过程装备失效与材料的关系

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1、第六章过程装备失效与材料的关系本章主要内容一、过程装备及其构件的失效形式？有过量变形、断裂及表面损伤三大类型：具体到：零件、设备的过量变形以及性能指标零件、设备的断裂及性能指标在交变载荷下的疲劳断裂及性能指标在高温下的蠕变变形和断裂失效零件、设备的磨损失效以及防止、腐蚀与防护二、失效的原因和失效分析原因？可能是设计、选材、加工、安装或实际操作等失效分析有哪些方法？步骤？§6-1金属材料常见失效形式及其判断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?断裂失效的分类；韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂的特点？原因？表面损

2、伤——腐蚀、磨损的机理？问题关于失效的基本概念1零件（构件或设备）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；完成传热、传质等。（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、设备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、磨损与腐蚀一、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总结零构件发生过量弹性变形的原因：刚度不足抗力指标：弹性模量E或者切变模量G强调！

3、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，即EG与材料的组织关系不大。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sp弹性极限se屈服强度ss§5-1节中所讲的材料的力学性能指标及应用刚度：刚度设计中，考虑构件在受力时发生的弹性变形量。主要力学性能是材料的弹性模量。如精密机床主轴等零构件弹性指标：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屈服强度和塑性：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。如滚珠轴承等.二、断裂失效静载荷和

4、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(见表6－1)：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。一)、断裂的分类（见表6－1）表6－1断裂的分类二)、韧性断裂在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂叫做韧性断裂。1)韧性断裂的特征韧性断裂是一个缓慢的断裂过程，塑性变形与裂纹成长同时进行。裂纹萌生及亚稳扩展阻力大、速度慢，材料在断裂过程中需要不断消耗相当多的能量。2)韧性断裂的断口形态a.断口的宏观形态韧性断裂的宏观断口可分为三个区域：即纤维区、放射区和剪切唇区b、断口的显微形态韧性断裂的微观断口常见韧窝

5、及蛇形花样3)韧性断裂的原因及改进措施韧性断裂往往因材料受到较大的负荷或过载所引起。选用强度较高的金属材料，设计时充分考虑构件的承载能力，实际操作中严禁超载、超温、超速，注意构件及设备异常的变形，对防止韧性断裂发生都是有效的。三)、脆性断裂金属材料在断裂之前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂叫做脆性断裂1)脆性断裂的特征脆性断裂是一个快速断裂的过程。没有可见的塑性变形，由于没有变形先兆，危害性很大。2)脆性断裂的断口形态a.断口的宏观形态脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观表面平齐，颜色光亮。b.断口的显微形态脆性断口的微观形态常见解理台阶与河流花样、舌状花样、鱼骨状花样等韧性断裂和

6、脆性断裂的断口微观形貌韧性断口脆性断口3)产生脆性断裂的原因A,应力状态与缺口效应B,温度C,尺寸效应D,焊接质量E,工作介质F,材料和组织因素4)防止脆性断裂的途径传统设计不包含脆性强度概念，没有考虑缺陷大小、温度、加载速度、构件尺寸效应、三向应力状态等引起脆性断裂的因素。防止脆性断裂的合理结构设计:材料的断裂韧性水平、构件的最低工作温度和构件的应力状态，承受的载荷类型(交变载荷、冲击载荷等)以及环境腐蚀介质。5)、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

7、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6)、断裂韧性及衡量指标断裂韧度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。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应用场合：主要