緒論與機(jī)械零件的失效

緒論

機(jī)械工程材料的定義、分類和常用的性能指標(biāo)；學(xué)習(xí)本門課程的目的。一機(jī)械工程材料的定義和分類

1、定義機(jī)械工程材料主要指用于機(jī)械工程、電器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等領(lǐng)域的材料。2、分類（按化學(xué)成分分類）

金屬材料

(綜合性能好，用量最大、應(yīng)用范圍最廣)

高分子材料

(質(zhì)輕、耐腐蝕，常用于化工、機(jī)械、航 空航天等)

陶瓷材料

（高電強(qiáng)、高硬度、耐腐蝕、絕緣，用于 電器、化工、航空航天等等）

復(fù)合材料

（輕、高的比強(qiáng)度、比剛度，結(jié)合兩種材 料的性能優(yōu)點(diǎn)，用于航空航天等領(lǐng)域）二機(jī)械工程材料的常用性能

包括兩方面材料使用性能材料工藝性能力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性韌性等）物理性能（光、熱、電、磁等）化學(xué)性能（氧化、腐蝕等）加工性能（切削、鍛造等）鑄造性能（適合鑄造與否）焊接性能（容易焊接與否）熱處理性能（可熱處理強(qiáng)化）

三、學(xué)習(xí)《機(jī)械工程材料》的目的（1）獲得常用的金屬材料、非金屬材料的基本理論知識，了解各種機(jī)械工程材料的基本特性和應(yīng)用范圍；（2）在了解材料性能和設(shè)計(jì)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，可根據(jù)零件的工作條件和失效形式，正確設(shè)計(jì)和合理選材；（3）能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)、工藝、外界條件（溫度、環(huán)境介質(zhì)）改變對材料性能的影響，正確制定零件的冷、熱加工工藝路線。第一章機(jī)械零件的失效分析本章主要內(nèi)容零件的過量變形以及性能指標(biāo)零件的斷裂及性能指標(biāo)零件在交變載荷下的疲勞斷裂及性能指標(biāo)零件的磨損失效以及防止零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效關(guān)于失效的基本概念1零件（構(gòu)件）的功能（1）在一定的壓力、溫度、介質(zhì)下，保持規(guī)定的形狀和尺寸；（2）實(shí)現(xiàn)規(guī)定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；（3）傳遞力和能。失效的定義和形式

定義:零件失去設(shè)計(jì)所要求的效能（功能）稱為失效。

常見的失效形式：過量變形、斷裂、磨損、腐蝕第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形材料的靜載性能指標(biāo)有哪些?什么是過量彈性變形失效?發(fā)生過量彈性變形的原因是什么?設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇什么性能指標(biāo)?發(fā)生過量塑性變形的原因是什么?抗力指標(biāo)有哪些?問題一、材料的靜載性能指標(biāo)剛度和強(qiáng)度指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo)硬度指標(biāo)韌性指標(biāo)（放在斷裂中講）1、剛度剛度：零構(gòu)件載受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。等于材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積。2、強(qiáng)度、彈性塑性指標(biāo)試樣的靜拉伸過程（1）強(qiáng)度：材料抵抗變形或者斷裂的能力比例極限sp彈性極限se屈服強(qiáng)度ss抗拉強(qiáng)度sb斷裂強(qiáng)度sk（2）彈性和塑性指標(biāo)

彈性：材料發(fā)生彈性變形的大小。

塑性：材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力彈性指標(biāo)：彈性能（彈性比功）m塑性指標(biāo)：斷后伸長率d斷面收縮硬度

硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。

硬度指標(biāo)：物理意義與試驗(yàn)方法有關(guān)滑痕法硬度值（莫氏硬度）彈性回跳法硬度值（肖氏硬度）壓入法硬度值（工業(yè)中應(yīng)用廣泛）布氏硬度（HBS)淬火鋼球洛氏硬度(HRC)（錐角為120°的金剛石圓錐體）維氏硬度(HV)（錐面角為136°的金剛石四棱錐體為壓頭二、過量變形失效過量彈性變形及抗力指標(biāo)（1）零構(gòu)件發(fā)生過量彈性變形失效：

Dl[Dl](拉壓或者彎曲條件下）或者q[q]（扭轉(zhuǎn)條件下）（2）過量彈性變形的原因：零構(gòu)件的剛度不夠（3）抗力指標(biāo)：彈性模量E或者切變模量G過量塑性變形及抗力指標(biāo)（1）發(fā)生條件：塑性變形量超過允許變形量（2）原因：偶而過載或者零構(gòu)件本身抵抗塑性變形的能力不夠（3）抗力指標(biāo)：比例極限、彈性極限和屈服極限總雕結(jié)零構(gòu)掉件發(fā)拾生過灣彈性錦變形板的原黑因：剛度順不足抗力頓指標(biāo)錯(cuò)：彈性森模量E或者切變幅模量G強(qiáng)槐調(diào)！金屬啄和合捐金的咐彈性搖模量互不能慰通過條合金山化和延熱處貧理、爺冷變格形等澆方法蝦改變池。本節(jié)憶中所辰講的誕材料披的力除學(xué)性夢能指茫標(biāo)及瓶應(yīng)用剛度：剛度匪設(shè)計(jì)折中，咱考慮炒構(gòu)件絹在受洋力時(shí)膽發(fā)生慢的彈錄性變龜形量輸。主哥要力餐學(xué)性伶能是甚材料收的彈朱性模緣瑞量。荷如精幣密機(jī)盜床主鳴軸等懲零構(gòu)帝件彈性靠指標(biāo)：彈性稍極限董和彈端性模竊量是困設(shè)計(jì)誼彈性鳴零件灘考慮復(fù)的性樣能指靜標(biāo)。肝如汽陣車板貍簧和蟲各類譯彈簧乓等屈服側(cè)強(qiáng)度計(jì)和塑怕性：一般禍零件備的抗轎斷裂納設(shè)計(jì)笨。硬度：在耐趁磨零券件中叫必須站考慮討的性浮能指頓標(biāo)。使如滾爆珠軸州承等冊.第二上節(jié)礦零件苗在靜論載和伯沖擊浴載荷取下的友斷裂問危題斷裂蠢可分段為幾覺類？龍韌性近斷裂克和脆或性斷導(dǎo)裂如姿何區(qū)選分？斷裂械過程裁分為局幾個(gè)糧階段卷？韌鋸性斷諸裂和虹脆性修斷裂多的斷漠裂過厲程的狡區(qū)別賽在哪補(bǔ)里？什么熔是材叫料的旦韌性嚴(yán)？評讀價(jià)材遲料韌差性的芒力學(xué)舞性能遼指標(biāo)糠有哪扶些？材料港韌性唐指標(biāo)墻的含股義及圾應(yīng)用抄？一、兼基本汗概念靜載既荷和泡沖擊碌載荷斷裂欲：材料柄在外卷力作枝用下芒分為餓兩個(gè)旺或者踏兩個(gè)跨以上享部分拾的現(xiàn)喇象。斷裂殃的分展類：凱韌性橡斷裂皆和脆洲性斷樂裂斷裂簽過程傍：裂缸紋萌謠生和阿裂紋終擴(kuò)展韌性蠻：表示界材料棵在塑喘性變負(fù)形和穴斷裂濱過程虹中吸而收能雕量的萌能力輩。韌性給斷裂繭和脆墊性斷論裂的蠻斷口宗微觀卸形貌韌性里斷口脆性材斷口二、煎沖擊孩韌性渣及衡匹量指刻標(biāo)沖擊煎韌性伴：材墳料在費(fèi)沖擊光載荷抽下吸課收塑疲性變漆形功藝和斷身裂功目的能滴力，挑是材遙料強(qiáng)走度和統(tǒng)塑性緒的綜狼合表圍現(xiàn)。衡量感指標(biāo)豈：沖隊(duì)擊吸異收功Ak沖擊批韌度ak(ak＝Ak/Fk)應(yīng)用迎：評占價(jià)材繩料韌川性的灰好壞鐘，與座屈服恒強(qiáng)度什結(jié)合壇用于坑一般億零件匪抗斷灑裂設(shè)族計(jì)。低溫責(zé)沖擊題試驗(yàn)渣：(補(bǔ)材料稈的韌駐脆轉(zhuǎn)聾變溫醬度TK)材料梯韌脆剩轉(zhuǎn)變臨溫度TK的確濟(jì)定和顆應(yīng)用三、聚斷裂倒韌性哥及衡俊量指葬標(biāo)斷裂縱韌度KIC:是評絞定材柄料抵烏抗脆云性斷罩裂的長力學(xué)揚(yáng)性能授指標(biāo)肢，指育的是寄材料獵抵抗藥裂紋勻失穩(wěn)孩擴(kuò)展獅的能燥力。單位斥：MP醉a·m1/營2或者M(jìn)N·m-3膀/2應(yīng)用（判駐斷構(gòu)井件是競否安蠶全，仍合理袋選材嶄）KI<KIC構(gòu)件數(shù)安全KI>KIC構(gòu)件腹發(fā)生揀脆性逗斷裂KI＝KIC構(gòu)件基發(fā)生獅低應(yīng)鍵力脆刑性斷蛋裂的鉛臨界笨條件3識應(yīng)用捎場合勇：主類要用賊于高涼強(qiáng)度扣鋼制秧造的妖飛機(jī)麗、導(dǎo)歲彈和灶火箭口的零魔件，杰或者名是用時(shí)中低柳強(qiáng)度磨鋼制慕造氣六輪機(jī)增轉(zhuǎn)子曾、大羅型發(fā)心電機(jī)西轉(zhuǎn)子雀等。四、野影響曲脆性博斷裂恥的因甜素溫度冶和加像載速暈度應(yīng)力劃集中零件揪尺寸總倦結(jié)材料鈔的斷膝裂分致為：附韌性餅斷裂鏟和脆暈性斷屬裂材料穿的韌替性指爭標(biāo)：南沖擊邪吸收啟功、逃沖擊科韌度響、材更料韌畝脆轉(zhuǎn)皇變溫?fù)醵群秃麛嗔淹绊g度忽，前鈔三個(gè)餐用于賣評價(jià)揀材料據(jù)韌性石的好次壞；旬?dāng)嗔迅雾g度堂可用沫于材拜料抵敬抗低筆應(yīng)力沈脆性疑斷裂危的設(shè)睬計(jì)。材料小的以茶上韌巴性指鋸標(biāo)均殼可用稼合金治化和姐熱處末理等步方法巧改變再。第三棋節(jié)獲零眉件在芝交變眉載荷課下的計(jì)疲勞忌斷裂問皺題什么睡是疲申勞斷窄裂？疲勞廚斷口逆由哪隙幾個(gè)困部分秧組成蜓？疲勞薦抗力所指標(biāo)門有哪臘些？儀在設(shè)春計(jì)中鑄如何壘使用御這些現(xiàn)指標(biāo)掌？一、棒基本孫概念交變業(yè)載荷吸：載凝荷大奔小和掌方向休隨時(shí)晃間發(fā)害生周頌期變免化的絹載荷睜。疲勞嫩斷裂葬：零東件在鐮交變冶載荷硬下經(jīng)娛過長現(xiàn)時(shí)間沙工作遷而發(fā)賺生斷停裂的戀現(xiàn)象氣成為能疲勞懲斷裂沫。疲勞攤斷裂木過程小：裂炊紋萌懸生、動(dòng)疲勞勾裂紋次擴(kuò)展認(rèn)、最況后斷可裂。二、透疲勞曉斷口睛的特麥點(diǎn)疲勞煙斷口示意渣圖疲勞竿源區(qū)可和疲變勞擴(kuò)節(jié)展區(qū)靜的微紡觀形決貌一個(gè)疲勞源兩個(gè)疲勞源微裂紋疲勞條紋三、狡疲勞錄抗力遭指標(biāo)無裂用紋構(gòu)耗件的恰疲勞濁抗力表指標(biāo)：疲勞禮極限過載經(jīng)持久聰值疲勞鞋極限貞：材趨料經(jīng)寶過無秒限次詢應(yīng)力天循環(huán)汁不發(fā)吩生斷沉裂的降最大奧應(yīng)力笑。對亮應(yīng)于悉疲勞寶曲線士上水蠶平部裳分對側(cè)應(yīng)的婚應(yīng)力掉值。疲勞歪曲線圖1富－1廢1罰兩種治類型節(jié)的疲勢勞曲安線a)鋼鐵咬材料b)部分猶有色岸金屬趨（如賓鋁合膨金）條件疲勞極限疲勞極限過載局持久翁值：圓材料跟在高盯于疲華勞極刷限的傷應(yīng)力卷作用酒下發(fā)傲生疲腰勞斷禍裂的坡循環(huán)甲周次籮。高周曉疲勞慶：Nf>1你05低周亡疲勞蓬:Nf<1灣052帶裂錄紋構(gòu)扇件的康疲勞窮抗力駝指標(biāo)裂紋座擴(kuò)展?jié)u速率棋（da/dN)疲勞癥裂紋疾擴(kuò)展晚門檻箭值(DKth）四、兩影響印疲勞均抗力期的因普素載荷嫂類型材料鑼本質(zhì)零件或表面亂狀態(tài)工作盾溫度腐蝕佳介質(zhì)總衛(wèi)結(jié)疲勞埋斷裂程是零幫構(gòu)件氧常見瓦的一追種失河效形取式，誰它是際一種說脆性棵斷裂嬌，危窄害很童大。無裂臨紋零虹構(gòu)件蹈設(shè)計(jì)優(yōu)中常劑用的韻疲勞忌抗力局指標(biāo)航是疲能勞極禽限、藥過載當(dāng)持久鑰值和射疲勞禽缺口爪敏感五度。工作穗應(yīng)力s<疲勞薄極限漆，構(gòu)蜘件不夫發(fā)生蘭疲勞丘斷裂碎。工作體應(yīng)力s>疲勞羅極限辦，構(gòu)功件在學(xué)一定巖的周劇次下銀斷裂許，該綁周次遠(yuǎn)稱為敞過載販持久頃值。工作借應(yīng)力誤越大旺，過載屑持久風(fēng)值越庫低。3幼疲勞水?dāng)嗫跍喩峡伤]清楚漿顯示晌疲勞截裂紋固源、慶疲勞牌裂紋警擴(kuò)展臂區(qū)和億最后暮斷裂繁區(qū)。列所以滅，根率據(jù)斷珠口就岡可判借斷是懇否發(fā)井生疲疊勞斷增裂。第四到節(jié)愉零件劣的磨惑損失距效本節(jié)錦主要駕講粘府著磨掃損、款磨粒它磨損等和疲拿勞磨碌損的恐發(fā)生殼過程你、機(jī)被理以值及防慎止措變施。一、磨損狗的基燙本概夫念產(chǎn)生僵磨損悼的條林件磨損誘的定搖義：唇在摩謠擦過絡(luò)程中掘零件就表面爽發(fā)生添尺寸帖變化米和物距質(zhì)耗擾損的延現(xiàn)象劣叫做脊磨損押。二、捐磨損紀(jì)的過啦程和耐機(jī)理粘著昏磨損（1寄）又肺稱咬若合磨勝損，定在滑紡動(dòng)摩屬擦條津件下淘，摩別擦幅饑的接龍觸面浙發(fā)生訪金屬河粘著板，在役隨后憲的相障對滑嗽動(dòng)中醫(yī)粘著名處被沾破壞掩，有植金屬挖屑粒球被拉醫(yī)拽下筐來或彼者是妄金屬烈表面倦被擦腰傷的簡一種求磨損芝形式鐵。（2）利過程滑動(dòng)（3訪）粘澤著磨蛋損的粥特點(diǎn)法：磨傘損速揚(yáng)度大迷；破備壞嚴(yán)鳳重。（4）遲防止費(fèi)措施合理送選材屯，摩難擦幅倡配對芳材料解選用雜硬度夾差較山大的性異類割材料；提高陪表面袋硬度無；合理標(biāo)設(shè)計(jì)戒減小恭接觸扛壓應(yīng)肯力；減小皇表面杯粗糙董度。局部粘著粘著處被撕掉金屬表面被劃傷或者金屬屑粒脫落磨粒沒磨損（1）頸定義幼：又稱戰(zhàn)磨料鼻磨損感，在君滑動(dòng)勞摩擦富時(shí)零勺件表災(zāi)面存在在硬乳質(zhì)磨服粒，掠使磨首面發(fā)攤生局螞部塑淹性變交形，謝磨粒般嵌入鳥、磨帆粒切殊割金獎(jiǎng)屬表易面從另而導(dǎo)鳥致零捐件表擾面逐尊漸損帥耗的敵一種溜磨損姥。（2）威過程金屬表面發(fā)生局部塑性變形磨粒嵌入金屬表面，切割金屬表面表面被劃傷（4）帖防止檔措施提高倦表面役硬度霉（從拋選材擠方面烈）；減少克磨粒閑數(shù)量掀（從限工作斗狀況向方面付）。接觸衰疲勞埋（疲意勞磨寧損，幕麻點(diǎn)杠磨損飽）（1就）定禽義：零件竊工作稻面作捷滾動(dòng)春或滾餓動(dòng)加稍滑動(dòng)滲摩擦蘿時(shí)，腦在交擇變接前觸壓沉應(yīng)力役的長叮期作話用下落引起諸的表皺面疲鞭勞剝穗落破端壞的額現(xiàn)象鄙。（2捆）過生程：頭類似咳于疲素勞斷澆裂，掘是裂說紋萌蹤蝶生和椒擴(kuò)展哥過程浮。（3穩(wěn)）主要蜜防止預(yù)措施提高計(jì)材料楚硬度雙；提顫高材勺料純唱度；畫提高公零件繁心部設(shè)和表呀面強(qiáng)錯(cuò)度；倦減小叛表面抬粗糙倉度?？偹Y(jié)磨損悲是機(jī)痕械零茅件常增見的釀一種捧失效山形式醫(yī)，總歸是從親零件巴表面汽開始拾發(fā)生峰。各論種磨謹(jǐn)損的丈過程近和機(jī)鳥理不單同，椅因此件其主全要的崖預(yù)防網(wǎng)措施柿也不盾同。提高共零件負(fù)表面博硬度認(rèn)，合輩理設(shè)彈計(jì)減麗小壓閥應(yīng)力駝，以扣及提善高表腫面光興潔度槳等對德降低娛磨損哪都有視利。第五掀節(jié)亞零蠢件的喚腐蝕趟失效問掛題1利什么日是腐方蝕？誓可分昨?yàn)閹拙茴?？高溫令氧化株腐蝕煙常發(fā)岡生在拿那些廈零件綠中？被耐熱惱鋼為拾什么暖具有村抗高堅(jiān)溫氧金化能筒力？發(fā)生屈電化茶學(xué)腐母蝕的飲條件已是什替么？改善諸零件申腐蝕領(lǐng)抗力環(huán)的主沈要措皇施是卸什么一、蠅腐蝕壩的定蓄義和街分類腐蝕陜：材抓料表秧面和委周圍挎介質(zhì)悠發(fā)生售化學(xué)癢反應(yīng)塔或者所電化顯學(xué)反她應(yīng)所奧引起續(xù)的表彩面損憑傷現(xiàn)有象。分類很：化學(xué)桃腐蝕電化續(xù)學(xué)腐淋蝕二、賓腐蝕經(jīng)過程社及防次止化學(xué)奸腐蝕怖過程丙（以掩高溫落氧化執(zhí)腐蝕絹為主眾）高溫摘氧化栗過程霧：（1值）金凡屬失作去電螺子成獲為金襲屬離速子（2盟）氧伯原子效吸收云電子沒成為鍛氧離鵝子（3色）金良屬離犬子和吉氧離堪子結(jié)靜合為過金屬弓氧化董物基體桑金屬覺能否另繼續(xù)過氧化善，取灘決于賢氧化牽物薄獵膜是伶否致鏈密。提高執(zhí)鋼抗羅氧化吹能力荒：加昨入Al價(jià)、Si、C善r等元授素，排與氧濕結(jié)合痰形成的致密緣瑞的氧凡化物圍膜，它防止辟基體魔金屬炮進(jìn)一霞步氧臘化。電化腰學(xué)腐駕蝕條件久：存浩在電撫極電鵝位差省，并蹄且相挺互接揪觸并畜處于宗相互久聯(lián)通件的電潛介質(zhì)職溶液逢中形鳴成微顯電池薦。電化破學(xué)腐獄蝕的倚過程陽極捎：失宜去電數(shù)子，MMn++ne(被腐垮蝕）陰極京：發(fā)液生析照氫反棉應(yīng)或顛者吸緩氧反基應(yīng)三、哨零件薦防止睛腐蝕帆的措河施對于皺化學(xué)被腐蝕買，常稱采用誦以下請方式膽：選砍擇抗炕氧化先材料安如耐盡熱鋼海、高籍溫合妹金、島陶瓷松材料饑等；輛零件判表面劈燕涂層霸。對于進(jìn)電化織學(xué)腐餓蝕：舅選擇逃耐腐音蝕材鍵料；毫表面引涂層待；電射化學(xué)誼保護(hù)微；加撤緩蝕號劑第六青節(jié)趙零驚件在富高溫黃下的弟蠕變同變形要和貼斷裂息失效問靜題金屬傅材料毀在高各溫下板的力架學(xué)行介為有溫哪些爺特點(diǎn)筐？什么嚇是蠕乖變？評價(jià)躍金屬夠材料犯高溫兔力學(xué)萍性能標(biāo)指標(biāo)疫有哪全些？高溫歉下零榴件的填失效毫方式厚有哪騎