機(jī)械零件的失效

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1、第 2 講機(jī)械零件的失效 機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件的失效形式：變形、斷裂、磨損和腐蝕。指某些零件由于某種原因,導(dǎo)致其尺寸,形狀或材料的組織與性能的變化而不能完滿地完成指定的功能.失效包括 (1)零件完全破壞,不能繼續(xù)工作; (2)雖然能完全工作,但不能滿意地起到預(yù)期的作用; (3)零件嚴(yán)重受損,繼續(xù)工作不安全 引起故障的外因有三：環(huán)境因素、人為因素、時(shí)間因素 失效的基本因素 1.設(shè)計(jì)因素確定材質(zhì)，尺寸，結(jié)構(gòu)，提出必要的技術(shù)文件：圖紙,說(shuō)明書等.（非標(biāo)設(shè)備） 2.制造因素鑄、鍛、焊,機(jī)加工和熱處理等達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致零件失效. 3. 裝配調(diào)試因素在安裝過程中 ,未達(dá)到要求的質(zhì)量指標(biāo). 4.

2、材質(zhì)因素選材不當(dāng),材質(zhì)內(nèi)部缺陷,毛坯加工或冷熱加工產(chǎn)生的缺陷 5. 運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)監(jiān)控,定期大,中,小檢修,潤(rùn)滑條件是否保證,冷卻,加熱和過濾系統(tǒng)功能是否正常,操作是否正確。 (一)變形失效變形失效件體現(xiàn)為：不能承受規(guī)定載荷；不能起到規(guī)定作用；與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾。變形在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能，可以是塑性的或彈塑性的變形基本類型：尺寸變形或體積變形(長(zhǎng)大或縮小)和形狀變形(如彎曲和翹曲)。 1. 彈性變形失效：變形量是在彈性范圍內(nèi)變化, 是剛度問題。桿，柱類，軸類零件，靠摩擦力傳動(dòng)的零件等彈性變形會(huì)帶來(lái)失效的問題.影響彈性變形主要因素：零件形狀、尺寸、材料的彈性模量，零件工

3、作溫度和載荷的大小。 變形失效 2. 塑性變形失效：是外加應(yīng)力超過零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形。塑性變形影響因素: 除彈性變形中所論影響因素外, 還有材料缺陷，使用不當(dāng),設(shè)計(jì)有誤等,其中特別是熱處理不良更為突出。如齒輪的齒部高頻淬火，可能因溫度控制不妥造成裂紋。 3.翹曲變形失效：是一種與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而最終形成了翹曲的外形而導(dǎo)致失效. (二)斷裂失效 1. 斷裂分類 (1)按斷裂性質(zhì)分韌性斷裂材料斷裂之前發(fā)生明顯的宏觀塑性的斷裂.脆性斷裂指材料在斷裂之前不發(fā)生或發(fā)生很小的宏觀可見的塑性變形的斷裂.韌性-脆性斷裂又稱準(zhǔn)脆性斷裂.是一種塑性和脆性混合的斷裂.(2)按斷裂路徑

4、分:沿晶斷裂 ,穿晶斷裂,混晶斷裂. 2. 斷口分析方法 對(duì)金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀察,可以看到其斷口可分為纖維狀區(qū),放射狀區(qū)及剪切唇區(qū)三個(gè)不同的區(qū)域. 脆性斷裂工程構(gòu)件在很少或不出現(xiàn)宏觀塑性變形(一般按光滑拉伸試樣的5%)情況下發(fā)生的斷裂稱作脆性斷裂,因其斷裂應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度,故又稱作低應(yīng)力斷裂。鋼絲繩：斷裂有預(yù)兆。由于脆性斷裂大都沒有事先預(yù)兆,具有突發(fā)性,對(duì)工程構(gòu)件與設(shè)備以及人身安全常常造成極其嚴(yán)重的后果。因此,脆性斷裂是人們力圖予以避免的一種斷裂失效模式。盡管各國(guó)工程界對(duì)脆性斷裂的分析與預(yù)防研究極為重視,從工程構(gòu)件的設(shè)計(jì)、用材、制造到使用維護(hù)的全過程中,采取了種種措

5、施,然而,由于脆性斷裂的復(fù)雜性,至今由脆性斷裂失效導(dǎo)致的災(zāi)難性事故仍時(shí)有發(fā)生。 脆性斷裂的宏觀特征金屬構(gòu)件脆性斷裂,其宏觀特征雖隨原因不同會(huì)有差異,但基本特征是共同的。 (1)斷裂處很少或沒有宏觀塑性變形,碎塊斷口可以拼合復(fù)原。 (2)斷口平坦,無(wú)剪切唇,斷口與應(yīng)力方向垂直。 (3)斷裂起源于變截面,表面缺陷和內(nèi)部缺陷等應(yīng)力集中部位。 (4)斷面顏色有的較光亮,有的較灰暗。光亮斷口是細(xì)瓷狀,對(duì)著光線轉(zhuǎn)動(dòng),可見到閃光的小刻面;灰暗斷口有時(shí)呈粗糙狀,有時(shí)呈現(xiàn)出粗大晶粒外形。 脆性斷裂的宏觀特征 (5)板材構(gòu)件斷口呈人字紋放射線,放射源為裂紋源,其放射方向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向,如圖1所示。 圖1 板材構(gòu)件

6、脆性斷口宏觀特征 (6)脆性斷裂的擴(kuò)展速率極高,斷裂過程在瞬間完成,有時(shí)伴有大響聲。 金屬構(gòu)件脆性斷裂失效的表現(xiàn)形式主要有: (1)由材料性質(zhì)改變而引起的脆性斷裂,如蘭脆、回火脆、過熱與過燒致脆、不銹鋼的475脆和相脆性等。 (2)由環(huán)境溫度與介質(zhì)引起的脆性斷裂,如冷脆、氫脆、應(yīng)力腐蝕致脆、液體金屬致脆以及輻照致脆等。 (3)由加載速率與缺口效應(yīng)引起的脆性斷裂,如高速致脆、應(yīng)力集中與三應(yīng)力狀態(tài)致脆等。 (三) 腐蝕失效腐蝕 是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種表面損耗,是化學(xué)和電化學(xué)作用的結(jié)果.腐蝕失效有幾種基本類型:1.均勻腐蝕2.點(diǎn)腐蝕3.晶向腐蝕 (四)磨損失效磨損 相互接觸的一對(duì)金屬

7、表面,相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形,使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象. 機(jī)械設(shè)備的磨損80%因磨損而失效報(bào)廢。 1、磨損失效的基本類型粘著磨損,磨料磨損,表面疲勞磨損,沖刷磨損,腐蝕磨損等五種基本類型.粘著磨損（拉傷） 兩個(gè)金屬表面的微凸部分在局部高壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)(固相粘著)，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕下作為磨料留在兩個(gè)表面之間，這一現(xiàn)象稱為粘著磨損。 磨損失效磨料磨損 配合表面之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，因外來(lái)硬顆粒或表面微突體的作用造成表面損傷（被犁削形成溝漕）的磨損稱為磨粒(料)磨損。 犁削磨損 硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面，在較軟材料的表面形成“犁溝”。 磨損

8、失效 表面疲勞磨損 兩個(gè)接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。 2、 磨損失效的基本影響因素 摩擦，磨損和潤(rùn)滑，即磨損失效涉及到摩擦副的材質(zhì)和磨損工況 磨損失效 相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象稱為磨損 防止和減少磨損的方法和途徑正確的選材是提高耐磨性的關(guān)鍵。盡量保證液體潤(rùn)滑，對(duì)設(shè)備進(jìn)行正確、合理的潤(rùn)滑，能有效減少設(shè)備零部件的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。采用多種表面處理方法：如滾壓、化學(xué)表面熱處理、鍍鉻、噴涂等正確進(jìn)行摩擦副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)備正確的維護(hù)與使用對(duì)設(shè)備的壽命影響很大。 皮帶傳動(dòng)與磨損：在同一組中，皮帶長(zhǎng)短不一或者因?yàn)槟p造成皮帶輪槽深淺不一，皮帶輪軸彎曲均會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，對(duì)那些精密的設(shè)備還可能形成振動(dòng)源。若調(diào)得太松，起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生怪叫聲，并且會(huì)發(fā)生起轉(zhuǎn)慢，主動(dòng)輪發(fā)熱；調(diào)得太緊，會(huì)發(fā)出吱吱聲并且導(dǎo)致皮帶和皮帶輪發(fā)熱，從而損傷皮帶。