工程材料學(xué) 第9講

1、第五章第五章 金屬材料的失效金屬材料的失效及典型工件的選材及典型工件的選材 第一節(jié)、第一節(jié)、金屬材料的失效金屬材料的失效一一、失效機理與損傷模型、失效機理與損傷模型 1、概念、概念 失效失效主要來自于制造商對用戶需求和期望的忽視和主要來自于制造商對用戶需求和期望的忽視和/或輕視、設(shè)計不當、物料選或輕視、設(shè)計不當、物料選擇與管理不當或物料組合不當、制造或組裝工藝不當、缺乏適當?shù)募夹g(shù)、用戶使用擇與管理不當或物料組合不當、制造或組裝工藝不當、缺乏適當?shù)募夹g(shù)、用戶使用不當和產(chǎn)品質(zhì)量失控等。不當和產(chǎn)品質(zhì)量失控等。 失效是一個復(fù)雜的概念，其失效是一個復(fù)雜的概念，其有關(guān)的四個簡化概念模型是：應(yīng)力強度，損傷有

2、關(guān)的四個簡化概念模型是：應(yīng)力強度，損傷韌性，激勵響應(yīng)，和容限規(guī)格韌性，激勵響應(yīng)，和容限規(guī)格。特定的失效機理特定的失效機理取決于材料或結(jié)構(gòu)缺陷、制造取決于材料或結(jié)構(gòu)缺陷、制造或組裝過程中導(dǎo)致的損傷、存儲和現(xiàn)場使用環(huán)境等?；蚪M裝過程中導(dǎo)致的損傷、存儲和現(xiàn)場使用環(huán)境等。 影響事物狀態(tài)的條件統(tǒng)稱為應(yīng)力（載荷影響事物狀態(tài)的條件統(tǒng)稱為應(yīng)力（載荷）。例如機械應(yīng)力與應(yīng)變、電流與電壓、）。例如機械應(yīng)力與應(yīng)變、電流與電壓、溫度、濕度、化學(xué)環(huán)境和輻射等。溫度、濕度、化學(xué)環(huán)境和輻射等。 影響應(yīng)力作用的因素影響應(yīng)力作用的因素有材料的幾何尺寸、構(gòu)成和損傷特性有材料的幾何尺寸、構(gòu)成和損傷特性, 還有制造參數(shù)和應(yīng)用還有制造參

3、數(shù)和應(yīng)用環(huán)境。環(huán)境。2、失效的概念模型、失效的概念模型v 應(yīng)力強度模型應(yīng)力強度模型：當且僅當應(yīng)力超過特定強度時，物體才會失效當且僅當應(yīng)力超過特定強度時，物體才會失效。一個未失效。一個未失效的物體就像新的一樣。如果應(yīng)力沒有超過強度，應(yīng)力無論如何都不會對物體造成永的物體就像新的一樣。如果應(yīng)力沒有超過強度，應(yīng)力無論如何都不會對物體造成永久性的影響?？捎糜谶@一模型的例子是：久性的影響?？捎糜谶@一模型的例子是：a.鋼棒受拉應(yīng)力；鋼棒受拉應(yīng)力；b.在晶體管發(fā)射極在晶體管發(fā)射極-集電集電極之間施加電壓。極之間施加電壓。v損傷韌性模型損傷韌性模型：應(yīng)力可以造成：應(yīng)力可以造成不可恢復(fù)的累積損傷，如腐蝕、磨損、不

4、可恢復(fù)的累積損傷，如腐蝕、磨損、疲勞、介質(zhì)擊穿等。累積損傷不會使疲勞、介質(zhì)擊穿等。累積損傷不會使產(chǎn)品使用性能下降。產(chǎn)品使用性能下降。當且僅當損傷超當且僅當損傷超過韌性時，也就是損傷累積到物體的過韌性時，也就是損傷累積到物體的韌性極限時，物體才會失效韌性極限時，物體才會失效。當應(yīng)力消除時，累積損傷不會消失。韌性經(jīng)常被看作。當應(yīng)力消除時，累積損傷不會消失。韌性經(jīng)常被看作為隨機變量。為隨機變量。v激勵響應(yīng)激勵響應(yīng)模型模型：如果系統(tǒng)的一個組件壞了，只有當該組件被激勵（需如果系統(tǒng)的一個組件壞了，只有當該組件被激勵（需要）時才發(fā)生響應(yīng)失效，并暴露它是壞了，并導(dǎo)致系統(tǒng)失效要）時才發(fā)生響應(yīng)失效，并暴露它是壞了

5、，并導(dǎo)致系統(tǒng)失效。大多數(shù)計算。大多數(shù)計算機程序（軟件）失效都屬于這種類型，電話交換系統(tǒng)也與這種失效模式類機程序（軟件）失效都屬于這種類型，電話交換系統(tǒng)也與這種失效模式類似。這種失效模式更多地取決于環(huán)境中的關(guān)鍵事件何時發(fā)生，而不是時間似。這種失效模式更多地取決于環(huán)境中的關(guān)鍵事件何時發(fā)生，而不是時間或循環(huán)歷程。當這種失效模式的失效在系統(tǒng)中很少發(fā)生時，通常就很難判或循環(huán)歷程。當這種失效模式的失效在系統(tǒng)中很少發(fā)生時，通常就很難判斷到底是激勵不當，或的確屬于某種失效。斷到底是激勵不當，或的確屬于某種失效。v容限規(guī)格模型：該模型用于當且僅當容限在規(guī)格范圍內(nèi)時，系統(tǒng)的容限規(guī)格模型：該模型用于當且僅當容限在規(guī)

6、格范圍內(nèi)時，系統(tǒng)的性能特征才能符合要求，也就是失效發(fā)生時，系統(tǒng)名義上在工作，但工作性能特征才能符合要求，也就是失效發(fā)生時，系統(tǒng)名義上在工作，但工作狀態(tài)不佳狀態(tài)不佳。這一模型的例子有復(fù)印機、測量儀器。任何存在性能質(zhì)量漸進。這一模型的例子有復(fù)印機、測量儀器。任何存在性能質(zhì)量漸進退化的部件或系統(tǒng)，都可以用該模型來表示。退化的部件或系統(tǒng)，都可以用該模型來表示。3、失效機理、失效機理 失效機理是導(dǎo)致失效的物理、化學(xué)、熱力學(xué)或其它過程失效機理是導(dǎo)致失效的物理、化學(xué)、熱力學(xué)或其它過程。該過程是應(yīng)力。該過程是應(yīng)力作用在部件上造成損傷，最終導(dǎo)致系統(tǒng)失效。本質(zhì)上，它是上面介紹的概作用在部件上造成損傷，最終導(dǎo)致系統(tǒng)

7、失效。本質(zhì)上，它是上面介紹的概念模型中的一個或多個模型導(dǎo)致的。念模型中的一個或多個模型導(dǎo)致的。 失效機理一般被概括分為過應(yīng)力機理和失效機理一般被概括分為過應(yīng)力機理和磨損機理磨損機理。 表表1列出了可能發(fā)生失效的一般失效機理，列出了可能發(fā)生失效的一般失效機理，表中包括了常見失效機理，如介電擊穿、熱表中包括了常見失效機理，如介電擊穿、熱載流子、慢俘獲、表面電流擴散、電遷移等。載流子、慢俘獲、表面電流擴散、電遷移等。 （1）過應(yīng)力失效機理過應(yīng)力失效機理v大彈性變形：當發(fā)生過大的彈性變形時，會發(fā)生失效，尤其是過應(yīng)力作大彈性變形：當發(fā)生過大的彈性變形時，會發(fā)生失效，尤其是過應(yīng)力作用在細長結(jié)構(gòu)上。用在細長

8、結(jié)構(gòu)上。 v屈服：對一個組件施加的應(yīng)力超過其屈服強度時，就會產(chǎn)生不可回復(fù)的屈服：對一個組件施加的應(yīng)力超過其屈服強度時，就會產(chǎn)生不可回復(fù)的塑性應(yīng)變，即永久變形。塑性應(yīng)變，即永久變形。 v翹曲：翹曲是由于細長結(jié)構(gòu)在壓應(yīng)力作用下，突然喪失了彈性穩(wěn)定性而翹曲：翹曲是由于細長結(jié)構(gòu)在壓應(yīng)力作用下，突然喪失了彈性穩(wěn)定性而導(dǎo)致的。導(dǎo)致的。 v脆性斷裂：在脆性材料（也就是那些在斷裂前表現(xiàn)出很少的屈服和非彈脆性斷裂：在脆性材料（也就是那些在斷裂前表現(xiàn)出很少的屈服和非彈性的材料）中，局部微小的瑕疵可能造成尖銳的應(yīng)力集中。對脆性材料性的材料）中，局部微小的瑕疵可能造成尖銳的應(yīng)力集中。對脆性材料施加過大的應(yīng)力時，會在主

9、要的微瑕疵處產(chǎn)生突然災(zāi)難性的裂紋擴展，施加過大的應(yīng)力時，會在主要的微瑕疵處產(chǎn)生突然災(zāi)難性的裂紋擴展，從而導(dǎo)致失效。從而導(dǎo)致失效。v形變斷裂：在機械工程中，對于高溫應(yīng)用的相對塑性材料，這種基于能形變斷裂：在機械工程中，對于高溫應(yīng)用的相對塑性材料，這種基于能量的方法是通用的，如在發(fā)動機力的燃燒室使用的材料，它在裂紋尖部量的方法是通用的，如在發(fā)動機力的燃燒室使用的材料，它在裂紋尖部處的塑性變形和蠕變是不能被忽視的。處的塑性變形和蠕變是不能被忽視的。v界面粘附失效：界面粘附失效發(fā)生在兩個相互粘附材料界面上。界面粘附失效：界面粘附失效發(fā)生在兩個相互粘附材料界面上。 （2-1）磨損失效機理磨損失效機理v疲

10、勞裂紋萌生：當對材料施加循環(huán)應(yīng)力時，由于損傷的累積，材料失效疲勞裂紋萌生：當對材料施加循環(huán)應(yīng)力時，由于損傷的累積，材料失效發(fā)生時所承受應(yīng)力遠低于材料的最大拉伸強度。疲勞失效開始時，會萌發(fā)生時所承受應(yīng)力遠低于材料的最大拉伸強度。疲勞失效開始時，會萌生很小的、只能用顯微鏡才能觀察到的微裂紋，其位置通常在材料的不生很小的、只能用顯微鏡才能觀察到的微裂紋，其位置通常在材料的不連續(xù)點或材料的缺陷處，這些地方會導(dǎo)致局部應(yīng)力或塑性應(yīng)變集中，這連續(xù)點或材料的缺陷處，這些地方會導(dǎo)致局部應(yīng)力或塑性應(yīng)變集中，這種現(xiàn)象稱作疲勞裂紋萌生。種現(xiàn)象稱作疲勞裂紋萌生。v疲勞裂紋擴展：一旦裂紋開始萌生，在循環(huán)應(yīng)力作用下，裂紋就

11、會穩(wěn)定疲勞裂紋擴展：一旦裂紋開始萌生，在循環(huán)應(yīng)力作用下，裂紋就會穩(wěn)定地擴展，直到在所施加應(yīng)力振幅作用下變得不穩(wěn)定為止。地擴展，直到在所施加應(yīng)力振幅作用下變得不穩(wěn)定為止。v擴散：擴散是指材料中的原子、分子或離子遷徙到另一種材料體相中去擴散：擴散是指材料中的原子、分子或離子遷徙到另一種材料體相中去的能力，它與時間相關(guān)。的能力，它與時間相關(guān)。v相互擴散：當兩種不同的材料在一個界面上緊密接觸時，通過擴散，一相互擴散：當兩種不同的材料在一個界面上緊密接觸時，通過擴散，一種材料的分子可以遷徙到另一種材料中，反之亦然。這種現(xiàn)象就叫相互種材料的分子可以遷徙到另一種材料中，反之亦然。這種現(xiàn)象就叫相互擴散，它形成

12、了界面粘附。擴散，它形成了界面粘附。v磨損：磨損是在接觸力作用下，兩個相互接觸的表面經(jīng)歷相對滑移運動磨損：磨損是在接觸力作用下，兩個相互接觸的表面經(jīng)歷相對滑移運動而產(chǎn)生的材料侵蝕。而產(chǎn)生的材料侵蝕。（2-2）磨損失效機理磨損失效機理v腐蝕：腐蝕是材料化學(xué)或電化學(xué)降解的過程。腐蝕：腐蝕是材料化學(xué)或電化學(xué)降解的過程。 v蠕變：當環(huán)境溫度較高，并有在機械應(yīng)力作用下，有些材料如熱塑性聚蠕變：當環(huán)境溫度較高，并有在機械應(yīng)力作用下，有些材料如熱塑性聚合體、焊料和許多金屬都會發(fā)生隨時間而變化的變形，這主要是由于位合體、焊料和許多金屬都會發(fā)生隨時間而變化的變形，這主要是由于位錯上升機理和聚合物鏈再定位（自擴散

13、），或者是由于晶界滑移晶格間錯上升機理和聚合物鏈再定位（自擴散），或者是由于晶界滑移晶格間晶格內(nèi)的空位遷徙（晶格界面擴散）導(dǎo)致的。晶格內(nèi)的空位遷徙（晶格界面擴散）導(dǎo)致的。v應(yīng)力腐蝕斷裂：應(yīng)力腐蝕斷裂是由于材料同時承受機械應(yīng)力和腐蝕現(xiàn)象應(yīng)力腐蝕斷裂：應(yīng)力腐蝕斷裂是由于材料同時承受機械應(yīng)力和腐蝕現(xiàn)象作用，而同時出現(xiàn)斷裂和腐蝕兩種機理相互影響的結(jié)果。它是由于在腐作用，而同時出現(xiàn)斷裂和腐蝕兩種機理相互影響的結(jié)果。它是由于在腐蝕發(fā)生的表面缺陷處存在應(yīng)力集中（可量化為應(yīng)力強度因子），當應(yīng)力蝕發(fā)生的表面缺陷處存在應(yīng)力集中（可量化為應(yīng)力強度因子），當應(yīng)力集中達到一臨界值時，機械斷裂就出現(xiàn)了。集中達到一臨界值時

14、，機械斷裂就出現(xiàn)了。v輻射損傷：輻射損傷可分為兩種形式：輻射損傷：輻射損傷可分為兩種形式：a.機械失效機理；機械失效機理；b.更為嚴重的更為嚴重的電子損傷機理。機械失效機理是輻射脆變；電子現(xiàn)象更多的是一種不可電子損傷機理。機械失效機理是輻射脆變；電子現(xiàn)象更多的是一種不可預(yù)測的過應(yīng)力和由單個輻射離子穿過超大規(guī)模集成（）電路而預(yù)測的過應(yīng)力和由單個輻射離子穿過超大規(guī)模集成（）電路而產(chǎn)生的軟錯誤。產(chǎn)生的軟錯誤。 對失效機理進行分類的另一種方法，是基于觸發(fā)失效機理的應(yīng)力類型：對失效機理進行分類的另一種方法，是基于觸發(fā)失效機理的應(yīng)力類型：機械、熱、電、輻射和化學(xué)機械、熱、電、輻射和化學(xué)。這樣分類并不完整，

15、各類之間也不完全獨。這樣分類并不完整，各類之間也不完全獨立，而僅僅是為了方便討論。立，而僅僅是為了方便討論。 機械失效機械失效是指由彈性變形和塑性變形、翹曲、脆性斷裂和形變斷裂、疲是指由彈性變形和塑性變形、翹曲、脆性斷裂和形變斷裂、疲勞斷裂萌生和擴展、蠕變和蠕變斷裂導(dǎo)致的失效。勞斷裂萌生和擴展、蠕變和蠕變斷裂導(dǎo)致的失效。 熱失效熱失效是指當組件加熱到超過其臨界溫度，如玻璃化轉(zhuǎn)換溫度、熔點或是指當組件加熱到超過其臨界溫度，如玻璃化轉(zhuǎn)換溫度、熔點或閃點時發(fā)生的失效。閃點時發(fā)生的失效。 輻射失效輻射失效是由放射性污染物和二次宇宙光所引起的失效。是由放射性污染物和二次宇宙光所引起的失效。 化學(xué)失效化學(xué)

16、失效是指由化學(xué)環(huán)境引起腐蝕、氧化和表面離子枝晶生長等的失效。是指由化學(xué)環(huán)境引起腐蝕、氧化和表面離子枝晶生長等的失效。二、金屬材料的失效二、金屬材料的失效（一）概述（一）概述1、金屬材料常識、金屬材料常識 v金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。 v金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。v 金屬材料按生產(chǎn)成型工藝又分為鑄造金屬、變形金屬、噴射成

17、形金屬，金屬材料按生產(chǎn)成型工藝又分為鑄造金屬、變形金屬、噴射成形金屬，以及粉末冶金材料。以及粉末冶金材料。v金屬材料的性能可分為工藝性能和使用性能兩種。金屬材料的性能可分為工藝性能和使用性能兩種。2、材料失效的概念回顧、材料失效的概念回顧v定義：簡單地說，失效就是產(chǎn)品功能失去效果。具體地說，工程結(jié)構(gòu)部定義：簡單地說，失效就是產(chǎn)品功能失去效果。具體地說，工程結(jié)構(gòu)部件在制造、市車、儲運或服役過程中傷亡，使工程結(jié)構(gòu)無法工作或低效件在制造、市車、儲運或服役過程中傷亡，使工程結(jié)構(gòu)無法工作或低效工作，或提前退役的現(xiàn)象，叫做失效工作，或提前退役的現(xiàn)象，叫做失效。 v失效的原因是由于材料的性能滿足不了服役失效

18、的原因是由于材料的性能滿足不了服役(或制造、市車、貯運或制造、市車、貯運)時的時的力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)等外界條件，因此，力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)等外界條件，因此，按失效機理或者失效形式分為：按失效機理或者失效形式分為：變形、斷裂、磨損、燒損、物理性能降級等變形、斷裂、磨損、燒損、物理性能降級等。v對于廣泛使用的金屬材料而言，對于廣泛使用的金屬材料而言，腐蝕、磨損及斷裂是三種主要失效方式，腐蝕、磨損及斷裂是三種主要失效方式，前兩種是慢性病，而第三種是爆發(fā)性疾病，最易受人重視前兩種是慢性病，而第三種是爆發(fā)性疾病，最易受人重視。剛度失效剛度失效(Failure by Lost Rigidity)由于過量的彈性變

19、形引由于過量的彈性變形引起的失效起的失效.屈曲失效屈曲失效-由于平衡構(gòu)形的突然轉(zhuǎn)變而引起的失效由于平衡構(gòu)形的突然轉(zhuǎn)變而引起的失效按照材料的失效形式和材料的失效機理對材料失效的分類按照材料的失效形式和材料的失效機理對材料失效的分類失效形式失效形式主要因素主要因素失效機理失效機理斷裂斷裂力學(xué)力學(xué)韌斷及脆斷韌斷及脆斷疲勞斷裂疲勞斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂腐蝕疲勞斷裂腐蝕疲勞斷裂蠕變斷裂蠕變斷裂液態(tài)金屬脆化斷裂液態(tài)金屬脆化斷裂腐蝕腐蝕化學(xué)化學(xué)腐蝕腐蝕氫損傷氫損傷磨損磨損力學(xué)力學(xué)磨損磨損微動磨損微動磨損液體沖刷失效液體沖刷失效磨蝕磨蝕變形變形力學(xué)力學(xué)變形變形物理性能降級物理性能降級電、磁或光學(xué)電、磁或

20、光學(xué)物理性能降級物理性能降級（二）各類金屬材料失效形式介紹（二）各類金屬材料失效形式介紹1、斷裂、斷裂v斷裂是所有失效形式中最危險的失效形式。航空航天飛行器、斷裂是所有失效形式中最危險的失效形式。航空航天飛行器、水中航行器、機械或工程結(jié)構(gòu)的主要承力部件若發(fā)生斷裂，水中航行器、機械或工程結(jié)構(gòu)的主要承力部件若發(fā)生斷裂，就可能引起災(zāi)難性的事故，造成人員生命和財產(chǎn)的巨大損失，就可能引起災(zāi)難性的事故，造成人員生命和財產(chǎn)的巨大損失，還可能對社會造成心理沖擊。還可能對社會造成心理沖擊。v研究材料的斷裂機理和斷裂準則，是材料科學(xué)與工程中的重研究材料的斷裂機理和斷裂準則，是材料科學(xué)與工程中的重要研究課題。研究斷

21、裂的主要目的是防止斷裂，以保證結(jié)構(gòu)要研究課題。研究斷裂的主要目的是防止斷裂，以保證結(jié)構(gòu)件在使用過程中的安全。件在使用過程中的安全。幾種主要的材料斷裂形式：幾種主要的材料斷裂形式： （1）疲勞斷裂：）疲勞斷裂：v金屬在循環(huán)載荷作用下，即使所受的應(yīng)力低于屈服強度，也金屬在循環(huán)載荷作用下，即使所受的應(yīng)力低于屈服強度，也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象就是疲勞斷裂。會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象就是疲勞斷裂。v疲勞研究的目的是：疲勞研究的目的是：1）精確地估計零（部）件的疲勞壽命，）精確地估計零（部）件的疲勞壽命，保證在服役期內(nèi)構(gòu)件不會發(fā)生疲勞失效。保證在服役期內(nèi)構(gòu)件不會發(fā)生疲勞失效。2）采用經(jīng)濟有效）采用經(jīng)濟有效的技術(shù)和

22、管理措施以延長疲勞壽命。的技術(shù)和管理措施以延長疲勞壽命。（2）應(yīng)力腐蝕斷裂：）應(yīng)力腐蝕斷裂：v材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性斷裂，成為材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性斷裂，成為應(yīng)力腐蝕斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂(Stress corrosion cracking, SCC)。（3）腐蝕疲勞斷裂：）腐蝕疲勞斷裂：v在循環(huán)應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，引起金屬的疲勞強度在循環(huán)應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，引起金屬的疲勞強度和疲勞壽命降低的現(xiàn)象，成為腐蝕疲勞。有腐蝕疲勞引起的和疲勞壽命降低的現(xiàn)象，成為腐蝕疲勞。有腐蝕疲勞引起的斷裂，則稱為腐蝕疲勞斷裂。斷裂，則稱為腐蝕疲勞斷裂。 （4）蠕變斷

23、裂）蠕變斷裂v所謂高溫，是指機件的服役溫度超過金屬的再結(jié)晶溫度，即，所謂高溫，是指機件的服役溫度超過金屬的再結(jié)晶溫度，即，(0.40.5Tm)，Tm為金屬的熔點。為金屬的熔點。v材料在高溫和恒定應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于彈性極限，也會發(fā)生緩慢材料在高溫和恒定應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于彈性極限，也會發(fā)生緩慢的塑性變形，這種現(xiàn)象稱之為蠕變。拉伸蠕變曲線如圖所示，它一般有的塑性變形，這種現(xiàn)象稱之為蠕變。拉伸蠕變曲線如圖所示，它一般有如下通性：在加載的瞬間，產(chǎn)生瞬時應(yīng)變或者叫瞬時延伸率，瞬時延伸如下通性：在加載的瞬間，產(chǎn)生瞬時應(yīng)變或者叫瞬時延伸率，瞬時延伸率是由彈性應(yīng)變和與時間無關(guān)的塑性應(yīng)變之和構(gòu)成的，在

24、蠕變初期，有率是由彈性應(yīng)變和與時間無關(guān)的塑性應(yīng)變之和構(gòu)成的，在蠕變初期，有一個應(yīng)變速度隨時間而減小的過渡蠕變，又稱為瞬時蠕變，接著就出現(xiàn)一個應(yīng)變速度隨時間而減小的過渡蠕變，又稱為瞬時蠕變，接著就出現(xiàn)應(yīng)變速度大致恒定的穩(wěn)態(tài)蠕變階段，此時，蠕變速度最小，此時的蠕變應(yīng)變速度大致恒定的穩(wěn)態(tài)蠕變階段，此時，蠕變速度最小，此時的蠕變速度稱為最小蠕變速度。此后，可以看到，應(yīng)變速度加快，最后達到斷速度稱為最小蠕變速度。此后，可以看到，應(yīng)變速度加快，最后達到斷裂，該階段稱之為加速蠕變階段。裂，該階段稱之為加速蠕變階段。Fig.3 Typical creep curve for metals and alloys

25、 11 2、腐蝕、腐蝕v金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)作用而遭受破壞，叫做金屬腐蝕。金屬金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)作用而遭受破壞，叫做金屬腐蝕。金屬材料腐蝕一般分為兩大類：材料腐蝕一般分為兩大類： （1）化學(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕是因金屬表面與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而引起的，它的特）化學(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕是因金屬表面與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而引起的，它的特點是作用進行中沒有電流的產(chǎn)生，化學(xué)腐蝕又分為兩大類：點是作用進行中沒有電流的產(chǎn)生，化學(xué)腐蝕又分為兩大類： a、氣體腐蝕：金屬在干燥氣體中、氣體腐蝕：金屬在干燥氣體中（表面沒有濕氣冷凝）發(fā)生的腐蝕，（表面沒有濕氣冷凝）發(fā)生的腐蝕，稱為氣體腐蝕。氣體腐蝕一般

26、是在高稱為氣體腐蝕。氣體腐蝕一般是在高溫時金屬的腐蝕。溫時金屬的腐蝕。 b、在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕：這、在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕：這是指金屬在不導(dǎo)電的液體中發(fā)生的是指金屬在不導(dǎo)電的液體中發(fā)生的腐蝕。腐蝕。2）電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕不同之點在于前者在進行的過程中）電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕不同之點在于前者在進行的過程中有電流產(chǎn)生。按照所修出環(huán)境的不同，可以把電化學(xué)腐蝕分為如下幾大有電流產(chǎn)生。按照所修出環(huán)境的不同，可以把電化學(xué)腐蝕分為如下幾大類：類： a、大氣腐蝕：腐蝕在潮濕的環(huán)境（例如空氣）中進行。、大氣腐蝕：腐蝕在潮濕的環(huán)境（例如空氣）中進行。 b、土壤腐蝕：埋設(shè)在地下的金屬構(gòu)筑

27、物，如管道、電纜等的腐蝕。、土壤腐蝕：埋設(shè)在地下的金屬構(gòu)筑物，如管道、電纜等的腐蝕。 c、在電解質(zhì)溶液中的腐蝕：這是極其廣泛的一類腐蝕，天然水及大部分、在電解質(zhì)溶液中的腐蝕：這是極其廣泛的一類腐蝕，天然水及大部分水溶液對金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，例如在海水、酸、堿、鹽的水溶液中所發(fā)生水溶液對金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，例如在海水、酸、堿、鹽的水溶液中所發(fā)生的腐蝕都屬于這一類。的腐蝕都屬于這一類。 d、在熔融鹽中的腐蝕：例如在熱處理車間中，熔鹽加熱爐中的鹽爐電極、在熔融鹽中的腐蝕：例如在熱處理車間中，熔鹽加熱爐中的鹽爐電極和所處理的金屬所發(fā)生的腐蝕。和所處理的金屬所發(fā)生的腐蝕。3、磨損、磨損v金屬表面因機械磨損而引起

28、的破壞，通常叫磨損。腐蝕和磨金屬表面因機械磨損而引起的破壞，通常叫磨損。腐蝕和磨損這兩種破壞作用，有時會同時發(fā)生。損這兩種破壞作用，有時會同時發(fā)生。 v機器在運轉(zhuǎn)時，相互接觸的零件之間都會有相互作用力和相機器在運轉(zhuǎn)時，相互接觸的零件之間都會有相互作用力和相對運動。在外力的作用下，相互接觸零件的表面之間因相對對運動。在外力的作用下，相互接觸零件的表面之間因相對運動而產(chǎn)生摩擦。摩擦造成接觸金屬表面層材料的磨損，使運動而產(chǎn)生摩擦。摩擦造成接觸金屬表面層材料的磨損，使零件尺寸發(fā)生變化，這就是磨損。零件尺寸發(fā)生變化，這就是磨損。 v磨損和摩擦使物體相互接觸并作相對運動時共生的兩種現(xiàn)象。磨損和摩擦使物體相

29、互接觸并作相對運動時共生的兩種現(xiàn)象。摩擦是磨損的原因，而磨損是摩擦的必然結(jié)果。摩擦是磨損的原因，而磨損是摩擦的必然結(jié)果。v人們可以從不同的角度對磨損進行分類，按環(huán)境和介質(zhì)可分為流體磨損、濕磨人們可以從不同的角度對磨損進行分類，按環(huán)境和介質(zhì)可分為流體磨損、濕磨損、干磨損等。按表面接觸性質(zhì)可分為金屬損、干磨損等。按表面接觸性質(zhì)可分為金屬-流體磨損、金屬流體磨損、金屬-金屬磨損、金屬金屬磨損、金屬-磨料磨損等。磨料磨損等。 v目前比較流行的分類方法是按照磨損的失效機制進行分類：黏著磨損、磨料磨目前比較流行的分類方法是按照磨損的失效機制進行分類：黏著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、微動磨損、接觸疲勞磨損、沖

30、蝕磨損等。損、腐蝕磨損、微動磨損、接觸疲勞磨損、沖蝕磨損等。v耐磨性的評價方法很多，可以用摩擦表面法相尺寸減少量來表示，稱為線磨損耐磨性的評價方法很多，可以用摩擦表面法相尺寸減少量來表示，稱為線磨損量。也可用體積和重量法來表示，分別稱之為體積磨損量和重量磨損量。量。也可用體積和重量法來表示，分別稱之為體積磨損量和重量磨損量。 三、材料失效的分析方法和一般分析程序三、材料失效的分析方法和一般分析程序v失效背景材料的收集失效背景材料的收集v試樣的選擇試樣的選擇 v初步檢查初步檢查 v顯微檢驗顯微檢驗 v化學(xué)分析及力學(xué)性能試驗化學(xué)分析及力學(xué)性能試驗 v其他試驗其他試驗 四、材料失效的預(yù)防四、材料失效

31、的預(yù)防 潛在失效模式及后果分析潛在失效模式及后果分析（Potential Failure Mode and Effects Analysis，F(xiàn)MEA）vFMEA是一組系統(tǒng)化的活動，其目的是發(fā)現(xiàn)、評價產(chǎn)品過程中潛在的是一組系統(tǒng)化的活動，其目的是發(fā)現(xiàn)、評價產(chǎn)品過程中潛在的失效及其后果；找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施；將上述失效及其后果；找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施；將上述過程文件化；它是對設(shè)計過程的完善，以明確什么樣的設(shè)計才能滿足客過程文件化；它是對設(shè)計過程的完善，以明確什么樣的設(shè)計才能滿足客戶的要求。戶的要求。vFMEA的實施及時性是成功實施的實施及時性是成功實施FMEA的最重要因素之一，它是一個的最重要因素之一，它是一個“事前的行為事前的行為”，而不是，而不是“事后的行為事后的行為”。為達到最佳效益，。為達到最佳效益，F(xiàn)MEA必必須在設(shè)計或過程失效模式被無意地納入設(shè)計產(chǎn)品之前進行。須在設(shè)計或過程失效模式被無意地納入設(shè)計產(chǎn)品之前進行。vFMEA的分類：設(shè)計的分類：設(shè)計FMEA(DFMEA)；過程；過程FMEA(PFMEA)；設(shè)計；設(shè)計FMEA。第二節(jié)、典型工件的選材第二節(jié)、典型工件的選材 了解學(xué)習(xí)工程材料學(xué)的目的就是為了讓工程技術(shù)人員能夠在構(gòu)件設(shè)計、構(gòu)件加了解學(xué)習(xí)工程材料學(xué)的目的就