第四章机械零件失效及对策课稿.ppt

一、机械零件的失效 设备或其零部件丧失了在预定期内的规定功能称之为失效。 机械零件常见的失效形式包括变形失效、断裂失效、表面损伤失效等。 ①过量弹性变形失效（弹性畸变失效） 当弹性变形超过规定的限量时（虽然在弹性极限以内），会造成零件的不正常匹配关系导致失效。 判断是否为过量弹性变形失效，要综合考虑以下因素： ◆失效件是否有严格的尺寸匹配要求，是否有高温或低温工作经历； ◆正常工作下相互接触的配合表面上是否有划伤、擦痕或磨损的痕迹； ◆设计时是否考虑了弹性变形及热膨胀变形的影响及是否采取了相应 的措施； ◆通过计算来验证是否有弹性变形失效的可能。 防止过量弹性变形失效的措施 ◆选择合适的材料或结构； ◆确定适当的匹配尺寸； ◆采用减少变形影响的转接件。 ②塑性变形失效（塑性畸变失效） ③蠕变变形失效 金属材料在高温和低于屈服强度的应力作用下的缓慢变形称为蠕变。即，金属在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力小于其屈服强度，也会慢慢地产生塑性变形。 低温下蠕变也会发生，但只有当温度高于0.3Tm时才比较显著，所以，碳钢在温度高于300℃，合金钢在温度高于400℃时，必须考虑蠕变变形的影响。 蠕变变形失效的主要特征是：在高温下永久变形逐渐增加，当其变形尺寸大于设计的要求时即告失效，所以对蠕变变形要进行点检和监督，防止出现蠕变断裂等严重后果。 蠕变失效不仅表现在外部尺寸的变化，更主要的是表现为其内部组织发生局部变化。所以对蠕变失效件进行分析时不仅要观察失效环境、使用情况等，而且还要进行光学金相、电子金相的分析。 2 .断裂失效 ①塑性断裂失效 当构件承受的实际应力大于材料的屈服极限时，将产生塑性变形，若应力进一步增加，则可能发生塑性断裂失效。 塑性断裂失效的特征： ◆在断口附近有宏观塑性变形； ◆有扫描电镜观察，断口上存在大面积的韧窝； ◆有高倍金相显微镜观察，断口附近的组织有明显的塑性变形层。 防止塑性断裂失效要正确选材、避免超载使用，也可在设计上采用变形限位装置或增设变形保护报警系统等。 ②脆性断裂失效 当载荷或应力强度超过了当时材料的承载能力时，在没有明显塑性变形的情况下发生的断裂失效。 脆性断裂失效的特征： ◆断裂部位在宏观上没有塑性变形，断口可以拼凑复原； ◆断口呈细瓷状，较光亮，无剪切唇； ◆断裂常发生于低温条件下，或受冲击载荷作用时； ◆断裂过程瞬间完成，无明显预兆。 防止脆性断裂失效要从设计上、工艺上及操作上考虑，做到设计合理、正确选材、遵章使用，并避免冲击载荷。 ③疲劳断裂失效 循环载荷作用下，经一定循环周次后发生的断裂为疲劳断裂失效，包括机械应力引起的疲劳和热应力引起的疲劳。 引起失效的直接原因是周期(交变)作用力引起的应力破坏，疲劳断裂的过程包括裂纹的萌生、扩展和最终瞬断三个阶段。 疲劳断口由疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三部分组成。 影响疲劳性能的因素 ◆载荷及工作条件 ◆零件几何形状及表面状态 ◆材料本质 ◆表面处理及残余内应力 3.表面损伤失效 ①腐蚀失效 金属材料受周围环境介质的化学或电化学作用而引起的损坏为金属的腐蚀失效。 影响腐蚀的因素： ◆金属的特性 ◆金属的成分 ◆零件表面状况 ◆环境 防止腐蚀失效的措施 ◆正确选材 ◆合理设计零件结构 ◆覆盖保护层，隔离有害介质 ◆添加缓蚀剂和去除介质中有害成分 ◆电化学保护 ◆改变环境条件 ②磨损失效 零件的摩擦表面上出现了材料损耗的现象为磨损，当磨损超过某一限度，使其丧失规定功能而引起设备性能下降或不能工作为磨损失效。 设备磨损的一般规律 影响磨损的因素： ◆零件材料 ◆运转条件 ◆零件几何因素 ◆环境因素 防止或减少磨损失效的措施 ◆合理润滑 ◆正确选材 ◆进行表面处理 ◆合理的结构设计 ◆改善工作条件 ◆提高修复质量 ◆正确使用和维护 三、机械零件失效原因剖析 机械零件失效是由于零件材料的物理、力学性质逐渐或突然降低，零件的磨损、压折、腐蚀、老化、残余应力的重新分布等原因引起的零件变形、断裂、表面损伤。