机械零件失效问题分解.ppt

例：碳钢的力学性能 碳钢： 理论含碳量 0.02% --- 2.11% 实际含碳量 0.1 --- 1.3% 碳钢机械性能 2. 铁,铝和某碳纤维的弹性模量分别为213790MPa﹑70560MPa和390000MPa.当应力为49MPa时，它们的应变各是多少？ 特点：测量简便迅速，直接读数，表面压痕小误差稍大，需多点测量取平均值。 压头 主载荷 测量范围 应用材料 HRA 金刚石 50kg 20～88 表面硬化层硬质合金等 HRB 淬火钢球 90kg 20～100 有色金属，退火、正火钢等 HRC 金刚石 140kg 20～70 淬火钢、调质钢等 洛氏硬度(HR) 几种常用洛氏硬度标度 压头 F 测量范围 应用材料 HRA diamond 490N 20～88 Surface hard steel HRB Steel ball 882N 20～100 Soft steel, non-ferrous metals HRC diamond 1372N 20～70 Quenching steel 维氏硬度 HV ( Vickers Hardness ) HV= — F A 硬度的应用: ◆对于工具、模具和有耐磨性要求的零件的使用性能指标，(例如：高速钢车刀、铣刀、钻头等） ◆零件强度的估算，如对于低碳钢，也可采用硬度与强度换算表(见手册)。 力学性能 另外一种表面失效： 腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 1. 化学腐蚀 金属与周围介质发生纯化学作用产生的腐蚀 ◆金属在干燥气体中的腐蚀。如高温燃气对涡轮喷气式发动机零部件的腐蚀。 ◆金属在非电解液中的腐蚀。 如飞机管路系统受汽油、滑油的腐蚀。 特点：腐蚀过程中不产生电流。腐蚀速度慢、危害小。 化学性能 条件：◆必须有两相或两种电极电位不同的金属◆有电解液◆三者相互接触 i 2. 电化学腐蚀 指金属和周围介质发生电化学作用而产生的腐蚀。 特点：伴有电流产生，腐蚀速度快，危害大 化学性能 报道（I） 北京日报消息：2001年 9月，中国民航一架客机起飞后感觉情况异常，随后在密云上空指定区域将所有航空煤油 放掉，然后降落。 力学性能 报道(II) 北京电台消息：2002年 8月北京飞往莫斯科的俄罗斯航空公司的一架伊尔86客机，在飞抵中蒙边境后，由于意外原因不得不返回北京，返回后，又由于重量原因，在北京首都机场上空盘旋了1小时 20分钟后，才重新降落北京首都机场。 力学性能 力学性能 五、 冲击韧性 Impact Toughness ★零件材料抵抗冲击载荷的能力。 ? 大能量一次冲击试验 55 10 8 55 10 8 2 40 30 22 横梁式 悬梁式 力学性能 冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图 impact test Ak=G(H-h) ak = —— (J/cm2) 冲击 h 试样 摆锤 H 备注：P.6 金属材料的ak 不能直接用于零件的设计计算 冲击吸收功（AK）：冲断试样所消耗的功(J)冲击韧性（aK）：冲断试样横截面单位面积 上所消耗的功(J/cm2) Ak S 力学性能 冲击韧性ak Ak - Impact work ( J ) S - Area of fracture face（cm 2） Ak ak = —— (J/cm2) S 19世纪瓦特发明了蒸汽机，随后火车得到应用，再随后一段时间，火车轮轴成批断裂 …失效分析考查结果 σW ﹤ σs 历史事件 力学性能 六、疲劳断裂和疲劳强度 机械零件在交变载荷作用下，其工作应力远小于抗拉强度，甚至小于屈服强度时，在长时间工作后发生突然断裂的现象称为: 疲劳断裂 力学性能 机理： 缺陷处首先产生疲劳裂纹，并随应力循环不断扩展，直至突然断裂。 疲劳断口图 ? ? 疲劳源 裂纹扩展 最终破断区 力学性能 疲劳实验 试样 负荷 计数器 电机 轴承支座 力学性能 疲劳曲线是维勒Wohler在1860年为解决火车车轴断裂失效时首先提出的，所以也称维勒曲线 一般钢铁的循环基数N取107 次，有色金属的循环基数N取108 次。材料承受对称循环交变应力时的疲劳强度用σ-1 表示。钢材的σ-1 只有σb 的50％左右。 疲劳曲线 107 σ力应 σ-1 力学性能 疲劳强度 fatigue strength ★是指材料经无限多次应力循环仍不断裂