第十一章機(jī)械零件的失效分析與選材131機(jī)械零件的失效分析132選材原則133典型零件的選材與工藝第一節(jié)機(jī)械零件的失效分析失效零件由于種種原因,導(dǎo)致其尺寸、形狀、或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去其原設(shè)計(jì)的的功能失效形式常見(jiàn)的失效形式有變形失效、斷裂失效、表面損傷失效等。1、變形失效(1)彈性變形失效不恰當(dāng)?shù)膹椥宰冃瘟繉?dǎo)致失效防止彈性畸變的主要措施:增加零件截面、采用彈性模量高的材料,防止超載。(2)塑性變形失效外加應(yīng)力超過(guò)零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形(永久變形)。防止零件塑性變形失效的措施:采用屈服強(qiáng)度高的材料,進(jìn)行合理的熱處理,防止超載。2、斷裂失效機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效。(1)韌性斷裂斷裂前有明顯的塑性變形宏觀變形方式為頸縮,典型斷口呈韌窩狀,韌窩是由于空洞的形成、長(zhǎng)大并連接而導(dǎo)致韌性斷裂產(chǎn)生的。(2)脆性斷裂斷裂前無(wú)塑性變形。疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂和蠕變斷裂等均屬于脆性斷裂。(3)疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下,雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn),但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致發(fā)生斷裂,稱金屬的疲勞斷裂。(4)蠕變斷裂即在應(yīng)力不變的情況下,變形量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,最后由于變形過(guò)大或斷裂而導(dǎo)致的失效。金屬材料一般在高溫下才會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變,而聚合物在常溫下受載就會(huì)產(chǎn)生顯著的蠕變。如架空的聚錄乙烯電線管在電線和自重的作用下發(fā)生的緩慢的撓曲變形。蠕變斷裂3、表面損失失效由于磨損、疲勞、腐蝕等原因,使零部件表面失去正常工作所必須的形狀、尺寸和表面粗糙度造成的失效,稱為表面損傷失效。常見(jiàn)的有三種形式(1)磨損失效任何兩個(gè)相互接觸的零部件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),其表面會(huì)發(fā)生磨損,造成零部件尺寸變化、精度降低而不能繼續(xù)工作,這種現(xiàn)象稱為磨損失效。如磨粒磨損和粘著磨損(2)表面疲勞相互接觸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面,在工作過(guò)程中承受交變接觸應(yīng)力的作用,是表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落,造成零件失效稱為表面疲勞失效。(3)腐蝕失效由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕而造成零部件尺寸和性能的改變而導(dǎo)致的失效稱為腐蝕失效。失效統(tǒng)計(jì)斷裂僅占5%腐蝕、磨損、疲勞破壞占74%零件失效的實(shí)例軸承內(nèi)圈破裂齒輪輪齒折斷輪齒塑性變形軸承外圈塑性變形軸瓦磨損齒面接觸疲勞常見(jiàn)零件的工作條件和失效形式工作條件零件應(yīng)力載荷受載常見(jiàn)失效形式性能要求螺栓拉、剪靜載過(guò)量變形,斷裂強(qiáng)度,塑性傳動(dòng)軸彎、超循環(huán)軸頸疲勞斷裂,過(guò)量變沖擊摩擦綜合力學(xué)性能軸頸磨損傳動(dòng)齒輪壓、彎循環(huán)摩擦斷齒,磨損,表面高硬度及疲勞極沖擊振