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第六章 过程装备失效与材料的关系 二、失效的原因和失效分析 原因？可能是设计、选材、加工、安装或实际操作等 失效分析有哪些方法？步骤？ §6-1 金属材料常见失效形式及其判断 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? 断裂失效的分类 ；韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂的特点？原因？ 表面损伤 ——腐蚀、磨损的机理？ 关于失效的基本概念 1 零件（构件或设备）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；完成传热、传质等。 （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。 一、变形失效 总 结 二、断裂失效 静载荷和冲击载荷 断裂：材料在外力作用下分为两个或者两个以上部分的现象。 断裂的分类(见表6－1 )：韧性断裂和脆性断裂 断裂过程：裂纹萌生和裂纹扩展 韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。 一)、断裂的分类（见表6－1） 表6－1 断裂的分类 二)、 韧性断裂 在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂叫做韧性断裂。 1)韧性断裂的特征 韧性断裂是一个缓慢的断裂过程，塑性变形与裂纹成长同时进行。裂纹萌生及亚稳扩展阻力大、速度慢，材料在断裂过程中需要不断消耗相当多的能量。 2)韧性断裂的断口形态 a. 断口的宏观形态 韧性断裂的宏观断口可分为三个区域：即纤维区、放射区和剪切唇区 b、断口的显微形态韧性断裂的微观断口常见韧窝及蛇形花样 3)韧性断裂的原因及改进措施 韧性断裂往往因材料受到较大的负荷或过载所引起。 选用强度较高的金属材料，设计时充分考虑构件的承载能力，实际操作中严禁超载、超温、超速，注意构件及设备异常的变形，对防止韧性断裂发生都是有效的。 三)、脆性断裂 金属材料在断裂之前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂叫做脆性断裂 1)脆性断裂的特征 脆性断裂是一个快速断裂的过程。没有可见的塑性变形，由于没有变形先兆，危害性很大。 2)脆性断裂的断口形态 a. 断口的宏观形态 脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观表面平齐，颜色光亮。 b. 断口的显微形态 脆性断口的微观形态常见解理台阶与河流花样、舌状花样、鱼骨状花样等 韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌 3) 产生脆性断裂的原因 A,应力状态与缺口效应 B,温度 C,尺寸效应 D,焊接质量 E,工作介质 F,材料和组织因素 4)防止脆性断裂的途径 传统设计不包含脆性强度概念，没有考虑缺陷大小、温度、加载速度、构件尺寸效应、三向应力状态等引起脆性断裂的因素。 防止脆性断裂的合理结构设计 :材料的断裂韧性水平、构件的最低工作温度和构件的应力状态，承受的载荷类型(交变载荷、冲击载荷等)以及环境腐蚀介质。 5)、冲击韧性及衡量指标 冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。 衡量指标：冲击吸收功Ak 冲击韧度ak(ak＝ Ak/Fk ) 应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。 低温冲击试验：(材料的韧脆转变温度TK) 材料韧脆转变温度TK的确定和应用 6)、断裂韧性及衡量指标 断裂韧度KIC: 是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 单位：MPa·m 1/2 或者 MN · m-3/2 应用（判断构件是否安全，合理选材） KI KIC 构件安全 KI KIC 构件发生脆性断裂 KI ＝KIC 构件发生低应力脆性断裂的临界条件 应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、大型发电机转子等。 总 结 材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂,(当然还有下面的疲劳断裂) 材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材料韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用于评价材料韧性的好坏；断裂韧度可用于材料抵抗低应力脆性断裂的设计。 材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等方法改变。 四)、在交变载荷下的疲劳断裂 问 题 什么是疲劳断裂？ 疲劳断口由哪几个部分组成？ 疲劳抗