機(jī)械零件的失效與強(qiáng)化

機(jī)械零件的失效與強(qiáng)化第1頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.過(guò)量彈性變形失效零件由于產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形而失效，稱(chēng)為彈性變形失效。例如對(duì)于受彎扭的軸類(lèi)零件，其過(guò)大彈性變形會(huì)造成軸上嚙合零件的嚴(yán)重偏載甚至嚙合失常，進(jìn)而導(dǎo)致傳動(dòng)失效。2.過(guò)量塑性變形失效零件承受的應(yīng)力超過(guò)其材料的屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生塑性變形，過(guò)量的塑性變形會(huì)使零件的相對(duì)位置發(fā)生變化，使整個(gè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不良。3.蠕變變形失效受長(zhǎng)期固定載荷的零件，在工作中尤其是在高溫下發(fā)生蠕變（即在應(yīng)力不變的情況下，變形量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象）。如鍋爐、汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其它熱機(jī)的零部件，常由于蠕變產(chǎn)生的塑性變形和應(yīng)力松弛而失效。第2頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、斷裂失效斷裂失效是機(jī)械零件的主要失效形式，根據(jù)斷裂的性質(zhì)和斷裂的原因，可分為下列幾種。（1）韌性斷裂失效零件承受的載荷大于零件材料的屈服強(qiáng)度，斷裂前零件有明顯的塑性變形，尺寸變化明顯，斷面縮小，斷口呈纖維狀。（2）低溫脆性斷裂失效零件在低于其材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度以下工作時(shí)，其韌性和塑性大大降低并發(fā)生脆性斷裂而失效。第3頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）疲勞斷裂失效零件在承受交變載荷時(shí)，盡管應(yīng)力的峰值在抗拉強(qiáng)度甚至在屈服強(qiáng)度以下，但經(jīng)過(guò)一定周期后仍會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞。疲勞斷裂為脆性斷裂。（4）蠕變斷裂失效在高溫下工作的零件，當(dāng)蠕變變形量超過(guò)一定范圍時(shí)，零件內(nèi)部產(chǎn)生裂紋而很快斷裂，有些材料在斷裂前產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。（5）環(huán)境斷破失效在負(fù)載荷條件下，由于環(huán)境因素（例如腐蝕介質(zhì)）的影響，往往出現(xiàn)低應(yīng)力下的延遲斷裂使零件失效。環(huán)境破斷失效應(yīng)包括應(yīng)力腐蝕、氫脆、腐蝕、疲勞等。第4頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、表面損傷失效1.磨損實(shí)效相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑變，使金屬狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。2.腐蝕失效零件暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中并與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用而造成零件表面損耗，引起尺寸、性能變化，導(dǎo)致失效。3.表面疲勞失效相互接觸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面，在工作過(guò)程中承受交變接觸應(yīng)力的作用而導(dǎo)致表面層材料發(fā)生疲勞而脫落，造成失效。實(shí)際上零件的失效形式往往不是單一的，隨外界條件的變化，失效形式可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。如齒輪的失效，往往先有點(diǎn)蝕、剝落，后出現(xiàn)斷齒等多種形式。第5頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、零件失效分析的一般方法(自學(xué))為了開(kāi)展失效分析，確定失效形式，找出失效原因，提出預(yù)防和補(bǔ)救措施，所采用的一般分析程序是：調(diào)查研究——?dú)埡∈占头治觥囼?yàn)分析研究——綜合分析，作出結(jié)論，寫(xiě)出報(bào)告。第6頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.調(diào)查研究包括兩方面內(nèi)容：一是調(diào)查失效現(xiàn)場(chǎng)；二是調(diào)查背景材料，有助于進(jìn)一步分析判斷。2.殘骸收集和分析這是一項(xiàng)十分復(fù)雜和艱巨的工作，目的是確定首先破壞件及其失效源。3.試驗(yàn)分析通常開(kāi)展下列一些試驗(yàn)分析1）無(wú)損檢測(cè)不改變材料的前提下，檢查零件缺陷的位置、大小和數(shù)量等。2）斷口分析通常從零件斷口上可獲得與斷裂有關(guān)的重要信息，可分為宏觀分析和微觀分析兩種。第7頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）化學(xué)成分分析通常對(duì)失效件要進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢查材料化學(xué)成分是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，或鑒別零件是由何種材料制造的。4）金相分析使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行失效分析是一個(gè)普遍使用的方法。5）力學(xué)性能分析硬度試驗(yàn)是失效分析的常規(guī)力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。一些重大的失效事故，必要時(shí)還要做硬度、塑性、斷裂韌性等等試驗(yàn)。6）其它試驗(yàn)方法對(duì)于重要且復(fù)雜的失效產(chǎn)品，為分析機(jī)件的服役情況，采用試驗(yàn)性應(yīng)力測(cè)試法，如靜態(tài)應(yīng)變電測(cè)法、脆性涂層法、光彈法、X射線法等等。4.綜合分析，作出結(jié)論，寫(xiě)出報(bào)告第8頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)、工程材料的強(qiáng)化和強(qiáng)韌性一、工程材料的強(qiáng)化方法（6種）固溶、冷變形、細(xì)化、第二相、相變、復(fù)合1.固溶強(qiáng)化是指由于晶格內(nèi)融入異類(lèi)原子而使材料強(qiáng)化的現(xiàn)象。溶質(zhì)原子作為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，增加了塑性變形抗力。原因主要為：（1）溶質(zhì)原子引起晶格畸變，增加位錯(cuò)滑移阻力（2）溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用，釘扎位錯(cuò)2.冷變形強(qiáng)化（加工硬化）通過(guò)冷變形產(chǎn)生加工硬化是一種重要的強(qiáng)化手段。但冷變形強(qiáng)化后金屬的塑性和韌性都有所下降。第9頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.細(xì)晶強(qiáng)化（亦稱(chēng)晶界強(qiáng)化）晶界的作用有兩方面：1）阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

2）是位錯(cuò)聚集的地點(diǎn)。所以晶粒越細(xì)小，晶界面積越大，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙越多，位錯(cuò)密度也越大、越聚集，從而導(dǎo)致強(qiáng)度升高。細(xì)晶強(qiáng)化不但可提高強(qiáng)度，還可改善塑性和韌性。4.第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化是指利用合金中存在的第二相進(jìn)行強(qiáng)化的現(xiàn)象。其機(jī)理與第二相的形態(tài)、數(shù)量及在基體上的分布方式有關(guān)。（1）彌散強(qiáng)化材料通過(guò)基體中分布有細(xì)小、彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)而產(chǎn)生強(qiáng)化的方法，稱(chēng)為分散強(qiáng)化。（2）合金中的第二相強(qiáng)化當(dāng)兩相的體積和尺寸相差不大，結(jié)構(gòu)、成分、性能相差較大時(shí)，欲使第二相起強(qiáng)化作用，應(yīng)使第二相成片層狀，最好是粒狀分布。第10頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.形變熱處理是將形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化結(jié)合的強(qiáng)韌化方法。機(jī)理是：奧氏體形變使位錯(cuò)密度增加，一方面由于動(dòng)態(tài)回復(fù)形成穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)，淬火后得到細(xì)小的馬氏體，板條馬氏體數(shù)量增加，半條內(nèi)位錯(cuò)密度升高，使馬氏體強(qiáng)化；另一方面為碳化物彌散析出提供條件，獲得彌散強(qiáng)化效果。4.低碳