常见零件失效
锻造零件失效例子
锻造零件失效例子
锻造零件在使用过程中可能会出现多种失效情况，以下是一些
可能的例子：
1. 疲劳失效，在零件长期受到循环载荷作用下，可能会发生疲
劳失效。
这种失效通常表现为零件出现裂纹并最终断裂。
例如，汽
车曲轴在长期高速运转下可能发生疲劳失效。
2. 变形失效，锻造零件在使用过程中可能由于受到过大的载荷
或者温度变化而发生变形失效。
例如，机械零件在受到过大载荷时
可能发生塑性变形，导致其功能失效。
3. 腐蚀失效，在恶劣的工作环境下，锻造零件可能会受到腐蚀
的影响而发生失效。
例如，金属零件在受到化学介质腐蚀时可能出
现表面损坏并最终失效。
4. 磨损失效，长期摩擦作用下，锻造零件可能会出现磨损失效。
例如，机械零件在长期高速摩擦下可能出现表面磨损，导致其使用
寿命减短。
5. 材料缺陷失效，在制造过程中，锻造零件可能由于材料内部存在缺陷而导致失效。
这种失效通常表现为零件在使用过程中突然断裂或变形。
总的来说，锻造零件失效的例子可以从疲劳、变形、腐蚀、磨损以及材料缺陷等多个方面来进行分析。
为了避免这些失效，需要在设计、制造和使用过程中加强质量控制，确保零件的可靠性和耐久性。
金属零件失效分析
未及时发现和修复金属零件的损伤，可能使其在使用过程中发生突 然失效。
其他原因分析
材料缺陷
金属材料本身存在的缺陷，如夹杂物 、偏析等，可能导致其在使用过程中 发生失效。
外力损伤
金属零件在使用过程中受到外力损伤 ，如撞击、挤压等，可能导致其发生 变形或断裂。
04
金属零件失效预防措施
研究展望
• 针对新型金属材料（如高强度轻质合金、非晶合金等）的失效问题，需要深入 研究其失效机制和规律，建立更加完善的失效分析方法。
• 随着无损检测技术的发展，未来可以利用更加先进的检测手段（如超声检测、 X射线检测等）对金属零件进行早期预警和实时监测，提高失效预测的准确性 和及时性。
• 在失效分析过程中，应加强计算机模拟技术的应用，通过建立数值模型和仿真 分析，对金属零件的失效过程进行模拟和预测，为实际应用提供更加可靠的依 据。
目的和意义
通过对金属零件失效的分析，可以找 出失效原因，预防类似失效的再次发 生，提高机械装备的可靠性和安全性 。
同时，失效分析还可以为新材料的开 发和现有材料的改进提供理论依据和 实践指导，促进材料科学的发展。
02
金属零件失效类型
断裂失效
总结词
断裂失效是金属零件最常见的失效形式之一，表现为零件在应力作用下发生的 断裂现象。
磨损和腐蚀失效分析涉及对金 属零件表面形貌、成分、硬度 等方面的检测，以确定磨损和 腐蚀的原因和程度，并提出相 应的防护措施。
某化工设备中的金属管道在使 用过程中发生严重磨损和腐蚀 ，导致介质泄漏。通过失效分 析发现，管道内壁存在介质冲 刷和腐蚀性物质的共同作用， 导致表面损伤。
建议加强管道内壁防腐涂层保 护；同时优化介质输送方式， 减少对管道内壁的冲刷磨损。
常见的零件失效模式
致使 形变发 生 。这 种形变 需要一 定的温 度和时 间。
５ 疲 劳 断裂 、
零件 在 交变 应 力作 用下 产 生裂 纹 ， 继而 扩 展 ， 终 最
９ 其 它 失效 形 式 、
除 以上主 要的失 效形 式外 ， 还有 因冲击 载荷 而产 生 的断 裂 、 变形 、 损与疲 劳 ， 磨 因微振 而 引起的疲 劳 、 磨损 、 腐蚀 ， 因温 度急 剧变 化造成 大 的温度 梯度 引起 的应 力而 造成 的断裂与 变化 等 。（ 者单位 ： 作 辽宁省安 全科 学院 ）
相 对运动 的零件 表面 出现擦 伤 。解决弹 性失 效 问题 ， 主
面强化处理和减少材料 中的 杂质 ， 避免产生加工裂纹等 。
６ 腐 蚀 失效 、
金 属材 料 与周 围 介质 之 间发 生 化学 或 电化 学作 用 而发 生破坏称 为腐蚀 失效 。 腐蚀按 机理可 分为化 学腐蚀 和 电化学 腐蚀 两大类 。 产生腐 蚀的原 因可分为 缝隙腐 按 蚀、 点腐蚀 、 晶具 腐 蚀 、 出腐 蚀 、 蚀腐 蚀 、 损伤 （ 浸 冲 氢 又
工 作 的材料 应 考虑 防止 低 温脆 裂 ； 艺上 ， 工 要避 免 过热 久变 形的失效 现象 。 粒沿 晶界滑动产 生形 变是蠕变 的 晶 引起 的 晶粒粗大 ， 过烧 引起 晶具 熔化 ， 避免 回火 脆性 、 焊 主要 机理 。当温 度升 高到 ０３ Ｔ ．５ ｍ～０７ ｍ（ ｍ 是熔 点 ． Ｔ Ｔ 接热 裂纹 、 火裂 纹 ， 电镀 件及 时进行 除氢 处理 ， 淬 对 热加 的绝 对温 度 ） ， 时 晶界 附近 的 薄层 域 内发 生 回复而 软化
由于 工作载 荷使 零件 发生 的弹性 变形 ， 由于热胀 机械 强度 设计 中是主要考虑 的内容 。在设计 中要尽量减 或 要 冷 缩的弹 性变 形使零件 配合超 过允许 值导致 失效 。 弹性 少动载荷 的幅 值 ，零件 表面形状 设计时 ， 减少应力集
零件失效的形式与原因-精选文档
于其表面相对运动而在承载表面上不断出现材料损失的过 程。”
据统计有75%的汽车零件由于磨损而报废。因此磨损 是引起汽车零件失效的主要原因之一。
一、摩擦学基础理论
• ⒈摩擦理论；
Evaluation only. eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. • ⒉摩擦分类；
变形 化学腐蚀、电化学腐蚀、 穴蚀 过量弹性变形、过量塑性 变形
湿式汽缸套外壁麻点、孔穴
曲轴弯曲、扭曲，基础件（汽缸体、 变速器壳、驱动桥壳）变形
老化
龟裂、变硬
橡胶轮胎、塑料器件
三、零件失效的基本原因
⒈工作条件 包括零件的受力状况和工作环境； Evaluation only. ⒉设计制造 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 设计不合理、选材不当、制造工艺不 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 当等； ⒊使用维修
形式只在某些特定条件下才会发生。
三、磨料磨损及其失效机理
定义：物体表面与硬质颗 • 磨料的来源； 粒或硬质凸出物（包括硬金属） 粒度为20μm～ 相互摩擦引起表面材料损失的 Evaluation only. 30 μm的尘埃将引起 现象称为磨料磨损；
eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 曲轴轴颈、气缸表 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 面的严重磨损，而 在 各 类 磨 损 形 式 中 大 约 占 磨
汽车主要失效形式
汽车零件失效的五种形式：一、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磨损，它包括物理的、化学的、机械的、冶金的综合作用。
对于一个表面的磨损，可能是由于单独的磨损机理造成的，也可能是由于综合的磨损机理造成的。
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。
二、腐蚀：金属零件的腐蚀是指表面与周围介质起化学或电化学作用而发生的表面破坏现象。
腐蚀损伤总是从金属表面开始，然后或快或慢地往里深入，并使表面的外形发生变化，出现不规则形状的凹洞、斑点等破坏区域。
腐蚀的结果使金属表面产生新物质，时间长久将导致零件被破坏。
三、穴蚀：穴蚀是一种比较复杂的破坏现象，它是机械、化学、电化学等共同作用的结果。
当液体中含有杂质或磨料时会加速破坏过程。
穴蚀常发生在柴油机缸套的外壁、水泵零件、水轮机叶片、液压泵等处。
四、断裂断裂是零件在机械力、热、磁、声响、腐蚀等单独或联合作用下，发生局部开裂或分成几部分的现象。
断裂是零件破坏的重要原因致意，它是金属材料在不同情况下，当局部裂纹发展到零件裂缝尺寸时，剩余截面所承受的外载荷超过其强度极限而导致的完全断裂。
断裂是零件使用过程中的一种最危险的破坏形式。
断裂往往会造成重大事故，产生严重后果。
五、变形多年的维修实践证实，虽然将磨损的零件进行修复，恢复了原来的尺寸、形状和配合性质，但装配皇后仍达不到预期的效果。
出现这种情况，通常是由于零件变形，特别是基础零件变形，使零部件之间的相互位置精度遭到破坏，影响了各组成零件之间的相互关系。
在高科技迅速发展的今天，变形问题将越来越突出，它已成为维修质量低、大修周期短的一个重要原因。
汽车各类易损件：一、发动损件：（1）气缸体：除气缸正常磨损可进行镗磨加大尺寸予以修理外，在冬季因缸体未放尽积水被冻裂，运行中因气缸缺少冷缺冷却水被过热膨胀裂缝漏水，以及在行车事故中被碰撞损坏和孔孔径数次镗销扩大至极限。
（2）气缸套：常见故障有缸孔自然磨损、外径压配不当漏水（湿式缸套）、缸壁因敲缸损伤，或在突发情况下如连杆螺栓松脱被连杆击穿等。
机械零件的失效
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
机械零件失效分析
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
机械零件的主要失效形式有
机械零件的主要失效形式有：根断表面压碎表面点蚀塑性变形过量弹性形变共振过热和过量磨损等平键按用途分为平键导键滑键普通平键用于静联接，即轴与轴上零件之间没有先对移动。
按端部形状不同分为A型（圆头） B型（平头） C型（单圆头） 3种导键和滑键均用于动联接。
导键适用于轴上零件轴向位移量不大的场合；滑键用于轴上零件轴向位移较大的场合。
平键的宽度应根据轴的直径选取润滑剂的主要作用是减小抹茶，磨损，降低工作表面温度。
常用的润滑剂有：液体润滑剂，半固体润滑剂，固体润滑剂，气体润滑剂径向滑动轴承动压油膜的形成过程静止时，轴与轴承孔自然形成油楔；刚启动，速度低。
由于轴径与轴承之间摩擦，轴承沿轴承孔上爬。
随着速度增大，被轴径带动起来的润滑油进入楔形间隙并产生东亚力将轴径推离，形成动压油膜。
提高螺纹连接强度的措施有：1. 改善螺纹牙间的载荷分配;2. 减小螺栓的应力幅3. 采用合理的制造工艺（冷镦，液压，冷作硬化）4. 避免附加弯曲应力5. 减小应力集中的影响6. 氰化氮化，喷丸等表面硬化处理改善螺纹牙间的载荷分配，避免附加弯曲应力是针对静强度，其余是疲劳强度当螺纹公称直径，牙型角，螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能好螺纹联接的主要类型有1. 螺栓联接，常用语被联接件不太厚和周边有足够装配空间的场合2. 双头螺栓联接，用于常装拆或结构上受限制不能采用螺栓联接的场合3. 螺钉联接，用于不经常装拆联接的场合4. 紧定螺钉联接，多用于轴和轴上零件的联结，可传递不大的力和转矩对于普通螺栓组联接，当被联接件受横向工作载荷作用时，其螺栓本身主要受拉应力。
带传动中的两种滑动弹性滑动：带传动中，拉力差使带的弹性型变量变动，而引起带与带轮之间的相对滑动，称为弹性滑动。
使带传动比不精确，且使带与带轮之间产生磨损；打滑：当外界传递功率过大，所需有效拉力大于极限有效拉力时，带与带轮之间的显著滑动。
使带传动失效，但起过载保护作用。
机械零件的失效形式-
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一、腐蚀的定义和分类
1 腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反 应或者电化学反应所引起的表面损伤现 象。
2 分类：
3
化学腐蚀
4
电化学腐蚀
二、腐蚀过程及防止 1 化学腐蚀过程（以高温氧化腐蚀为主）
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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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?
试样的静拉伸过程
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弹性变形
弹性变形、 塑性变形
非线性弹 性变形
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（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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（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。 • 弹性指标：弹性能（弹性比功）m 塑性指标：断后伸长率d
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总结
• 磨损是机械零件常见的一种失效形式， 总是从零件表面开始发生。各种磨损的 过程和机理不同，因此其主要的预防措 施也不同。
• 提高零件表面硬度，合理设计减小压应 力，以及提高表面光洁度等对降低磨损 都有利。
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第五节 零件的腐蚀失效
问题 1 什么是腐蚀？可分为几类？ 2 高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热
电感零件常见失效模式及分析手法
（1）不良品外观检查确认(非破坏)
（2）不良品/良品电气特性比对确认(非破坏)
经过电气测试确认：2pcs 不良品电感值都小于规格要求的 33uH±20% 的范围，DCR 明显小于规格值 0.35(Ω)max.基本判断不良品为短路失 效。
3.不良品进一步 Wire 拆解分析(破坏)
4. Core 验证分析(破坏) Core 外观检查 OK,不良品与库存新品拆解进行对比分析将拆解后的库 存新品的 Wire 绕制上在不良品的 Core 上，感值恢复为 29.8uH；将拆 解后的不良品的 Wire 绕制上在库存新品的 Core 上，感值为 17.1uH， 同样出现感值偏低现象。因此初步排除 Core 不良的原因，不良的问题 点是出现在 Wire 方面。4
电子零件失效分析之电感
对于电子品质工程师来说电子元器件失效是非常麻烦的事情，比如 某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者完全失效会在硬件 电路调试上面花费大把的时间，有时甚至炸机。所以掌握各类电子元器 件的实效机理与特性是工程师必不可少的知识。
电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁 通，导线的磁通量与产生此磁通量的电流成之比。
1 .芯片电感机械/外力异常分析---本体 Crack 裂痕或破损：
电气异常分析---内电极熔化 Crack 裂痕开路：
总结:
1.熟知零件的组成结构，材料，制程和特性 2.FA 一般流程
例如：不良率，异常现象，零件 DateCode, 发生不良的流程，PCB 上发生异常的位置，终端产品及客户等
磨损/异物附着、产品底部平整度不佳/底部料片偏移等，对此改善和应 对的措施为原材料厂商提供电镀报告，可焊性测试验证。
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§3-3-1 机械零件的常见失效形式
机械零件由于各种原因造成不能完成规定的功能称为机械零件失效，简称失效。
为
了使机械零件可靠工作，设计师在设计机械零件时首先要进行失效分析，即在实际工作条件下，按照理论计算、实验和实际观察，充分预计机械零件可能的失效，并采取有效措施加以避免。
失效分析是正确设计机械零件的基础，必须充分注意。
还应注意，一个机械零件可以有几种失效形式，应全面考虑。
1. 断裂
机械零件在静应力作用下，由于某个危险剖面上的应力超过机械零件材料的强度极限时而发生机械零件的断裂，如螺栓被拧断，铸铁零件在冲击载荷作用下的断裂；机械零件在变应力作用下，机械零件表面应力最大处的应力超过某极限时，产生微裂纹，在变应力作用下，裂纹不断扩展，一旦静强度不够时，机械零件将发生疲劳断裂，如轴的疲劳断裂。
机械零件的疲劳断裂占断裂的 80% 以上。
疲劳断裂与静应力下的断裂有本质上的不同。
疲劳断裂时机械零件所受应力值远远低于材料的抗拉强度极限，甚至远低于材料的屈服极限，材料在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，应力集中、机械零件的表
面状态和尺寸大小对机械零件的极限应力有很大影响。
当平均应力σm、一定时，σa越小，N 越少，疲劳强度越高。
图3-13为一轮齿折断失效的齿轮。
图3-13 轮齿折断图3-14 齿面失效
2. 塑性变形
机械零件在外载荷作用下，当其所受应力超过材料的屈服极限时，就会发生塑性变形。
在设计机械零件时，一般不允许发生塑性变形。
机械零件发生塑性变形后，其形状和尺寸产生永久的变化，破坏零件间的正常相对位置或啮合关系，产生振动、噪音、承载能力下降，严重时，机械零件，甚至机器不能正常工作。
例如，齿轮的轮齿发生塑性变形，不能满足正确啮合条件和定传动比传动，在运转时将产生剧烈的振动和噪音；弹簧发生塑性变形后，直接导致丧失其功能。
3. 表面失效
机械零件的表面失效指磨损、胶合和腐蚀等失效。
对于高速重载的齿轮传动，齿面间压力、温度大，可能造成相啮合的齿面发生粘连，由于齿面继续相对运动，粘连部分被撕裂，在齿面上产生沿相对运动方向的伤痕，称为胶合，胶合也会发生在其它高速重载条件下相对运动处。
机械零件都与其它零件接触，在许多接触处发生微动或明显的相对运动，而且机械零件还可能工作在环境恶劣的条件下，不可避免的发生磨损、腐蚀，在高速或重载下还可能发生胶合。
机器外壳或机架由于腐蚀而缺损；机械零件表面失效引起尺寸、形状的改变和表面粗糙度数值下降，影响机器精度，产生振动和噪音，降低机械零件的承载能力，甚至造成机械零件的卡死（如滚动轴承）或断裂等。
图3-14为齿轮齿面失效。
4. 弹性变形过大
零件在载荷作用下，将发生弹性变形，如弯曲变形、扭转变形、拉伸变形等。
过大的弹性变形将导致零件失效，如机床主轴弹性变形过大，将造成被加工零件精度下降。
5. 破坏正常工作条件导致的失效
有些机械零件必须在特定的工作条件下才能正常工作，一旦其工作条件被破坏就会失效。
例如， v 带传动是依靠带和带轮轮槽表面间的摩擦力工作的，若要传递的圆周力超过带和轮间的最大摩擦力，带传动将发生打滑，传动失效；轴承是机器的关键零件之一，轴承没有润滑或润滑不良会发生剧烈的温升或卡死。
6. 振动和噪音过大
对于高速运动的机械零件，可能由于干扰力的频率与零件的固有频率相等或接近，造成机械零件共振，使得振幅急剧增大，导致机械零件或机器损坏。
噪音也是一种环境污染，影响人体健康和舒适感觉。
限制噪音分贝已成为评定机器质量的指标之一，如空调、汽车等。
一般机器的噪音最好控制在 70~80dB 以下。