机械零件的失效分析
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机械零件的失效分析
失效分析方法和技术
1
外部检查
通过外部观察和测量，我们可以找到外部因素对失效的影响。
2
内部检查
通过内部切割和断面观察，我们可以了解零件的内部结构和缺陷情况。
3
材料分析
使用材料分析技术，如金相显微镜、扫描电镜等，可以帮助我们研究材料性质和 缺陷。
实例：钢件的疲劳失效分析
失效模式分析
通过分析钢件的疲劳失效形态， 我们可以确定失效模式和机制。
老化特征
通过观察塑料件的颜色变化、表面开裂等现象， 可以判断是否发生老化。
替代材料
通过寻找抗老化性能更好的材料，可以延长塑料 件的使用寿命。
结论和总结
机械零件的失效分析是提高产品可靠性和寿命的重要工具。通过深入研究失 效模式和原因，并采取相应的改进措施，我们可以更好地理解和应对机械零 件失效问题。
通过了解失效原因，我们可以改进设计、材料和制造过程，提高机械零件的可靠性和寿 命。
失效分析的基本原理
1 失效模式与机理
了解失效模式和机理可以帮助我们快速定位和识别失效的根本原因。
2 数据收集与分析
通过收集和分析失效数据，我们可以找到共同点和规律，帮助我们预测和预防将来的失 效。
3 实验与测试
通过实验和测试，我们可以验证我们对失效原因和机制的假设，从而得到更可靠的结论。
断口分析
观察钢件的断口形态，可以帮助 我们了Байду номын сангаас失效的根本原因。
金相分析
通过金相显微镜观察钢件的显微 组织，可以揭示材料的缺陷和组 织性质。
实例：塑料件的老化失效分析
老化机制
塑料件的老化失效通常由紫外线辐射、热氧化、 水解等因素引起。
老化测试
机械零件的失效分析-学习领悟
机械零件的失效分析失效：零件或部件失去应有的功效零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
一般称呼失效大多是特指零件的早期失效，即未达到预期的效果或寿命，提前出现失效的过程。
失效分析：探讨零件失效的方式和原因，并提出相应的改进措施。
根据失效分析的结果，改进对零件的设计、选材、加工和使用，提高零部件的使用寿命，避免恶性事故的发生，带来相应的经济效益和社会效益。
一、零件的失效形式失效形式分3种基本类型：变形、断裂和表面损伤。
1、变形失效与选材（机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效）①弹性变形失效（由于发生过大的弹性变形而造成的零件失效）弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模量。
金刚石与陶瓷的弹性模量最高，其次是难溶金属、钢铁，有色金属则较低，有机高分子材料的弹性模量最低。
因此，作为结构件，从刚度及经济角度看，选择钢铁是比较合适。
②塑性变形失效（零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效）塑性变形失效是零件中的工作应力超过材料的屈服迁都的结果。
一般陶瓷材料的屈服强度很高，但脆性非常大，因此，不能用来制造高强度结构件。
有机高分子材料的强度很低，最高强度的塑料也不超过铝合金。
因此，目前用作高强度结构的主要材料还是钢铁。
2、断裂失效①塑性断裂零件在受到外载荷作用时，某一截面上的应力超过了材料的屈服强度，产生很大的塑性变形后发生的断裂；②脆性断裂脆性断裂发生时，事先不产生明显的塑性变形，承受的工作应力通常远低于材料的屈服强度，所以又称为低应力脆断；③疲劳断裂在低于材料屈服强度的交变应力反复作用下发生的断裂称为疲劳断裂；④蠕变断裂在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效；3、表面损伤①磨损失效磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式逐渐磨耗，而使零件尺寸不断变小的一种失效方式。
机械零件的失效分析与选材概述(ppt 16页)
织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50,
表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。
三) 选材: 45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火
粗加工 调质
半精加工 钻中心孔 精车加工
铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)
结构或形状设计不合理。
2.原因
材料的选择不合理。 加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
3.形式
过量变形失效 断裂失效 表面损伤失效
过量弹性变形
过量塑性变形
韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂 疲劳断裂 蠕变断裂 应力腐蚀断裂
磨损 接触疲劳 腐蚀
第二节 材料选用的一般原则
1.材料的力学性能: 根据零件的工作条 件、损坏(或失效)形式 , 选择满足力 学性能的材料。
工程材料 机械制造基础
第10章 机械零件的失效分析与选材
第10章 机械零件的失效分析与选材
机械零件的失效分析 选材分析
➢选择材料的基本过程 ➢零件的失效分析
一.选择材料的基本过程
二.零件的失效分析
1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
1、只要有坚强的意志力，就自然而然地会有能耐、机灵和知识。2、你们应该培养对自己，对自己的力量的信心，百这种信心是靠克服障碍，培养意志和锻炼意志而获得的。 3、坚强的信念能赢得强者的心，并使他们变得更坚强。4、天行健，君子以自强不息。5、有百折不挠的信念的所支持的人的意志，比那些似乎是无敌的物质力量有更强大 的威力。6、永远没有人力可以击退一个坚决强毅的希望。7、意大利有一句谚语：对一个歌手的要求，首先是嗓子、嗓子和嗓子……我现在按照这一公式拙劣地摹仿为：对 一个要成为不负于高尔基所声称的那种“人”的要求，首先是意志、意志和意志。8、执着追求并从中得到最大快乐的人，才是成功者。9、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 10、发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自己发现的意志，并把研究继续下去。11、我的本质不是我的意志的结果， 相反，我的意志是我的本质的结果，因为我先有存在，后有意志，存在可以没有意志，但是没有存在就没有意志。12、公共的利益，人类的福利，可以使可憎的工作变为可 贵，只有开明人士才能知道克服困难所需要的热忱。13、立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶，叶而后花。14、意志的出现不是对愿 望的否定，而是把愿望合并和提升到一个更高的意识水平上。15、无论是美女的歌声，还是鬓狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。16、即使 遇到了不幸的灾难，已经开始了的事情决不放弃。17、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。18、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下 去。19、意志若是屈从，不论程度如何，它都帮助了暴力。20、有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。21、意志坚强，就会战胜恶运。22、只有刚强的人，才有神 圣的意志，凡是战斗的人，才能取得胜利。23、卓越的人的一大优点是：在不利和艰难的遭遇里百折不挠。24、疼痛的强度，同自然赋于人类的意志和刚度成正比。25、能 够岿然不动，坚持正见，度过难关的人是不多的。26、钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的，所以才能坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中 锻炼出来的，学习了不在生活面前屈服。27、只要持续地努力，不懈地奋斗，就没有征服不了的东西。28、立志不坚，终不济事。29、功崇惟志，业广惟勤。30、一个崇高 的目标，只要不渝地追求，就会居为壮举；在它纯洁的目光里，一切美德必将胜利。31、书不记，熟读可记；义不精，细思可精；惟有志不立，直是无着力处。32、您得相 信，有志者事竟成。古人告诫说：“天国是努力进入的”。只有当勉为其难地一步步向它走去的时候，才必须勉为其难地一步步走下去，才必须勉为其难地去达到它。33、 告诉你使我达到目标的奥秘吧，我唯一的力量就是我的坚持精神。34、成大事不在于力量的大小，而在于能坚持多久。35、一个人所能做的就是做出好榜样，要有勇气在风 言风语的社会中坚定地高举伦理的信念。36、即使在把眼睛盯着大地的时候，那超群的目光仍然保持着凝视太阳的能力。37、你既然期望辉煌伟大的一生，那么就应该从今 天起，以毫不动摇的决心和坚定不移的信念，凭自己的智慧和毅力，去创造你和人类的快乐。38、一个有决心的人，将会找到他的道路。39、在希望与失望的决斗中，如果 你用勇气与坚决的双手紧握着，胜利必属于希望。40、富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈。41、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。42、生命里最重 要的事情是要有个远大的目标，并借助才能与坚持来完成它。43、事业常成于坚忍，毁于急躁。我在沙漠中曾亲眼看见，匆忙的旅人落在从容的后边；疾驰的骏马落在后头， 缓步的骆驼继续向前。44、有志者事竟成。45、穷且益坚，不坠青云之志。46、意志目标不在自然中存在，而在生命中蕴藏。47、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。 48、思想的形成，首先是意志的形成。49、谁有历经千辛万苦的意志，谁就能达到任何目的。50、不作什么决定的意志不是现实的意志；无性格的人从来不做出决定。我终 生的等待，换不来你刹那的凝眸。最美的不是下雨天，是曾与你躲过雨的屋檐。征服畏惧、建立自信的最快最确实的方法，就是去做你害怕的事，直到你获得成功的经验。 真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。生活真象这杯浓酒，不经三番五次的提炼呵，就不会这样可口！人格的完善是本，财富的确立是末能力可以慢 慢锻炼，经验可以慢慢积累，热情不可以没有。不管什么东西，总是觉得，别人的比自己的好！只有经历过地狱般的折磨，才有征服天堂的力量。只有流过血的手指才能弹 出世间的绝唱。对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力的。不要因为寂寞而恋爱，孤独是为了幸福而 等待。每天清晨，当我睁开眼睛，我告诉自己：我今天快乐或是不快乐，并非由我所遭遇的事情造成的，而应该取决于我自己。我可以自己选择事情的发展方向。昨日已逝，
表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。
三) 选材: 45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火
粗加工 调质
半精加工 钻中心孔 精车加工
铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)
结构或形状设计不合理。
2.原因
材料的选择不合理。 加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
3.形式
过量变形失效 断裂失效 表面损伤失效
过量弹性变形
过量塑性变形
韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂 疲劳断裂 蠕变断裂 应力腐蚀断裂
磨损 接触疲劳 腐蚀
第二节 材料选用的一般原则
1.材料的力学性能: 根据零件的工作条 件、损坏(或失效)形式 , 选择满足力 学性能的材料。
工程材料 机械制造基础
第10章 机械零件的失效分析与选材
第10章 机械零件的失效分析与选材
机械零件的失效分析 选材分析
➢选择材料的基本过程 ➢零件的失效分析
一.选择材料的基本过程
二.零件的失效分析
1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
1、只要有坚强的意志力，就自然而然地会有能耐、机灵和知识。2、你们应该培养对自己，对自己的力量的信心，百这种信心是靠克服障碍，培养意志和锻炼意志而获得的。 3、坚强的信念能赢得强者的心，并使他们变得更坚强。4、天行健，君子以自强不息。5、有百折不挠的信念的所支持的人的意志，比那些似乎是无敌的物质力量有更强大 的威力。6、永远没有人力可以击退一个坚决强毅的希望。7、意大利有一句谚语：对一个歌手的要求，首先是嗓子、嗓子和嗓子……我现在按照这一公式拙劣地摹仿为：对 一个要成为不负于高尔基所声称的那种“人”的要求，首先是意志、意志和意志。8、执着追求并从中得到最大快乐的人，才是成功者。9、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 10、发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自己发现的意志，并把研究继续下去。11、我的本质不是我的意志的结果， 相反，我的意志是我的本质的结果，因为我先有存在，后有意志，存在可以没有意志，但是没有存在就没有意志。12、公共的利益，人类的福利，可以使可憎的工作变为可 贵，只有开明人士才能知道克服困难所需要的热忱。13、立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶，叶而后花。14、意志的出现不是对愿 望的否定，而是把愿望合并和提升到一个更高的意识水平上。15、无论是美女的歌声，还是鬓狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。16、即使 遇到了不幸的灾难，已经开始了的事情决不放弃。17、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。18、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下 去。19、意志若是屈从，不论程度如何，它都帮助了暴力。20、有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。21、意志坚强，就会战胜恶运。22、只有刚强的人，才有神 圣的意志，凡是战斗的人，才能取得胜利。23、卓越的人的一大优点是：在不利和艰难的遭遇里百折不挠。24、疼痛的强度，同自然赋于人类的意志和刚度成正比。25、能 够岿然不动，坚持正见，度过难关的人是不多的。26、钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的，所以才能坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中 锻炼出来的，学习了不在生活面前屈服。27、只要持续地努力，不懈地奋斗，就没有征服不了的东西。28、立志不坚，终不济事。29、功崇惟志，业广惟勤。30、一个崇高 的目标，只要不渝地追求，就会居为壮举；在它纯洁的目光里，一切美德必将胜利。31、书不记，熟读可记；义不精，细思可精；惟有志不立，直是无着力处。32、您得相 信，有志者事竟成。古人告诫说：“天国是努力进入的”。只有当勉为其难地一步步向它走去的时候，才必须勉为其难地一步步走下去，才必须勉为其难地去达到它。33、 告诉你使我达到目标的奥秘吧，我唯一的力量就是我的坚持精神。34、成大事不在于力量的大小，而在于能坚持多久。35、一个人所能做的就是做出好榜样，要有勇气在风 言风语的社会中坚定地高举伦理的信念。36、即使在把眼睛盯着大地的时候，那超群的目光仍然保持着凝视太阳的能力。37、你既然期望辉煌伟大的一生，那么就应该从今 天起，以毫不动摇的决心和坚定不移的信念，凭自己的智慧和毅力，去创造你和人类的快乐。38、一个有决心的人，将会找到他的道路。39、在希望与失望的决斗中，如果 你用勇气与坚决的双手紧握着，胜利必属于希望。40、富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈。41、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。42、生命里最重 要的事情是要有个远大的目标，并借助才能与坚持来完成它。43、事业常成于坚忍，毁于急躁。我在沙漠中曾亲眼看见，匆忙的旅人落在从容的后边；疾驰的骏马落在后头， 缓步的骆驼继续向前。44、有志者事竟成。45、穷且益坚，不坠青云之志。46、意志目标不在自然中存在，而在生命中蕴藏。47、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。 48、思想的形成，首先是意志的形成。49、谁有历经千辛万苦的意志，谁就能达到任何目的。50、不作什么决定的意志不是现实的意志；无性格的人从来不做出决定。我终 生的等待，换不来你刹那的凝眸。最美的不是下雨天，是曾与你躲过雨的屋檐。征服畏惧、建立自信的最快最确实的方法，就是去做你害怕的事，直到你获得成功的经验。 真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。生活真象这杯浓酒，不经三番五次的提炼呵，就不会这样可口！人格的完善是本，财富的确立是末能力可以慢 慢锻炼，经验可以慢慢积累，热情不可以没有。不管什么东西，总是觉得，别人的比自己的好！只有经历过地狱般的折磨，才有征服天堂的力量。只有流过血的手指才能弹 出世间的绝唱。对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力的。不要因为寂寞而恋爱，孤独是为了幸福而 等待。每天清晨，当我睁开眼睛，我告诉自己：我今天快乐或是不快乐，并非由我所遭遇的事情造成的，而应该取决于我自己。我可以自己选择事情的发展方向。昨日已逝，
机械零件失效分析
机械零件失效分析机械零件是构成机械设备的基本组成部分，其质量和性能的好坏直接关系到整个机械设备的可靠性和安全性。
然而，在机械设备的长期运行中，由于各种原因，机械零件可能会出现失效现象。
失效分析是一种通过分析失败机械零件的失效原因来帮助我们改进设计、制造和维修策略的方法。
一、失效类型机械零件的失效类型多种多样，常见的包括疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效等。
疲劳失效是指材料在交变载荷作用下的长期疲劳过程中逐渐出现的损伤。
磨损失效是指机械零件在运行过程中由于与其他零件或外界环境的摩擦而造成的表面磨损。
腐蚀失效是指机械零件由于环境中的化学腐蚀而失效。
断裂失效是指机械零件由于超过其承载能力而发生断裂。
二、失效原因机械零件失效的原因也是多种多样的，常见的有材料问题、设计问题、制造问题、装配问题、使用问题等。
材料问题是指机械零件材料的质量或性能不达标，如含气体、夹杂物、晶粒非均匀等。
设计问题是指机械零件在设计过程中存在结构强度不足、刚度不够的问题。
制造问题是指机械零件在加工过程中存在加工质量不合格、工艺控制不严等问题。
装配问题是指机械零件在装配过程中存在装配不当、配合间隙设计不合理等问题。
使用问题是指机械零件在使用过程中存在操作不当、润滑不足等问题。
三、失效分析方法失效分析是通过分析失效零件的失效样品、现场情况以及相关维修记录来查找失效原因。
常用的失效分析方法包括物理分析、化学分析、力学分析、金相分析等。
物理分析是通过观察失效零件的外部形态和内部结构来判断失效形式。
化学分析是通过对失效零件进行化学成分分析以及腐蚀产物分析来判断失效原因。
力学分析是通过对失效零件进行力学性能测试以及有限元分析等方法来判断失效原因。
金相分析是通过对失效零件进行金相组织观察以及晶体学分析等方法来判断失效原因。
四、失效分析结果的应用失效分析的最终目的是为了指导我们改进机械零件的设计、制造和维修策略，提高机械设备的可靠性和安全性。
机械零件的失效
沿晶断裂 ,穿晶断裂,混晶断裂.
一． 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.
脆性断裂
工程构件在很少或不出现宏 观塑性变形(一般按光滑拉 伸试样的ψ<5%)情况下发 生的断裂称作脆性断裂,因 其断裂应力低于材料的屈服 强度,故又称作低应力断裂。 钢丝绳：断裂有预兆。
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
磨损失效
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称为磨损
防止和减少 磨损的方法 和途径
正确的选材是提高耐磨性的关键。
尽量保证液体润滑，对设备进行正确、 合理的润滑，能有效减少设备零部件 的磨损，延长设备使用寿命。
采用多种表面处理方法：如滚压、化 学表面热处理、镀铬、喷涂等
正确进行摩擦副的结构设计
设备正确的维护与使用对设备的寿命 影响很大。
皮带传动与 磨损：
在同一组中，皮带长短不一或者因为磨 损造成皮带轮槽深浅不一，皮带轮轴弯 曲均会产生较大的振动，对那些精密的 设备还可能形成振动源。
若调得太松，起动时会产生怪叫声，并 且会发生起转慢，主动轮发热；
失效的基本因素
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
STEP5
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.（非标 设备）
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.
装配调试因素— 在安装过程中 , 未达到要求的质 量指标.
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
一． 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.
脆性断裂
工程构件在很少或不出现宏 观塑性变形(一般按光滑拉 伸试样的ψ<5%)情况下发 生的断裂称作脆性断裂,因 其断裂应力低于材料的屈服 强度,故又称作低应力断裂。 钢丝绳：断裂有预兆。
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
磨损失效
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称为磨损
防止和减少 磨损的方法 和途径
正确的选材是提高耐磨性的关键。
尽量保证液体润滑，对设备进行正确、 合理的润滑，能有效减少设备零部件 的磨损，延长设备使用寿命。
采用多种表面处理方法：如滚压、化 学表面热处理、镀铬、喷涂等
正确进行摩擦副的结构设计
设备正确的维护与使用对设备的寿命 影响很大。
皮带传动与 磨损：
在同一组中，皮带长短不一或者因为磨 损造成皮带轮槽深浅不一，皮带轮轴弯 曲均会产生较大的振动，对那些精密的 设备还可能形成振动源。
若调得太松，起动时会产生怪叫声，并 且会发生起转慢，主动轮发热；
失效的基本因素
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
STEP5
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.（非标 设备）
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.
装配调试因素— 在安装过程中 , 未达到要求的质 量指标.
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
13机械零件的失效分析和表面处理解析
法，目的是研究材料的显微组织结构与失效的关系 ）、力学性能测试等，
必要时进行无损探伤和断裂力学分析。 失效分析的结果对零件的设计、选材、加工以及使用具有一定的指导意义。
3/20 第三页，共20页。
第二节 材料的表面处理技术(jìshù)简介
一、表面(biǎomiàn)处理的意义
在扭转、弯曲、冲击、疲劳等负荷作用(zuòyòng)下的零件，其表面层比
等现象，失去原有性能指标的现象，称高分子材料的老化。老化是高分子材料
不可避免的。 一个零部件失效，总是以一种形式起主导作用，但是，各种失效因素相互
交叉作用，可以组合成更复杂的失效形式。例如应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀磨
损、蠕变疲劳交互作用等。
1/20 第一页，共20页。
三、失效(shī xiào)的原因
6/20 第六页，共20页。
2.堆焊(和du喷ī 焊hàn) (1)堆焊(du用ī 传hà统n)的电焊方法，将合金丝或焊条(hàntiáo)熔化堆结在 件表面形成冶金结合层的方法。如用气焊、焊条电弧焊及氩弧
焊等各种电弧焊方法，把不同堆焊材料堆焊在工件表面，达到 修复或改善工件表面性能的目的。
(2)喷焊 是采用气体火焰或等离子焰将自溶性合金粉末熔化
造成机械零件(línɡ jiàn)失效的原因很多，零件(línɡ jiàn)在设计选材加工以及安装
面的不当都可能(kěnéng)导致零件的失效。
(1)设计不合理 零件设计不当而导致失效的主要表现在两个方面：一是
零件的结构、尺寸设计不合理或结构工艺性差，例如过渡圆角太小、存在尖 角、孔槽位置不当等都会造成较大的应力集中；二是设计时错误地估计了零
有较高的吸附能力， — 般工业上作为表面涂装的底层，经化学氧化后再涂装， 可以大大提高铝及铝合金外观装饰件的抗蚀能力，使涂料的保持性增强。铝及 铝合金化学氧化的优点主要是生产效率高、成本低、不消耗电能，不需专门设
必要时进行无损探伤和断裂力学分析。 失效分析的结果对零件的设计、选材、加工以及使用具有一定的指导意义。
3/20 第三页，共20页。
第二节 材料的表面处理技术(jìshù)简介
一、表面(biǎomiàn)处理的意义
在扭转、弯曲、冲击、疲劳等负荷作用(zuòyòng)下的零件，其表面层比
等现象，失去原有性能指标的现象，称高分子材料的老化。老化是高分子材料
不可避免的。 一个零部件失效，总是以一种形式起主导作用，但是，各种失效因素相互
交叉作用，可以组合成更复杂的失效形式。例如应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀磨
损、蠕变疲劳交互作用等。
1/20 第一页，共20页。
三、失效(shī xiào)的原因
6/20 第六页，共20页。
2.堆焊(和du喷ī 焊hàn) (1)堆焊(du用ī 传hà统n)的电焊方法，将合金丝或焊条(hàntiáo)熔化堆结在 件表面形成冶金结合层的方法。如用气焊、焊条电弧焊及氩弧
焊等各种电弧焊方法，把不同堆焊材料堆焊在工件表面，达到 修复或改善工件表面性能的目的。
(2)喷焊 是采用气体火焰或等离子焰将自溶性合金粉末熔化
造成机械零件(línɡ jiàn)失效的原因很多，零件(línɡ jiàn)在设计选材加工以及安装
面的不当都可能(kěnéng)导致零件的失效。
(1)设计不合理 零件设计不当而导致失效的主要表现在两个方面：一是
零件的结构、尺寸设计不合理或结构工艺性差，例如过渡圆角太小、存在尖 角、孔槽位置不当等都会造成较大的应力集中；二是设计时错误地估计了零
有较高的吸附能力， — 般工业上作为表面涂装的底层，经化学氧化后再涂装， 可以大大提高铝及铝合金外观装饰件的抗蚀能力，使涂料的保持性增强。铝及 铝合金化学氧化的优点主要是生产效率高、成本低、不消耗电能，不需专门设
机械零件失效分析
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18.1 零件常见的失效形式
使用维护不良，不按照工艺规程正确操作，从而使零件在不正 常的条件下运行，造成早期失效。 零件的失效原因还可能有其他因素，在进行零件的具体失效 分析时，应该从多方面进行考查，确定引起零件失效的主要 原因，从而有针对性地提出改进措施。 零件的失效形式主要是与其具体的工作条件密不可分的。如 齿轮，当载荷大，摩擦严重时常发生断齿或磨损失效，而当 承载小，摩擦较大时，常发生麻点剥落失效。 零件的工作条件主要包括:受力情况(力的大小、种类、分布、 残余应力及应力集中情况等)，载荷性质(静载荷、冲击载荷、 循环载荷等);温度(低温、常温、高温、变温等);
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18.1 零件常见的失效形式
在失效分析中，有两项最重要的工作。一是收集失效零件的 有关资料，这是判断失效原因的重要依据，必要时作断裂力 学分析。二是根据宏观及微观的断口分析，确定失效发源地 的性质及失效方式。这项工作最重要，因为它除了告诉我们 失效的精确地点和应该在该处测定哪些数据外，同时还对可 能的失效原因能作出重要指示。例如，沿晶界断裂应该是材 料本身、加工或介质作用的问题，与设计关系不大。
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18.湿、腐蚀性介质等);摩擦润滑(干摩擦、滑动 摩擦、滚动摩擦、有无润滑剂等)以及运转速度，有无振动等。 2.失效分析的一般方法 正确的失效分析，是找出零件失效原因，解决零件失效问题的 基础环节。机械零件的失效分析是一项综合性的技术工作，大 致有如下程序。 (1)尽量仔细地收集失效零件的残骸，并拍照记录实况，确定 重点分析的对象，样品应取自失效的发源部位，或能反映失效 的性质与特点的地方。 (2)详细记录并整理失效零件的有关资料，如设计情况(图纸)、 实际加工情况及尺寸、使用情况等。根据这些资料全面
18.1 零件常见的失效形式
使用维护不良，不按照工艺规程正确操作，从而使零件在不正 常的条件下运行，造成早期失效。 零件的失效原因还可能有其他因素，在进行零件的具体失效 分析时，应该从多方面进行考查，确定引起零件失效的主要 原因，从而有针对性地提出改进措施。 零件的失效形式主要是与其具体的工作条件密不可分的。如 齿轮，当载荷大，摩擦严重时常发生断齿或磨损失效，而当 承载小，摩擦较大时，常发生麻点剥落失效。 零件的工作条件主要包括:受力情况(力的大小、种类、分布、 残余应力及应力集中情况等)，载荷性质(静载荷、冲击载荷、 循环载荷等);温度(低温、常温、高温、变温等);
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18.1 零件常见的失效形式
在失效分析中，有两项最重要的工作。一是收集失效零件的 有关资料，这是判断失效原因的重要依据，必要时作断裂力 学分析。二是根据宏观及微观的断口分析，确定失效发源地 的性质及失效方式。这项工作最重要，因为它除了告诉我们 失效的精确地点和应该在该处测定哪些数据外，同时还对可 能的失效原因能作出重要指示。例如，沿晶界断裂应该是材 料本身、加工或介质作用的问题，与设计关系不大。
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18.湿、腐蚀性介质等);摩擦润滑(干摩擦、滑动 摩擦、滚动摩擦、有无润滑剂等)以及运转速度，有无振动等。 2.失效分析的一般方法 正确的失效分析，是找出零件失效原因，解决零件失效问题的 基础环节。机械零件的失效分析是一项综合性的技术工作，大 致有如下程序。 (1)尽量仔细地收集失效零件的残骸，并拍照记录实况，确定 重点分析的对象，样品应取自失效的发源部位，或能反映失效 的性质与特点的地方。 (2)详细记录并整理失效零件的有关资料，如设计情况(图纸)、 实际加工情况及尺寸、使用情况等。根据这些资料全面
机械零件的失效分析
u : 弹性能
u
1
2
e e
1
2 e
2E
4. 塑性 是指材料断裂前发生塑性变形的能力。常用
断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。
断后伸长率 LL0 100%
L0
断面收缩率 A0 A100%
A0
显然，断后伸长率和断面收缩率越大，材料的 塑性越好。
5. 硬度 表征材料软硬程度的性能，具体来说是指材
其他材料的应力－应变曲线 1–纯金属, 2–脆性材料, 3–高弹性材料
二、静载性能指标
1. 刚度 —零（构）件受力时抵抗弹性变形的能力，它
等于材料弹性模量与零（构）件横截面积的乘积。
单向拉伸(或压缩):
E F A EA F
纯剪切:
G F A G A F
第一章机械零件的失效分析
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
2. 零件失效的原因：为了预防零件失效，必须做到设 计正确，选材恰当和工艺合理。为此，我们不仅要 熟悉零件的工作条件，掌握零件的受力和运动规律， 还要把它们和材料的性能结合起来，即从零件的工 作条件中找出其对材料的性能要求，然后才能做到 正确选择材料和合理制定冷、热加工的技术条件及 工艺路线。 而研究零件各种形式的失效是深刻了解零件工作 条件的基础。
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
3. 常见的失效方式
过量变形 Excessive deformation 断裂 Fracture 疲劳 Fatigue 磨损 Wear 高温蠕变 High temperature creep 腐蚀 Corr形
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第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂
问题 1 什么是疲劳断裂？ 2 疲劳断口由哪几个部分组成？ 3 疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使
用这些指标？
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一、基本概念
1 交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期 变化的载荷。
2 疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工 作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。
脆性 断口
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二、冲击韧性及衡量指标
1 冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综 合表现。
2 衡量指标：冲击吸收功Ak
3
冲击韧度ak(ak＝ Ak/Fk )
3 应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结
合用于一般零件抗断裂设计。
4 低温冲击试验：(材料的韧脆转变温度TK)
维氏硬度(HV)（锥面角为136 °的金刚石四棱锥体为压 头
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9
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
2 （1）零构件发生过量弹性变形失效： 3 Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 4 或者 q [q] （扭转条件下） 5 （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 6 （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
4
KI >KIC 构件发生脆性断裂
5
KI ＝KIC 构件发生低应力脆性断裂的临界条件
6 3 应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹
和火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转
子、大型发电机转子等。
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四、影响脆性断裂的因素
• 加载方式 • 材料本质
• 温度和加载速度
• 应力集中 • 零件尺寸
试样的静拉伸过程
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5
弹性变形
弹性变形、 塑性变形
非线性弹 性变形
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6
（1）强度：材料抵抗变形或者断裂的能力
比例极限sp 弹性极限se 屈服强度ss 抗拉强度sb 断裂强度sk
强度指标单位：MPa
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7
（2）弹性和塑性指标
弹性：材料发生弹性变形的大小。 塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力。
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10
2 过量塑性变形及抗力指标
3 （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 4 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
性变形的能力不够 5 （3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服
极限
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11
总结
零构件发生过弹性变形的原因：刚度不足 抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
强 调！ 金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、 冷变形等方法改变。
3 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、 最后断裂。
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二、疲劳断口的特点
示意图
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24疲劳源区和疲劳裂纹扩展的微观形貌一个疲 劳源
疲 劳 源 区
疲劳 条纹
• 弹性指标：弹性能（弹性比功）m 塑性指标：断后伸长率d
断面收缩
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8
3 硬度
硬度：表征材料软硬程度的一种性能。 硬度指标：物理意义与试验方法有关
• 滑痕法硬度值（莫氏硬度）
• 弹性回跳法硬度值（肖氏硬度）
• 压入法硬度值（工业中应用广泛）
布氏硬度（HBS)淬火钢球
洛氏硬度(HRC)（锥角为120°的金刚石圆锥体）
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17
材料韧脆转变温度TK的确定和应用
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三、断裂韧性及衡量指标
1 断裂韧度KIC: 是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能 指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2
单位：MPa·m 1/2 或者 MN ·m-3/2
2 应用（判断构件是否安全，合理选材）
3 KI < KIC 构件安全
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一、基本概念
• 静载荷和冲击载荷 • 断裂：材料在外力作用下分为两个或者两个以
上部分的现象。
• 断裂的分类：韧性断裂和脆性断裂 • 断裂过程：裂纹萌生和裂纹扩展 • 韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中
吸收能量的能力。
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韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌
韧性 断口
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3
一、材料的静载性能指标
• 刚度和强度指标 • 弹性和塑性指标 • 硬度指标 • 韧性指标（放在断裂中讲）
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4
1、刚度
• 刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。 等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。
• 刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。 （在同样的载荷下）
2、强度、弹性塑性指标
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20
总结
• 材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂
• 材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材料 韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用于评价材料 韧性的好坏，也可用于一般零件的抗断裂设计； 断裂韧度可用于材料抵抗低应力脆性断裂的设计。
• 材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等方 法改变。
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硬度：在耐磨零件中必须考虑的
性能指标。如滚珠轴承、活塞环
等. 编辑ppt
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第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂
问题
1 断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？ 2 断裂过程分为几个阶段？韧性断裂和脆性断裂的断
裂过程的区别在哪里？ 3 什么是材料的韧性？评价材料韧性的力学性能指标
有哪些？ 4 材料韧性指标的含义及应用？
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本节中 所讲的 材料的 力学性 能指标 及应用
刚度：在设计中，考虑构件在 受力时发生的弹性变形量，需 要用刚度。主要力学性能是材 料的弹性模量。如镗床的镗杆、 齿轮轴等
弹性指标：弹性极限和弹性 模量是设计弹性零件考虑的 性能指标。如汽车板簧和各 类弹簧等
强度和塑性指标：屈服强度 和塑性用于一般零件的抗断 裂设计。
2 失效的定义和形式
3 定义: 零件失去设计所要求的效能（功 能）称为失效。
4
5 常见的失效形式：过量变形、断裂、
磨损、腐蚀
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2
第一节 零件在常温静载下的过量变形
问题
• 材料的静载性能指标有哪些? • 什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性
变形的原因是什么?设计时应选择什么性 能指标? • 发生过量塑性变形的原因是什么?抗力指 标有哪些?
第一章 机械零件的失效分析
本章主要内容
零件的过量变形以及性能指标 零件的断裂及性能指标 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指标 零件的磨损失效以及防止 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效
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1
关于失效的基本概念
1 零件（构件）的功能 （1）在一定的压力、温度、介质下，保持规 定的形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。