害很童大。无裂临纹零虹构件蹈设计优中常剂用的韵疲劳忌抗力局指标航是疲能劳极禽限、药过载当持久钥值和射疲劳禽缺口爪敏感五度。工作穗应力s<疲劳薄极限漆，构蜘件不夫发生兰疲劳丘断裂碎。工作体应力s>疲劳罗极限办，构功件在学一定岩的周剧次下银断裂许，该绑周次远称为敞过载贩持久顷值。工作借应力误越大旺，过载屑持久风值越库低。3幼疲劳水断口浑上可荐清楚浆显示晌疲劳截裂纹固源、庆疲劳牌裂纹警扩展臂区和亿最后暮断裂繁区。列所以灭，根率据断珠口就冈可判借断是恳否发井生疲叠劳断增裂。第四到节愉零件劣的磨惑损失距效本节锦主要驾讲粘府着磨扫损、款磨粒它磨损等和疲拿劳磨碌损的恐发生壳过程你、机被理以值及防慎止措变施。一、磨损狗的基烫本概夫念产生僵磨损悼的条林件磨损诱的定摇义：唇在摩谣擦过络程中掘零件就表面爽发生添尺寸帖变化米和物距质耗扰损的延现象劣叫做脊磨损押。二、捐磨损纪的过啦程和耐机理粘着昏磨损（1寄）又肺称咬若合磨胜损，定在滑纺动摩属擦条津件下淘，摩别擦幅饥的接龙触面浙发生访金属河粘着板，在役随后宪的相障对滑嗽动中医粘着名处被沾破坏掩，有植金属挖屑粒球被拉医拽下筐来或彼者是妄金属烈表面倦被擦腰伤的简一种求磨损芝形式铁。（2）利过程滑动（3访）粘泽着磨蛋损的粥特点法：磨伞损速扬度大迷；破备坏严凤重。（4）迟防止费措施合理送选材屯，摩难擦幅倡配对芳材料解选用杂硬度夹差较山大的性异类割材料；提高陪表面袋硬度无；合理标设计戒减小恭接触扛压应肯力；减小皇表面杯粗糙董度。局部粘着粘着处被撕掉金属表面被划伤或者金属屑粒脱落磨粒没磨损（1）颈定义幼：又称战磨料鼻磨损感，在君滑动劳摩擦富时零勺件表灾面存在在硬乳质磨服粒，掠使磨首面发摊生局蚂部塑淹性变交形，谢磨粒般嵌入鸟、磨帆粒切殊割金奖属表易面从另而导鸟致零捐件表扰面逐尊渐损帅耗的敌一种溜磨损姥。（2）威过程金属表面发生局部塑性变形磨粒嵌入金属表面，切割金属表面表面被划伤（4）帖防止档措施提高倦表面役硬度霉（从抛选材挤方面烈）；减少克磨粒闲数量掀（从限工作斗状况向方面付）。接触衰疲劳埋（疲意劳磨宁损，幕麻点杠磨损饱）（1就）定禽义：零件窃工作稻面作捷滚动春或滚饿动加稍滑动渗摩擦萝时，脑在交择变接前触压沉应力役的长叮期作话用下落引起诸的表皱面疲鞭劳剥穗落破端坏的额现象鄙。（2捆）过生程：头类似咳于疲素劳断浇裂，掘是裂说纹萌踪蝶生和椒扩展哥过程浮。（3稳）主要蜜防止预措施提高计材料楚硬度双；提颤高材勺料纯唱度；画提高公零件繁心部设和表呀面强错度；倦减小叛表面抬粗糙仓度。总甩结磨损悲是机痕械零茅件常增见的酿一种捧失效山形式医，总归是从亲零件巴表面汽开始拾发生峰。各论种磨谨损的丈过程近和机鸟理不单同，椅因此件其主全要的崖预防网措施柿也不盾同。提高共零件负表面博硬度认，合辈理设弹计减丽小压阀应力驼，以扣及提善高表肿面光兴洁度桨等对德降低娱磨损哪都有视利。第五掀节亚零蠢件的唤腐蚀趟失效问挂题1利什么日是腐方蚀？誓可分昨为几拒类？高温令氧化株腐蚀烟常发冈生在拿那些厦零件绿中？被耐热恼钢为拾什么暖具有村抗高坚温氧金化能筒力？发生屈电化茶学腐母蚀的饮条件已是什替么？改善诸零件申腐蚀领抗力环的主沈要措皇施是卸什么一、蝇腐蚀坝的定蓄义和街分类腐蚀陕：材抓料表秧面和委周围挎介质悠发生售化学痒反应塔或者所电化显学反她应所奥引起续的表彩面损凭伤现有象。分类很：化学桃腐蚀电化续学腐淋蚀二、宾腐蚀经过程社及防次止化学奸腐蚀怖过程丙（以掩高温落氧化执腐蚀绢为主众）高温摘氧化栗过程雾：（1值）金凡属失作去电螺子成获为金袭属离速子（2盟）氧伯原子效吸收云电子没成为锻氧离鹅子（3色）金良属离犬子和吉氧离堪子结静合为过金属弓氧化董物基体桑金属觉能否另继续过氧化善，取滩决于贤氧化牵物薄猎膜是伶否致链密。提高执钢抗罗氧化吹能力荒：加昨入Al价、Si、C善r等元授素，排与氧湿结合痰形成的致密缘瑞的氧凡化物围膜，它防止辟基体魔金属炮进一霞步氧腊化。电化腰学腐驾蚀条件久：存浩在电抚极电鹅位差省，并蹄且相挺互接揪触并畜处于宗相互久联通件的电潜介质职溶液逢中形鸣成微显电池荐。电化破学腐狱蚀的倚过程阳极捎：失宜去电数子，MMn++ne(被腐垮蚀）阴极京：发液生析照氢反棉应或颠者吸缓氧反基应三、哨零件荐防止睛腐蚀帆的措河施对于皱化学被腐蚀买，常称采用诵以下请方式胆：选砍择抗炕氧化先材料安如耐尽热钢海、高籍温合妹金、岛陶瓷松材料饥等；辆零件判表面劈燕涂层霸。对于进电化织学腐饿蚀：舅选择逃耐腐音蚀材键料；毫表面引涂层待；电射化学谊保护微；加撤缓蚀号剂第六青节赵零惊件在富高温黄下的弟蠕变同变形要和贴断裂息失效问静题金属傅材料毁在高各温下板的力架学行介为有温哪些爷特点筐？什么吓是蠕乖变？评价跃金属够材料犯高温兔力学萍性能标指标疫有哪全些？高温歉下零榴件的填失效毫方式厚有哪骑