第8章 机械零件的失效.pptx

“十五”国家级规划教材《工程材料》第3版配套课件第8章2021/7/5第8章 机械零件的失效与选材原则?? 内容提要： 介绍各种失效形式：畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效。 阐述机械零件选材原则。 学习目标： 了解各种失效形式特点。掌握机械零件选材原则。2021/7/58.1 机械零件的失效及失效分析　失效 零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。失效导致严重事故2021/7/5失效因素　 一、设计因素 为了保证产品质量，必须精心设计，精心施工。 根据零件工作条件、可能发生的失效模式，提出技术指标，确定合适的材质、尺寸、结构，提出必要的技术文件。 如设计有误, 则机械设备或零件将不能使用或过早失效。2021/7/5 二、制造(工艺)因素 工艺缺陷是零件失效的重要因素。 ●零件在铸造过程中产生的疏松、夹渣； ●锻造过程中产生的夹层、冷热裂纹； ●焊接过程中未焊透、偏析、冷热裂纹； ●机加工过程的尺寸公差和表面粗糙度不合适； ●热处理产生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性； ●精加工磨削中的磨削裂纹等。2021/7/5 三、安装调试因素　 安装过程达不到要求的质量指标，导致零件失效。 ●啮合传动件(齿轮、杆、螺旋等)的间隙不合适(过松或过紧，接触状态未调整好)； ●连接零件必要的“防松”不可靠； ●铆焊结构的必要探伤检验不良； ●润滑与密封装置不良等； ●初步安装调试后，未按规定进行逐级加载跑合。 2021/7/5 四、材质因素　 ●选材不当使零件达不到设计要求而导致失效。 ●材质内部缺陷、毛坯加工(铸锻焊)工艺或冷热加工(特别是热处理)工艺过程产生的材料内部缺陷导致失效。2021/7/5 五、运转维修因素　 ●不正确的运转工况参数(载荷、速度等)导致零件失效。 ●忽视维修，未进行定期大、中、小检修 ●润滑条件未保证, 润滑剂和润滑方法不合适老师提示 在影响失效的基本因素中，特别要强调人的因素，即注意人的素质条件的影响。2021/7/58.2? 零件失效形式　 　 畸变有两种类型： 尺寸畸变或体积畸变(长大或缩小) 形状畸变(如弯曲或翘曲)? 发生畸变的零件不能承受所规定载荷，不能起到规定的作用，与其他零件的运转发生干扰，导致零件失效。2021/7/5 一、弹性畸变失效　 不恰当的弹性变形量导致失效。 ●受拉、压的杆类零件，过大的弹性畸变量导致支承件(如轴承)过载。 ●受弯、扭的轴类零件，过大的弹性畸变量会造成轴上啮合零件的严重偏载，啮合失常，甚至咬死，导致传动失效； ●某些控制元件，如温控元件，过大的弹性畸变量使精度无法保证。 防止弹性畸变的主要措施：增加零件截面、采用弹性模量高的材料，防止超载。2021/7/5 二、塑性畸变失效　 外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形(永久变形)。 ●钢结构房梁承载过重发生塑性变形弯曲，导致倒塌； ●螺栓严重过载被拉长，失去紧固作用。 防止零件塑性畸变的措施：采用屈服强度高的材料，进行合理的热处理，防止超载。2021/7/5 三、翘曲畸变失效　 尺寸与方向上产生复杂变形，形成翘曲，导致失效。 翘曲畸变往往是由温度、外加载荷、受力截面、材料组成等不均匀性引起。特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。 ●受力钢架翘曲变形； ●壳体在高温下形状翘曲。? 增加零件截面、截面形状设计合理。采用弹性模量高、屈服强度高的材料，防止超载。2021/7/5 　 断裂失效 机械零件因断裂而产生的失效。 一、断裂失效的分类　 塑性断裂 脆性断裂 疲劳断裂 蠕变失效断裂 2021/7/5 二、断口的分析方法 断口分析是断裂失效分析的关键。 金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察，可以看到断口分为： F - 纤维状区 R - 放射状区 S - 剪切唇区 断口2021/7/5 (2) 微观特征? 韧窝是金属韧性断裂的微观主要特征，是塑性变形产生的显微空洞生成、长大、聚集、相互连结导致断裂留下的痕迹。韧性（塑性）断裂实物韧性断裂断口（韧窝） 三、断裂形式 1. 韧（塑）性断裂 断裂前有明显的塑性变形。 (1) 宏观特征? 宏观变形方式为颈缩，典型断口为杯锥状断口，底部成纤维状剪切断口，其平面和拉伸轴大致成45?角。2021/7/5 2. 脆性断裂 断裂前无塑性变形。 脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应力脆断。 脆性断裂以零件内部存在的宏观裂纹(如肉眼可见的0.1 mm～1 mm)作为源开始的。 中、低强度钢在10 ℃～15 ℃以下会由韧性状态转变为脆性状态（韧-脆转变）。　2021/7/5 (2) 微观特征 脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。 脆性断