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、畅刚度刚度绕：零构进件载球受力浙时抵句抗弹轻性变轰形的偶能力。等闭于材否料弹轨性模榜量与坛零构星件截亿面积肝的乘另积。2、纹强度删、弹看性塑枕性指愤标试样叫的静拉拉伸贯过程（1救）强躁度：材料脚抵抗爹变形则或者疲断裂您的能恶力比例凝极限sp弹性本极限se屈服拣强度ss抗拉纵强度sb断裂盖强度sk（2偿）弹塞性和添塑性梨指标弹性载：材霉料发谦生弹欠性变叮形的驳大小喷。软塑性：材料理断裂长前发夸生塑理性变艳形的翁能力弹性怕指标继：弹沾性能暑（弹万性比伟功）m塑性控指标腔：断焰后伸甜长率d断面处收缩硬度硬度水：表答征材拳料软询硬程声度的快一种庭性能旅。硬度口指标涨：物陡理意订义与肉试验礼方法柴有关滑痕买法硬梢度值烦（莫俘氏硬宿度）弹性铲回跳披法硬沫度值性（肖时氏硬吉度）压入汉法硬垃度值辞（工当业中俱应用止广泛鉴）布氏脱硬度隶（HB叶S)淬火禾钢球洛氏帅硬度印(HR累C)绕（锥角芝为1浴20°的金削刚石收圆锥管体）维氏焰硬度覆(HV纲)（锥面闷角为樱13障6°的金订刚石版四棱淹锥体圈为压千头二、靠过量候变形半失效过量来弹性箩变形订及抗股力指裳标（1）零构红件发捕生过皂量弹馅性变呀形失并效：Dl[Dl]哭(拉压蒙或者坏弯曲抖条件煎下）或者q[q]筹（扭转虑条件潜下）（2恳）过龟量弹污性变住形的难原因书：零惯构件发的刚韵度不盗够（3持）抗扶力指适标：灿弹性阶模量E或者振切变斜模量G过量晋塑性巴变形里及抗累力指留标（1鞋）发过生条奇件：案塑性万变形温量超盈过允区许变招形量（2贴）原把因：追偶而己过载慈或者淹零构浅件本衰身抵渡抗塑否性变夜形的来能力盟不够（3帽）抗禽力指致标：员比例信极限迟、弹音性极掏限和糠屈服盏极限总妹结零构子件发熔生过它弹性助变形位的原雕因：刚度补不足抗力探指标左：弹性茶模量E或者切变炉模量G强浙调！金属升和合坝金的议弹性堂模量痒不能傍通过就合金疾化和春热处粒理、哪冷变热形等智方法想改变遭。本节欢中所播讲的能材料纵的力袄学性兆能指头标及垫应用刚度：刚度清设计平中，辉考虑僻构件绪在受校力时康发生绩的弹拘性变冰形量仇。主桂要力纷学性替能是仆材料扣的弹绢性模远量。戚如精姨密机症床主肿轴等养零构句件弹性副指标：弹性触极限膨和弹精性模裂量是肠设计廊弹性湿零件团考虑说的性需能指茅标。沸如汽读车板肢簧和嚼各类垦弹簧旧等屈服欺强度炭和塑第性：一般蜡零件逮的抗让断裂奥设计涨。硬度：在耐软磨零拆件中庆必须嫁考虑得的性甘能指颗标。旬如滚饱珠轴妻承等进.第二由节黄零件拼在静董载和挪冲击民载荷做下的厌断裂问倍题断裂读可分急为几坚类？描韧性专断裂支和脆魔性断膀裂如等何区惑分？断裂租过程蹄分为理几个板阶段惹？韧晶性断巩裂和虑脆性次断裂孙的断袭裂过原程的衡区别巡寿在哪肝里？什么调是材盯料的跌韧性衫？评革价材些料韧满性的帽力学壳性能南指标浪有哪数些？材料重韧性宴指标战的含重义及匙应用项？一、栏基本尼概念静载禁荷和欧冲击浩载荷断裂例：材料孩在外结力作遣用下校分为袄两个童或者估两个杏以上跌部分或的现信象。断裂战的分鸭类：馋韧性辉断裂用和脆刷性断红裂断裂情过程避：裂益纹萌萝生和辜裂纹嗽扩展韧性垄：表示压材料坚在塑眉性变铃形和灵断裂恢过程旦中吸智收能按量的馅能力隶。韧性侧断裂网和脆紫性断夫裂的泽断口幸微观殃形貌韧性获断口脆性月断口二、答冲击陕韧性味及衡数量指恩标冲击窜韧性央：材喝料在良冲击吼载荷隐下吸怠收塑虑性变刘形功该和断姨裂功买的能气力，搅是材睛料强部度和晶塑性语的综支合表激现。衡量酷指标饲：冲锦击吸疮收功Ak冲击下韧度ak(ak＝Ak/Fk)应用巷：评怎价材刻料韧位性的若好坏证，与种屈服窜强度抚结合成用于蒙一般弯零件场抗断穴裂设遥计。低温末冲击为试验功：(架材料织的韧算脆转碧变温矩度TK)材料逗韧脆吴转变志温度TK的确逝定和搞应用三、壮断裂明韧性板及衡陪量指停标断裂接韧度KIC:是评孤定材丛料抵堂抗脆暖性断桌裂的抄力学伸性能茎指标霜，指屈的是华材料薄抵抗具裂纹既失稳传扩展需的能山力。单位剩：MP惰a·m1/掌2或者MN·m-3篇/2应用（判屡断构蚁件是淘否安乎全，送合理抗选材戴）KI<KIC构件趋安全KI>KIC构件任发生佣脆性醋断裂KI＝KIC构件秤发生父低应毙力脆棒性断绒裂的做临界番条件3篇应用走场合恶：主余要用柴于高蹈强度贪钢制法造的渴飞机梨、导译弹和席火箭艳的零呈件，场或者毯是用卖中低普强度逮钢制船造气纠轮机侦转子转、大蹄型发旺电机千转子开等。四、笼影响揭脆性帽断裂值的因咱素温度个和加攻载速该度应力忧集中零件筒尺寸总授结材料充的断叶裂分直为：败韧性抓断裂稳和脆财性断索裂材料究的韧户性指尸标：振冲击脾吸收研功、沉冲击边韧度日、材六料韧当脆转叮变温镜度和偷断裂毒韧度锡，前蜓三个箩用于据评价填材料退韧性夺的好坚坏；渐断裂绞韧度织可用淘于材萝料抵慨抗低煤应力唤脆性失断裂酱的设径计。材料没的以甘上韧尚性指迫标均楚可用肆合金仰化和筝热处震理等棒方法纵改变谱。第三拘节炸零观件在浴交变女载荷肆下的渠疲劳奴断裂问榨题什么越是疲易劳断萍裂？疲劳崇断口流由哪缠几个溉部分涂组成混？疲劳肃抗力炮指标伪有哪春些？惩在设搅计中鸟如何问使用边这些甜指标策？一、朝基本荡概念交变虏载荷抢：载锄荷大撤小和腹方向梨随时廉间发厨生周欢期变韵化的肢载荷猴。疲劳至断裂授：零恳件在旱交变梦载荷妈下经套过长订时间萍工作莲而发盈生断船裂的残现象主成为候疲劳摇断裂以。疲劳药断裂隆过程伤：裂家纹萌邪生、隐疲劳盛裂纹源扩展慰、最常后断值裂。二、螺疲劳圈断口唇的特想点疲劳让断口示意蜘图疲劳险源区累和疲车劳扩域展区叮的微歉观形搭貌一个疲劳源两个疲劳源微裂纹疲劳条纹三、原疲劳攀抗力榴指标无裂纽奉纹构商件的信疲劳顽抗力破指标：疲劳阶极限过载交持久犯值疲劳题极限袜：材吹料经寨过无廉限次辉应力浸循环回不发味生断配裂的委最大信应力列。对铜应于横疲劳某曲线肃上水粘平部慕分对勿应的深应力拌值。疲劳浑曲线图1雅－1付1局两种符类型递的疲具劳曲叹线a)钢铁跌材料b)部分茧有色德金属协（如姥铝合榨金）条件疲劳极限疲劳极限过载烦持久岂值：贼材料仪在高夹于疲蚊劳极果限的大应力欠作用益下发死生疲此劳断映裂的流循环乱周次疤。高周匙疲劳吼：Nf>1现05低周茫疲劳承:Nf<1恩052带裂俊纹构击件的卧疲劳翼抗力默指标裂纹蠢扩展枪速率拜（da/dN)疲劳带裂纹义扩展陪门槛血值(DKth）四、慨影响谨疲劳券抗力丘的因堆素载荷烛类型材料套本质零件冰表面罗状态工作申温度腐蚀传介质总仅结疲劳祸断裂绕是零父构件跑常见册的一轿种失赠效形霜式，厕它是挺一种饥脆性转断裂宜，危芬害很男大。无裂蜜纹零奖构件意设计辜中常室用的哀疲劳西抗力陈指标貌是疲甜劳极缸限、猪过载营持久递值和洁疲劳遥缺口冰敏感图度。工作寨应力s<疲劳耐极限芬，构霞件不颗发生惩疲劳其断裂差。工作勇应力s>疲劳波极限兄，构常件在泪一定宏的周唇次下则断裂勒，该代周次盲称为访过载铲持久刊值。工作衰应力欲越大庸，过载叛持久延值越勺低。3懒疲劳河断口评上可替清楚笋显示泽疲劳蔬裂纹效源、怠疲劳蹈裂纹披扩展仅区和券最后弦断裂为区。旋所以原，根输据断弃口就仗可判狂断是崇否发酱生疲脖劳断词裂。第四峰节衔零件扩的磨凭损失穿效本节捎主要怨讲粘霜着磨歌损、斧磨粒俯磨损色和疲住劳磨奏损的惊发生刑过程俯、机召理以荒及防团止措缝施。一、磨损茅的基末本概钱念产生客磨损别的条救件磨损虹的定请义：死在摩喊擦过但程中存零件支表面害发生咱尺寸屯变化射和物永质耗醋损的压现象排叫做顾磨损根。二、漫磨损渡的过晴程和蝴机理粘着潜磨损（1忧）又进称咬凭合磨钱损，厨在滑隆动摩婶擦条原件下拨，摩砌擦幅夜的接假触面连发生众金属界粘着画，在狭随后枪的相括对滑眉动中扛粘着倦处被梦破坏拉，有筝金属魄屑粒竹被拉舌拽下捕来或捷者是铁金属桂表面经被擦鞭伤的稿一种络磨损凉形式置。（2）风过程滑动（3冰）粘探着磨享损的材特点嘴：磨乓损速父度大肝；破粉坏严剂重。（4）苹防止捆措施合理希选材悲，摩渴擦幅略配对至材料体选用雁硬度抖差较狂大的搅异类总材料；提高摘表面欢硬度姑；合理甘设计背减小篮接触择压应呆力；减小贼表面派粗糙炉度。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播磨损（1）座定义热：又称冷磨料从磨损夺，在爪滑动毁摩擦权时零渐件表浅面存筒在硬剩质磨衡粒，竖使磨踏面发抄生局篇部塑赤性变扒形，流磨粒痕嵌入洁、磨作粒切糊割金竭属表鞠面从移而导伟致零脸件表希面逐尝渐损奥耗的灿一种酷磨损磨。（2）树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）已防止国措施提高吉表面每硬度内（从登选材恳方面洲）；减少迅磨粒托数量替（从吼工作己状况望方面劝）。接触潮疲劳青（疲庙劳磨颗损，变麻点闸磨损锻）（1匠）定樱义：零件艳工作狡面作锻滚动械或滚缠动加萍滑动喝摩擦对时，勾在交竟变接应触压境应力稻的长摄期作每用下坛引起事的表璃面疲潮劳剥吹落破计坏的钻现象随。（2影）过寇程：挽类似孙于疲烘劳断得裂，遵是裂素纹萌同生和吴扩展遇过程絮。（3嫩）主要客防止六措施提高盏材料虑硬度骄；提骗高材垮料纯浸度；酿提高昨零件死心部节和表栋面强奔度；益减小依表面体粗糙来度。总或结磨损骆是机团械零任件常立见的勾一种偷失效要形式脊，总贪是从负零件兴表面离开始糠发生售。各裹种磨趋损的环过程墙和机棕理不拘同，脆因此危其主肚要的眉预防办措施统也不勿同。提高侍零件粉表面此硬度邮，合欲理设诵计减袍小压欠应力虎，以债及提订高表仇面光千洁度院等对臂降低闸磨损穷都有载利。第五望节衣零愤件的稠腐蚀扶失效问毯题1吓什么临是腐阁蚀？那可分暖为几满类？高温坡氧化行腐蚀锦常发泄生在握那些跨零件活中？首耐热惩钢为磨什么借具有盯抗高疼温氧图化能游力？发生专电化泽学腐衡蚀的号条件论是什免么？改善喜零件旨腐蚀使抗力煤的主犯要措瘦施是扁什么一、蓬腐蚀鹅的定惯义和智分类腐蚀获：材煤料表汪面和捉周围尤介质误发生眨化学因反应剃或者检电化板学反湖应所纯引起条的表辩面损修伤现蔑象。分类功：化学坏腐蚀电化统学腐摊蚀二、就腐蚀载过程抓及防策止化学半腐蚀糟过程碎（以怠高温脆氧化距腐蚀命为主狐）高温辞氧化狼过程矮：（1滑）金孤属失烧去电眨子成屠为金娱属离沿子（2第）氧砍原子汇吸收在电子袋成为斜氧离状子（3氧）金母属离柿子和协氧离持子结杰合为蓬金属柄氧化棚物基体废金属妥能否避继续额氧化絮，取什决于毅氧化秋物薄弓膜是伶否致较密。提高榴钢抗简氧化旋能力砍：加守入Al回、Si、C叛r等元桑素，槽与氧鸦结合变形成烈致密诞的氧捧化物册膜，喷防止贯基体漫金属剥进一咐步氧尺化。电化满学腐桑蚀条件删：存叔在电会极电占位差楚，并判且相尖互接芹触并机处于矮相互抵联通滑的电捏介质怪溶液蔑中形止成微惩电池右。电化抓学腐旨蚀的环过程阳极债：失餐去电冠子，MMn++ne(被腐巧蚀）阴极榆：发军生析僻氢反位应或浇者吸肥氧反昂应三、层零件奋防止耍腐蚀嗽的措凭施对于毅化学爽腐蚀保，常矮采用袄以下督方式墓：选缘瑞择抗迎氧化击材料虹如耐汗热钢滴、高茫温合屠金、扇陶瓷榨材料扔等；耍零件避表面倍涂层贞。对于斤电化动学腐馋蚀：踏选择苍耐腐匪蚀材辛料；哲表面考涂层经；电分化学扫保护辰；加历缓蚀是剂第六腹节疲零虾件在京高温魂下的礼蠕变迎变形档和桌断裂屠失效问誓题金属左材料碗在高册温下应的力卡学行份为有非哪些婶特点疑？什么玩是蠕持变？评价而金属帝材料痛