机械零件的失效

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：零构件在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。刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。（在同样的载荷下）2、强度、弹性塑性指标试样的静拉伸过程弹性变形、塑性变形弹性变形非线性弹性变形（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强度指标单位：MPa（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、随过量惯变形犯失效过量衫弹性供变形暴及抗花力指匀标（1）零构础件发弱生过悬量弹荡性变珠形失偷效：Dl[Dl]吩(拉压欧或者凶弯曲员条件伸下）或者q[q]滑（扭转龄条件损下）（2叮）过裂量弹继性变赢形的宫原因欲：零娘构件龟的刚亿度不爽够（3汉）抗麻力指托标：酿弹性玻模量E或者软切变御模量G过量诞塑性童变形下及抗焦力指艘标（1为）发尊生条桃件：段塑性刚变形崇量超悟过允它许变块形量（2搜）原炉因：页偶而罪过载碧或者射零构招件本厕身抵愈抗塑渣性变杯形的摸能力训不够（3雪）抗仙力指厦标：敞比例松极限档、弹搏性极啦限和冬屈服首极限总押结零构玩件发粉生过槐弹性统变形宰的原姨因：刚度樱不足抗力浇指标妄：弹性哗模量E或者切变两模量G强描调！金属旧和合壮金的弹性庸模量科不能通过醒合金府化和辜热处纸理、佣冷变混形等孩方法蓬改变撕。本节纷中所砍讲的擦材料男的力阅学性往能指粒标及门应用刚度：在设净计中稿，考腐虑构替件在敢受力海时发叨生的喇弹性伍变形仅量，悄需要舒用刚呼度。功主要弄力学极性能梯是材卧料的弹性旁模量。如芦镗床侧的镗遗杆、严齿轮掠轴等弹性付指标：弹性哄极限猾和弹饭性模虏量是升设计案弹性劈燕零件舞考虑手的性满能指仁标。如染汽车逮板簧灶和各吊类弹嫌簧等强度陷和塑危性指斧标：录屈服绣强度遵和塑跨性用于在一般聋零件竹的抗丑断裂喉设计啊。硬度：在耐蕉磨零杠件中春必须鸽考虑承的性姿能指孕标。耻如滚傲珠轴匹承、孔活塞结环等锹.第二慢节筹零件盘在静隔载和起冲击效载荷挽下的疮断裂问洋题断裂遇可分滋为几秩类？欧韧性野断裂拢和脆埋性断查裂如爱何区纽奉分？断裂熄过程喷分为哀几个赞阶段叼？韧借性断能裂和状脆性篇断裂荐的断跑裂过独程的炒区别嚷在哪捕里？什么病是材位料的谊韧性窑？评签价材纱料韧非性的般力学主性能刻指标寄有哪学些？材料均韧性私指标爬的含圆义及未应用走？一、茄基本售概念静载寒荷和抖冲击辨载荷断裂售：材料济在外颗力作留用下闭分为球两个欧或者校两个通以上锅部分耳的现笋象。断裂爆的分筛类：题韧性掏断裂丑和脆贫性断暗裂断裂乐过程有：裂喝纹萌浇生和重裂纹要扩展韧性蜘：表示形材料酱在塑童性变抄形和待断裂辉过程蓬中吸姥收能私量的肆能力采。韧性竖断裂典和脆松性断探裂的滩断口蜘微观践形貌韧性乖断口脆性摧断口二、肺冲击绳韧性直及衡问量指匪标冲击勒韧性梦：材柔料在疮冲击厕载荷奸下吸等收塑畜性变菜形功劲和断责裂功黄的能巴力。猜是材锈料强饼度和授塑性缠的综读合表滥现。衡量饭指标煮：冲搁击吸没收功Ak冲击讲韧度ak(ak＝Ak/Fk)应用星：评配价材魂料韧怀性的狂好坏处，与欠屈服浸强度易结合纯用于立一般泰零件旦抗断量裂设挎计。低温据冲击蜘试验浩：(栏材料诉的韧录脆转辫变温拼度TK)材料舟韧脆领转变朽温度TK的确犁定和酬应用三、潜断裂例韧性年及衡怒量指励标断裂般韧度KIC:是评予定材距料抵赤抗脆衫性断森裂的志力学掀性能可指标佳，指挺的是庭材料狱抵抗椅裂纹当失稳蛋扩展钉的能跨力。单位陵：MP雹a·m1/绍2或者MN·m-3锤/2应用（判唤断构镰件是头否安稍全，谢合理罗选材闻）KI<KIC构件率安全KI>KIC构件熟发生容脆性枝断裂KI＝KIC构件姻发生匙低应香力脆闹性断尽裂的迎临界泼条件3铜应用先场合摇：主窑要用倘于高荷强度牧钢制捧造的柔飞机柏、导纯弹和阔火箭甜的零嘱件，疲或者反是用胞中低特强度烤钢制宝造气央轮机示转子懒、大记型发基电机响转子属等。四、列影响否脆性域断裂询的因阁素加载欣方式材料润本质温度蝇和加被载速窗度应力预集中零件厅尺寸总锁结材料思的断糠裂分杯为：初韧性模断裂陕和脆赔性断锄裂材料提的韧牲性指其标：吴冲击滨吸收败功、状冲击销韧度璃、材密料韧居脆转纱变温聚度和掀断裂穷韧度南，前洗三个膛用于手评价茶材料鸽韧性吼的好志坏，劲也可幅用于己一般突零件固的抗厌断裂瘦设计技；断比裂韧央度可版用于屿材料腐抵抗界低应蚕力脆村性断拔裂的申设计忘。材料奔的以段上韧仿性指圆标均搬可用长合金碎化和恼热处伏理等午方法庆改变怕。第三慌节饰零花件在抚交变溉载荷绞下的鸭疲劳闭断裂问谊题什么镜是疲坑劳断蔑裂？疲劳撑断口征由哪浪几个什部分记组成健？疲劳律抗力鞭指标巾有哪萌些？港在设果计中悉如何俯使用末这些另指标穴？一、夸基本拾概念交变甩载荷贪：载庙荷大类小和方方向杯随时桃间发比生周铅期变津化的贺载荷密。疲劳尊断裂商：零筑件在监交变差载荷双下经鞋过长核时间沟工作送而发群生断塑裂的著现象洲成为畏疲劳鼓断裂春。疲劳挣断裂禁过程伏：裂跃纹萌普生、常疲劳烘裂纹艺扩展抱、最灾后断使裂。二、跌疲劳谨断口未的特验点示意骂图疲劳环源区扇和疲哑劳裂焰纹扩劣展区晒的微捉观形逆貌一个疲劳源两个疲劳源微裂纹疲劳条纹疲劳晴裂纹迹扩展进区疲劳心源区三、升疲劳弹抗力辫指标无裂朱纹构教件的邀疲劳怒抗力奶指标：疲劳板极限过载悉持久球值疲劳箭极限坊：材注料经勾过无苏限次立应力租循环孝不发倘生断稻裂的抗最大貌应力岸。对滋应于幻玉疲劳差曲线匹上水常平部精分对应应的浓应力悔值。疲劳曲线图1吸－1君1捷两种京类型吴的疲孔劳曲艺线a)钢铁李材料b)部分央有色洪金属皆（如脾铝合池金）条件疲劳极限疲劳极限过载贵持久则值：输材料题在高霜于疲疾劳极凉限的乏应力骨作用写下发磨生疲控劳断寇裂的凝循环饶周次竖。高周庭疲劳赖：Nf>1剪05低周退疲劳臂:Nf<1功05疲劳曲线N1,N2,N3,N4都是俯过载曾持久餐值四、屡影响价疲劳佳抗力泉的因平素载荷汤类型材料错本质零件明表面煤状态工作府温度腐蚀敬介质总袄结疲劳砖断裂客是零顽构件卖常见姨的一命种失盗效形挽式，玩它是费一种才脆性弯断裂商，危雪害很食大。无裂穿纹零界构件廊设计生中常汁用的烫疲劳老抗力距指标暗是疲死劳极渣限、戚过载腐持久跃值（岛和疲拳劳缺跪口敏障感度起）。工作爪应力s<疲劳哲极限么，构袍件不魂发生碰疲劳短断裂孕。工作闯应力s>疲劳枪极限盯，构椅件在皱一定廊的周镰次下贡断裂响，该涛周次唇称为落过载灵持久败值。工作歼应力黄越大尤，过载槽持久原值越御低。3活疲劳己断口距上可矮清楚们显示住疲劳涨裂纹摇源、窃疲劳钻裂纹板扩展钻区和租最后展断裂忌区。晶所以费，根讯据断生口就柱可判触断是参否发袖生疲铃劳断致裂。第四项节赚零件肚的磨偿损失良效本节只主要枕讲粘等着磨喇损、繁磨粒怎磨损姿和疲帆劳磨朽损的深发生送过程匠、机筝理以厅及防卫止措霜施。一、磨损炼的基邪本概尖念产生答磨损迅的条主件磨损落的定兼义：卸在摩暴擦过宁程中兆零件统表面暂发生存尺寸维变化血和物看质耗竖损的档现象腾叫做图磨损堵。二、泻磨损琴的过壤程和误机理粘着雷磨损（1阵）又搂称咬影合磨站损，陵在滑狼动摩倦擦条疫件下酿，摩膛擦幅仍的接绸触面弯发生篇金属刘粘着技，在坛随后忠的相凉对滑报动中居粘着挣处被家破坏屿，有阵金属岔屑粒承被拉机拽下端来或淋者是锯金属顺表面萝被擦炎伤的组一种剃磨损爷形式胀。（2）房诚过程滑动（3胖）粘氏着磨查损的壶特点坟：磨偏损速区度大晒；破恶坏严限重。（4）尘防止掌措施合理笑选材镜，摩瓦擦幅滋配对览材料化选用对硬度广差较响大的异异类花材料；提高营表面晶硬度摧；合理坛设计悼减小孤接触恢压应士力；减小衣表面则粗糙有度。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兔磨损（1）诊定义奏：又称分磨料贯磨损顽，在桨滑动胸摩擦外时零怠件表迹面存警在硬弄质磨安粒，眼使磨滚面发坦生局达部塑称性变祥形，梢磨粒叮嵌入煌、磨逗粒切秀割金摩属表娃面从嗽而导陡致零想件表危面逐丧渐损绕耗的驴一种炸磨损咬。（2）惩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）装防止仪措施提高惰表面弊硬度钟（从烛选材挠方面秧）；减少从磨粒去数量刻（从盾工作谎状况滥方面春）。接触卫疲劳夫（疲浸劳磨躺损，水麻点悬磨损掌）（1灰）定倘义：零件窄工作立面作顽滚动完或滚舞动加姥滑动存摩擦露时，很在交槽变接肉触压筹应力葱的长趣期作泳用下泼引起浴的表淋面疲粥劳剥遮落破驶坏的搬现象糖。（2铺）过考程：距类似肢于疲法劳断运裂，隶是裂侨纹萌冤生和恼扩展圾过程剪。（3逮）主要矮防止缸措施提高摆材料崭硬度来；提洋高材般料纯话度；划提高禽零件劲心部被和表羊面强海度；谈减小四表面敢粗糙连度。总仁结磨损很是机允械零猾件常毁见的迷一种貌失效脊形式琴，总励是从刻零件刃表面赏开始任发生苗。各来种磨溪损的存过程崇和机稳理不擦同，半因此馋其主桶要的难预防忽措施贩也不留同。提高淋零件械表面锡硬度沾，合馅理设懒计减锤小压墨应力功，以那及提扁高表始面光咽洁度裹等对五降低流磨损钱都有辆利。第五圈节保零渠件的枕腐蚀重失效问游题1猴什么按是腐财蚀？迅可分洲为几醋类？高温步氧化镰腐蚀良常发率生在澡那些省零件篇中？究耐热雕钢为宴什么著具有叹抗高布温氧皮化能岸力？发生哪电化僵学腐败蚀的拆条件刃是什形么？改善暴零件叛腐蚀缠抗力召的主酒要措捕施是批什么一、惹腐蚀贸的定治义和景分类腐蚀惹：材季料表歇面和北周围盾介质怨发生剃化学思反应围或者上电化然学反侨应所借引起镇的表剖面损窜伤现可象。分类滔：化学碰腐蚀电化看学腐漫蚀二、裳腐蚀盘过程追及防哨止化学隙腐蚀伐过程雀（以武高温煤氧化膝腐蚀尝为主喇）高温婚氧化胳过程穷：（1互）金黑属失驱去电退子成旗为金胸属离斜子（2捐）氧丢原子磁吸收暖电子皱成为估氧离芝子（3屋）金曾属离纽奉子和臣氧离朗子结间合为轮金属辞氧化居物基体踏金属汉能否吩继续桶氧化摧，取乖决于利氧化供物薄仅膜是顶否致过密。提高嫌钢抗乡丰氧化辣能力忽：加辜入Al铅、Si、C漠r等元抖素，拴与氧冲结合虑形成飘致密例的氧点化物皂膜，办防止挖基体勿金属底进一争步氧羞化。电化骄学腐悉蚀条件浅：存黎在电荡极电恩位差膊，并讯且相咱互接酱触并计处于苹相互拳联通扯的电聚介质露溶液灭中形轻成微冰电池司。电化磨学腐窄蚀的盗过程阳极馆：失有去电孝子，MMn++ne(被腐嫌蚀）阴极骆：发池生析阶氢反斥应或拍者吸堵氧反竹应三、爱零件吩防止旗腐蚀痒的措用施对于功化学御腐蚀惨，常疲采用淹以下线方式督：选其择抗练氧化梢材料唯如耐赚热钢扶、高摔温合行金、载陶瓷遍材料念等；撒零件予表面甘涂层系。对于幸电化野学腐暂蚀：拥选择做耐腐每蚀材橡料；柳表面昼涂层稻；电递化学运保护根；加广缓蚀霸剂第六具节旱零粥件在屑高温捆下的浓蠕变哑变形腔和驻断裂厌失效问孟题金属欧材料晶在高盆温下洪的力直学行素为有殖哪些著特点惨？什么河是材勿料的者蠕变体？评价垃金属舟材料柳高温铲力学昨性能裤指标才有哪酸些？高温骑下零花件的守失效束方式劝有哪塞些？份如何摆防止躲？一、虚材料工在高悔温下袄的力分学行差为材料毒的强发度随植温度恰的升类高而羡降抵皮。高温涝下材投料的锡强度孝随时滥间的馒延长侮而降封抵。高温斩下材川料的陷变形与量随寨时间蚕的延豆长而缎增加特。二外蠕变错和蠕门变曲弃线蠕变接：材料炉在长浊时间秧恒应丽力作命用下消缓慢宣产生半塑性口变形搏的现邪象称潜为蠕桌变。蠕变稿曲线I减速弯蠕变脱阶段II恒速砌蠕变忍阶段II群I加速吧蠕变知阶段三、授评价新材料叶高温权力学掀性能垃的指胜标蠕变稳极限你：是高俩温长芽期载软荷作那用下桌材料颜对塑喷性变殿形的掉抗力醋指标票。（2）给定温度下，在规定时间内使试样产生一定蠕变总变形量d的应力值，符号为：表示方法（1）在规定温度下使试样产生规定稳态蠕变速率的应力值，符号为持久扶强度：材景料在继高温踏长期御载荷佩作用县下抵帽抗断额裂的铁能力孝。表示晚方法属：用给宣定温势度和夺规定招时间到内试搁样发兼生断井裂时陷的应俗力表记示，sTtt-墨--时间孕；T-脑--馒-温度；四、蔽高温成下零农件的申失效酱和防创止高温帅下零皇件的失效那形式：过婶量塑动性变码形（父蠕变肢变形粥）、缓断裂夕、支磨在损、马氧化参腐蚀塌等。防止更措施：正旷确选伏材；剧（选段熔点镜高、诸组织哑稳定堆的材颤料）表面钢处理杆（表盲面渡待硬铬缺、热瞧喷涂做铝和匪陶瓷某等）第一压章宾的作促业习题正与思引考题悄1育、怀3、键4、暖5、夸9、爆12胁、1器3第二辅章闸碳岛钢碳钢：以梢铁、您碳为栋主要胃成分台的合金。合金：指兰通过糕熔炼嫩、烧喇结或宣者其估它方种法，胀将一恋种合门金元浴素和围另一酬种或救者几锡种元武素结挖合在出一起窄形成朴具有话金属棕特性像的新场物质冬。碳钢睬的分伞类和纳牌号一娃碳钢摔的分狱类1冲按含戏碳量父分类低碳掌钢获（Wc<0惰.2库5%找)中碳胶钢革(棵0.久3%均<Wc<0辽.6圆)高碳事钢粒(Wc>0麻.6瞎)2廊按尺质量抛分类普通册碳素亡钢Ws晚<0琴.0孤35逼％Wp<0喂.0竖35车%优质记碳素倡钢Ws阔<0怖.0妻30阻%Wp<0常.0醒30员%高级纽奉优质筝碳素港钢Ws芳<0康.0尤2%Wp<0市.0顶3%按硫磷此杂质雕含量害而定硫磷骆杂质全含量蔽越少幸，钢倾的质掏量越稼高！3后按狼用途负分类碳素咳结构吸钢：用于偿制造眯工程喜构件铅和机舌器零惧件的菠钢，如板桥梁籍、船警舶以家及建屠筑用险钢，坚齿轮省、轴盛、连让杆等普通灾碳素端钢和插优质阳钢，可通常邻是低谎碳钢欲、中父碳钢碳素黎