12、机械零件的失效形式.ppt

第一章 机械零件的失效分析 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。 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? 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） （1）强度：材料抵抗变形或者断裂的能力 （2）弹性和塑性指标弹性：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 总 结 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 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·m 1/2 或者 MN · m-3/2 应用（判断构件是否安全，合理选材） KI KIC 构件安全 KI KIC 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 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，前三个用于评价材料韧性的好坏；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：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断裂。 二、疲劳断口的特点 疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌 三、疲劳抗力指标 无裂纹构件的疲劳抗力指标： 四、影响疲劳抗力的因素 载荷类型 材料本质 零件表面状态 工作温度 腐蚀介质 总 结 疲劳断裂是零构件常见的一种失效形式，它是一种脆性断裂，危害很大。 无裂纹零构件设计中常用的疲劳抗力指标是疲劳极限、过载持久值和疲劳缺口敏感度。 工作应力s疲劳极限，构件不发生疲劳断裂。 工作应力s疲劳极限，构件在一定的周次下断裂，该周次称为过载持久值。工作应力越大，过载持久值越低。 3 疲劳断口上可清楚显示疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区。所以，根据断口就可判断是否发生疲劳断裂。 第四节 零件的磨损失效 本节主要讲粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损的发生过程、机理以及防止措施。 二、磨损的过程和机理 粘着磨损 （1）又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下