第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-1第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析指某些零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或指某些零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材料材料的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能。的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能。失效失效包括包括 （3）零件严重受损，继续工作不安全。）零件严重受损，继续工作不安全。（1）零件完全破坏，不能继续工作；）零件完全破坏，不能继续工作；（2）虽然能完全工作，但不能满意地起到预期的作用；）虽然能完全工作，但不能满意地起到预期的作用；711 失效的分类失效的分类 失效模式失效模式是指失效的外在宏观表现和规律。是指失效的外在宏观表现和规律。失效机理失效机理则是指引起失效的微观的物理、化学变化过程的本质。则是指引起失效的微观的物理、化学变化过程的本质。失效分类失效分类：畸变失效、断裂失效、表面受损失效三大类型：畸变失效、断裂失效、表面受损失效三大类型2021/9/232021/9/231 1第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-2表表7.1 零件失效的模式及其失效机理零件失效的模式及其失效机理 失效模式失效模式失效机理失效机理 弹性性变形失效形失效畸畸变失效失效 塑性塑性变形失效形失效 翘曲畸曲畸变失效失效弹性性变形形塑性塑性变形形弹、塑性、塑性变形形 韧性断裂失效性断裂失效 低低应力脆性失效力脆性失效断裂失效断裂失效 疲疲劳断裂失效断裂失效 蠕蠕变断裂失效断裂失效 介介质加速断裂失效加速断裂失效塑性塑性变形形裂裂纹扩展展疲疲劳蠕蠕变断裂断裂应力腐力腐蚀 磨磨损失效失效表面表面损伤失效失效 表面疲表面疲劳失效失效 腐腐蚀失效失效磨粒磨磨粒磨损、粘着磨、粘着磨损疲疲劳机理机理氧化、氧化、电化学化学2021/9/232021/9/232 2第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-3712 失效的基本因素失效的基本因素 1设计因素设计因素确定材质、尺寸、结构，提出必要的技术文件：图纸、说明书等。确定材质、尺寸、结构，提出必要的技术文件：图纸、说明书等。2制造因素制造因素铸、锻、焊、机加工和热处理等达不到设计要求而导致零件失效。铸、锻、焊、机加工和热处理等达不到设计要求而导致零件失效。3. 装配调试因素装配调试因素在安装过程中在安装过程中 ，未达到要求的质量指标。，未达到要求的质量指标。4. 材质因素材质因素选材不当、材质内部缺陷、毛坯加工或冷热加工产生的缺陷。选材不当、材质内部缺陷、毛坯加工或冷热加工产生的缺陷。5. 运转维修因素运转维修因素运转工况参数监控、定期大、中、小检修、润滑条件是否保运转工况参数监控、定期大、中、小检修、润滑条件是否保 证、冷却、加热和过滤系统功能是否正常、操作是否正确。证、冷却、加热和过滤系统功能是否正常、操作是否正确。713 机械零件失效的形式机械零件失效的形式（一）畸变失效（一）畸变失效畸变失效件体现为畸变失效件体现为：不能承受规定载荷；不能起到规定作用；不能承受规定载荷；不能起到规定作用； 与其他零件的运转发生干扰。与其他零件的运转发生干扰。畸变畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。可以是塑性的或弹塑性的是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。可以是塑性的或弹塑性的畸变基本类型畸变基本类型：尺寸畸变或体积畸变（长大或缩小）和形状畸变（如弯曲和翘曲）。尺寸畸变或体积畸变（长大或缩小）和形状畸变（如弯曲和翘曲）。2021/9/232021/9/233 3第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-41. 弹性畸变失效弹性畸变失效弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化, 是刚度问题。是刚度问题。杆、柱类、轴类零件、靠摩擦力传动的零件等弹性畸变会带来失效的问题。杆、柱类、轴类零件、靠摩擦力传动的零件等弹性畸变会带来失效的问题。影响弹性畸变主要因素：影响弹性畸变主要因素：零件形状、尺寸，材料的弹性摸量，零件工作零件形状、尺寸，材料的弹性摸量，零件工作 温度和载荷的大小。温度和载荷的大小。2. 塑性畸变失效塑性畸变失效塑性畸变塑性畸变是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。是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。 塑性畸变影响因素塑性畸变影响因素: 除弹性畸变中所论影响因素外除弹性畸变中所论影响因素外, 还有材料缺陷、使用不当、还有材料缺陷、使用不当、 设计有误等，其中特别是热处理不良更为突出。设计有误等，其中特别是热处理不良更为突出。翘曲畸变失效翘曲畸变失效 翘曲畸变翘曲畸变是一种与方向上常产生复杂规律的变形而最终形成了是一种与方向上常产生复杂规律的变形而最终形成了 翘曲的外形而导致失效。翘曲的外形而导致失效。 2021/9/232021/9/234 4第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-5（二）断裂失效（二）断裂失效1. 断裂分类断裂分类 （1）按断裂）按断裂 性质分性质分韧性断裂韧性断裂材料断裂之前发生明显的宏观塑性的断裂。材料断裂之前发生明显的宏观塑性的断裂。脆性断裂脆性断裂指材料在断裂之前不发生或发生很小的宏观指材料在断裂之前不发生或发生很小的宏观 可见的塑性变形的断裂。可见的塑性变形的断裂。韧性脆性断裂韧性脆性断裂又称准脆性断裂。是一种塑性和脆性混合的断裂。又称准脆性断裂。是一种塑性和脆性混合的断裂。（2）按断裂路径分：）按断裂路径分：沿晶断裂沿晶断裂 、 穿晶断裂、混晶断裂。穿晶断裂、混晶断裂。 2. 断口分析方法断口分析方法 对金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察，可以看到其对金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察，可以看到其断口可分为纤维状区、放射状区及剪切唇区三个不同的区域。断口可分为纤维状区、放射状区及剪切唇区三个不同的区域。（三）磨损失效（三）磨损失效磨损磨损 相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断发生损耗或产生相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断发生损耗或产生 塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变的现象。塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变的现象。2021/9/232021/9/235 5第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-6.磨损失效的基本类型磨损失效的基本类型粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、冲刷磨损、腐蚀磨损等五种基本类型。粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、冲刷磨损、腐蚀磨损等五种基本类型。. 磨损失效的基本影响因素磨损失效的基本影响因素 摩擦、磨损和润滑，即磨损失效涉及到摩擦副的材质和磨损工况。摩擦、磨损和润滑，即磨损失效涉及到摩擦副的材质和磨损工况。（四）腐蚀失效（四）腐蚀失效腐蚀腐蚀 是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗，是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗， 是化学和电化学作用的结果。是化学和电化学作用的结果。腐蚀失效有几种基本类型：腐蚀失效有几种基本类型：均匀腐蚀均匀腐蚀点腐蚀点腐蚀晶向腐蚀晶向腐蚀2021/9/232021/9/236 6第七章第七章 机械零件的失效与选材原则机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析机械零件的失效与失效分析 单元单元30-72021/9/232021/9/237 7