机械零件的失效分析

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1、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。失效的定义和形式定义:零件失去设计所要求的效能（功能）称为失效。常见的失效形式：过量变形、断裂、磨损、腐蚀第一节零件在常温静载下的过量变形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

2、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?问题一、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）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、弹性塑性指标试样的静拉伸过程弹性变形、塑性变形弹性变形非线性弹性变形（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（2）弹性和塑性指标弹

3、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断面收缩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）维氏硬度(HV)（锥面角为136°的金刚石四棱锥体为压头二、过量变形失效过量弹性变形及抗力指标（1）零构件发生过量弹性变形失效：Dl[Dl](拉压或者弯曲条件下）或

4、者q[q]（扭转条件下）（2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够（3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G过量塑性变形及抗力指标（1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量（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（3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服极限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。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

5、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。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.第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂问题断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？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？什么是材料的韧性？评价材料韧性的力学性能指标有哪些？材料韧性指标的含义及应用？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

6、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。韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌韧性断口脆性断口二、冲击韧性及衡量指标冲击韧性：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。衡量指标：冲击吸收功Ak冲击韧度ak(ak＝Ak/Fk)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。低温冲击试验：(材料的韧脆转变温度TK)材料韧脆转变温度TK的确定和应用三、断裂韧性及衡量指标断裂韧度KIC:是评定材

7、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。单位：MPa·m1/2或者MN·m-3/2应用（判断构件是否安全，合理选材）KIKIC构件发生脆性断裂KI＝KIC构件发生低应力脆性断裂的临界条件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。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

8、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。第三节零件在交变载荷下的疲劳断裂问题什么是疲劳断裂？疲劳断口由哪几个部分组成？疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使用这些指标？一、基本概念交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。疲劳断裂：零件