零件失效分析第4章金属构件常见失效形式及其判断

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1、第4章金属构件常见失效形式及其判断变形失效断裂失效腐蚀失效磨损失效变形失效弹性变形失效弹性变形弹性变形的特点过量的弹性变形失效构件产生的弹性变形量超过构件匹配所允许的数值刚度不足判断困难镗床镗杆的过量弹性变形会降低被加工零件的精度甚至造成废品；齿轮轴的过量弹性变形会影响齿轮的正常啮合，加速磨损，增加噪声；弹簧的过量弹性变形会影响其减振和储能驱动作用。螺栓等紧固件、轴承工程实例：弹性变形失效的原因及预防措施原因：过载、超温、材料设计考虑不周、计算错误、选材不当预防？选择合适的材料或构件结构，获得足够的刚度采用减少变形影响的连接件（皮带传动、软

2、管连接、柔性轴）塑性变形失效塑性变形塑性变形的特点塑性变形失效金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值容易鉴别鼓胀、椭圆度增大、翘曲、凹陷、歪扭畸变变形失效承受内压的不锈钢管塑性变形失效的原因及预防措施原因：过载措施：合理选材，提高材料抵抗塑性变形的能力；准确地确定构件的工作载荷，正确进行应力计算；严格按照加工工艺规程对构件成形，减少残余应力；轮齿齿面硬度，采用高粘度的或加有极压添加剂的润滑油均有助于减缓或防止轮齿产生塑性变形。高温作用下的变形失效金属构件在高温长时间作用下，即使其应力恒小于屈服强度，也会慢慢地产生塑性变形，当变形量超过规定的要求时，导

3、致失效。蠕变变形失效应力松弛变形失效变形失效金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力低于屈服点也会慢慢发生塑性变形，称为蠕变。蠕变变形失效典型的蠕变曲线蠕变空洞蠕变变形蠕变裂纹蠕变断裂晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移1.在三晶粒交汇处形成楔形裂纹－－应力集中理论高应力＋较低温度2.在晶界上由空洞形成的晶界裂纹－－空位聚集理论低应力＋较高温度性能指标：蠕变极限：为保证在高温和长期载荷作用的机件不致产生过量变形而失效。2.持久强度极限－断裂抗力指标熔点高，晶体结构紧密形成固溶体，含有弥散相的合金改进冶金质量高温下，粗晶粒有较高的塑变抗力和持久强度

4、采用定向凝固技术获得粗大柱状晶应力松弛变形失效：在总变形不变的条件下，构件弹性变形不断转为塑性变形从而使应力不断降低的过程。松弛稳定性：一定温度下，经规定时间后的剩余应力。结构上补偿胀缩方法举例断裂失效静载荷作用下的断裂失效分析过载断裂失效分析材料致脆断裂失效分析环境致脆断裂失效分析混合断裂失效分析疲劳断裂失效分析静载荷作用下的断裂失效分析过载断裂失效分析工作载荷超过构件危险截面所能承受的极限载荷时，构件发生的断裂构件危险截面上的真实应力截面上的有效尺寸过载断裂失效断口的一般特征塑性断裂脆性断裂宏观微观宏观微观杯锥状断口微孔聚集型断口结晶状断口解理

5、断口常见形貌特征：影响过载断裂失效特征的因素材料性质的影响零件形状与几何尺寸的影响载荷性质的影响环境因素的影响材料致脆断裂失效分析材料选用不当制造过程中工艺不正确回火脆性断裂失效冷脆金属的低温脆断第二相质点致脆断裂失效回火脆性断裂失效低温回火脆性回火温度℃AK快冷300500650慢冷在250~400℃出现韧性下降M及残余A分解时沿M针条边界析出薄片状Fe3C有关目前尚无有效方法消除，只能尽量避开在此温度范围内回火。穿晶型准解理高温回火脆性在500~600℃回火后缓慢冷却会出现韧性下降钢中的杂质S、P、AS、Sn等在晶界上偏聚引起的。对小型零件可采用回火后快

6、冷的方法；对于大型零件则可在材料中加入Mo、W等，可阻止或延缓有害元素在晶界上的析出。沿晶冰糖状如何消除？回火致脆断裂分析：室温冲击试验法系列冲击试验法低温拉伸试验法断裂韧度法冷脆金属的低温脆断何种晶体结构的材料易发生？环境温度低于韧脆转变温度构件几何尺寸较大，处于平面应变状态断口特征宏观微观结晶状，明显的镜面反光解理断裂特征低温脆断断裂分析韧脆转变温度材料的缺陷和晶粒是否粗大不是固定值方法？采用系列冲击试验确定材料的实际韧脆转变温度第二相质点致脆断裂失效脆性的第二相质点沿原奥氏体晶界择优析出引起的晶界脆化某些杂质元素沿晶界富集引起的晶界弱化断口特征宏

7、观微观晶粒状沿晶断裂，晶界处第二相质点环境致脆断裂失效分析应力腐蚀开裂氢致脆断失效热脆失效低熔点金属的接触致脆断裂失效蠕变断裂失效应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking)应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂的条件及其影响因素应力腐蚀开裂的断口形貌特征应力腐蚀开裂失效分析应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成的破坏形式。静止应力—应力腐蚀开裂（SCC）；循环应力—腐蚀疲劳（CF）；工作应力、残余应力、热应力特点：局部腐蚀断裂有突发性具体实例？实例11921年就有硝酸盐引起低碳钢应力腐蚀开裂的事故报道。低碳钢在硝酸盐溶液中发生阳极溶解的同时，在