第二章 机械零件失效分析PPT课件

磨料磨损的形式：
①、疲劳剥落或塑性挤压：
②、擦痕：
磨料夹在两摩擦表面之间，
将对金属表面产生集中的高应力，
使零件表面产生疲劳和剥落(如磨
料进入齿面间，常会发生疲劳和剥
落)。对于塑性材料，将使表面产
生塑性挤压现象(如磨料进入轴承
1、干摩擦
摩擦表面 间无任何润 滑介质隔开 时的摩擦 。
2、液体摩擦
两摩擦表 面被润滑油 完全隔开时 的摩擦 。
3、边界摩擦 4、混合摩擦
两摩擦表面 被一层极薄 的边界膜隔
两摩擦表面间干 摩擦、液体摩擦 和边界摩擦 混合
开时的摩擦。 存在时的摩擦。
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1.干摩擦
摩擦表面间无任何润滑介质隔开时的摩擦。
例如：气缸壁与活塞环之间；若工作中曲轴与轴颈 之间润滑油供给不足，易产生边界摩擦。
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4.混合摩擦
两摩擦表面间干摩擦、液体摩擦和边界摩擦 混合存在时的摩擦，称为混合摩擦。 实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦 状态下工作的，其摩擦状态随工作条件的变 化而变化。 工作过程中润滑油供给不充足，或受冲击载 荷的作用时，轴颈与轴承之间也会出现边界 摩擦和干摩擦状态。
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一. 摩擦
两物体相对运动使其接触表面间产生运动阻力的 现象称为摩擦，该阻力称为摩擦力。
摩擦的存在，不但使动力消耗增加，而且还会引起 零件接触表面的磨损。因此，机械各零件的相对运动表 面之间，通常都采用润滑油来进行润滑以减轻磨损。
按零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为干摩擦、 液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦四类。
3、疲劳磨损
在交变载荷 作用下，零件 表层产生疲劳 剥落的现象。
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4、腐蚀磨损
零件摩擦表 面由于外部介 质的作用，产 生化学或电化 学的反应而引 起的磨损。
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1.磨料磨损
摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损，称为磨 料磨损。这种硬质颗粒称为磨料，它主要来自空气 中的灰尘、润滑油中的杂质及运动过程中从零件表 面脱落下来的金属颗粒。
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3.边界摩擦
两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开时的摩擦，称 为边界摩擦。
油膜厚度通常只在0.1μm以下。它是靠分子内相互 的吸引力使油膜分子紧密排列，使其具有一定的承 载能力，防止了零件表面的直接接触，使摩擦仅发 生在边界膜的外层分子之间，减轻了零件的摩擦与 磨损。
但由于其厚度很小，工作中受冲击和高温等作用易 被破坏，所以不如液体摩擦可靠。
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第一节 基本概念
一. 失效的概念 在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、
工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续 工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效 时，就意味着设备处于故障状态。
二. 机械零件失效的基本形式 主要有磨损、变形、断裂、腐蚀等四种。
三. 失效的危害
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（3）疲劳破坏的持久值 在一定的应力水平下（＞r），
破坏前的应力循环次数，叫疲劳破坏的持久值。
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对于同一种材料，在不同的应力状态下，其疲劳极 限是不同的：
对称弯曲 对称拉压 对称扭转 脉动弯曲
-1 = 0.4 b -1 = 0.28 b -1 = 0.22 b 0 = 0.65 b
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二. 磨损
零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的 现象，称为零件的磨损。 磨损的发生将造成零件形状尺寸及表面性质的变化 ，使零件的工作性能逐渐降低；但磨损有时也是有 益的（磨合）。
1、磨料磨损
摩擦表面 间存在的硬 质颗粒引起 的磨损。
2、粘着磨损
摩擦表面 间直接接触 而发生粘着 作用 。
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失效分4 析
交变应力下材料的抗力指标及性质
1.疲劳抗力
材料抵抗交变应力作用的能力。
2.疲劳抗力指标及性质
（1）疲劳极限 应力循环变化无限次材料不发生疲劳破坏
的最大应力r，称该材料的疲劳极限。
（2）条件疲劳极限（疲劳强度） 对于铝合金等有色金属 及在高温和腐蚀条件下工作的黑色金属，无疲劳极限，其疲 劳抗力指标常用条件疲劳极限表示。一般规定，承受大于 5×107～5×108次应力循环而不破坏的最大应力称该材料的条 件疲劳极限。
零件处于干摩擦状态时，摩擦表面间受到接触面分 子间的相互吸引力；由于存在微观凹凸不平而产生 的相互嵌合力；由于相对运动引起的摩擦热而造成 熔合点的粘结力。这些力的共同作用，使两零件相 对运动的阻力增大。要使两个零件相互运动，必须 克服这些摩擦阻力，使零件表面急剧磨损，所以机 械各零件相互运动的表面应尽量避免干摩擦发生。
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失效分6 析
第二节零件的磨损失效
相接触的物体相互移动时发生阻力的现象 称为摩擦。相对运动的零件的摩擦表面发生尺 寸、形状和表面质量变化的现象称为磨损。摩 擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦的必然 结果，两者均发生于材料表面。
机械设备中约有80%的零件因磨损而失效报 废。世界上的能源消耗约有30%~50%是由于摩 擦和磨损造成的。
例如，气缸壁上部与活塞环以干摩擦和边界摩擦 为主，轴颈与轴承在工作过程中受冲击载荷作用时 会出现干摩擦状态。
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2.液体摩擦
两摩擦表面被润滑油完全隔开时的摩擦，称为液体 摩擦。 液体摩擦时两摩擦表面被一层厚度为1.5--2μm的 润滑油膜完全隔开，避免了两零件间工作表面的直 接接触。 摩擦只发生在润滑油流体分子之间，故其摩擦阻力 很小，零件的磨损也非常轻微。 设备上相对运动的部位都应在液体摩擦状态下进行 运动。 如：曲轴和轴承、连杆和轴承、变速箱中的轴。
第二章 机械零件的失效及分析
第一节 基本概念 第二节 零件的磨损失效 第三节 零件的断裂失效 第四节 零件的变形失效 第五节 零件的腐蚀失效
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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四.交变载荷
在交变应力作用下，金属材料发生损伤的现象称为疲劳。
循环特征：
r min max
零件名称
轴 齿轮齿根 Biblioteka 承连杆螺栓应力变化
循环特征
应力性质 应力状态
对称循环 脉动循环 脉动循环 大压小拉 大拉小压
r =-1
r=0
r = -
- r -
1
0r1
对称弯曲 脉动弯曲 脉动压缩 不对称 不对称