第二章 零件变形失效
合集下载
第二章 机械零件失效分析
液压传动
16
3.疲劳磨损
在交变载荷作用下，零件表层产生疲劳剥落的现象， 称为疲劳磨损。主要发生在纯滚动及滚动与滑动并存 的摩擦状态下。 疲劳磨损机理： 由于交变载菏的反复作用，使零件 表层因为反复的弹性及塑性变形而疲劳．导致表层前 薄弱部位首先产生微裂纹；同时当润滑油浸人裂纹内 部时，若零件的滚动方向与裂纹的方向一致，当滚动 体封闭裂纹口时，堵在裂纹里的润滑油在滚动压力的 作用下，对裂纹有劈开的作用．使裂纹的扩展速度加 剧．当裂纹扩展到一定程度后，金属便从零件表层剥 落下来。在零件表面上形成点状或片状凹坑，成为疲 劳磨损。
液压传动
9
3.边界摩擦
两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开时的摩擦，称 为边界摩擦。 油膜厚度通常只在0.1μ m以下。它是靠分子内相互 的吸引力使油膜分子紧密排列，使其具有一定的承 载能力，防止了零件表面的直接接触，使摩擦仅发 生在边界膜的外层分子之间，减轻了零件的摩擦与 磨损。 但由于其厚度很小，工作中受冲击和高温等作用易 被破坏，所以不如液体摩擦可靠。 例如：气缸壁与活塞环之间；若工作中曲轴与轴颈 之间润滑油供给不足，易产生边界摩擦。
第二章 机械零件的失效及分析
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 基本概念 零件的磨损失效 零件的断裂失效 零件的变形失效 零件的腐蚀失效
液压传动
1
第一节
基本概念
一. 失效的概念 在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、 工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续 工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效 时，就意味着设备处于故障状态。 二. 机械零件失效的基本形式 主要有磨损、变形、断裂、腐蚀等四种。 三. 失效的危害
液压传动
10
4.混合摩擦
失效分析知识点
失效分析知识点第一章概论1.失效的定义：当这些零件失去其应有的功能时，则称该零件失效。
2.失效三种情况：（1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等从而完全丧失其功能；（2）.零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等；（3）.零件能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。
3. 失效分析定义：对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。
也就是研究失效的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。
4. 失效分析过程：事前分析（预防失效事件的发生）、事中分析（防止运行中设备发生故障）、事后分析（找出某个系统或零件失效的原因）。
5. 失效分析的意义：（1）.失效分析的社会经济效益：失效将造成巨大的经济损失；质量低劣、寿命短导致重大经济损失；提高设备运行和使用的安全性。
（2）.失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高；（3）.失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益；（4）.失效分析是修订产品技术规范及标准的依据；（5）.失效分析对材料科学与工程的促进作用：材料强度与断裂；材料开发与工程应用。
第二章失效分析基础知识一.机械零件失效形式与来源：1.按照失效的外部形态分类：（1）过量变形失效：扭曲、拉长等。
原因：在一定载荷下发生过量变形，零件失去应有功能不能正常使用。
（2）断裂失效：一次加载断裂（静载荷）：由于载荷或应力超过当时材料的承载能力而引起；环境介质引起的断裂：环境介质和应力共同作用引起的低应力脆断；疲劳断裂（交变载荷）：由于周期作用力引起的低应力破坏。
（3）表面损伤失效：磨损：由于两物体接触表面在接触应力下有相对运动，造成材料流失所引起的一种失效形式；腐蚀: 环境气氛的化学和电化学作用引起。
（4）.注：断裂的其他分类断裂时变形量大小：脆性断裂、延性断裂；裂纹走向与晶相组织的关系：穿晶断裂、沿晶断裂；2.失效的来源：（1）.设计的问题：高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；应力计算错误；设计判据不正确。
第二章 汽车零件失效理论
6）汽车在行使中出现异响和异常振动，存在着引起交通 事故或机械事故的隐患。
7）汽车的可靠性变差，使汽车因故障停驶的时间增加。
2007年6月
能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
二、汽车零部件失效规律 1.失效的概念 ⑴失效 汽车零部件失去原设计规定的功能成为失效。 失效不仅是指完全丧失原定功能，而且还包含功能 降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性和安 全性的零部件。 ⑵失效模式 是指失效件的宏观特征。 ⑶失效机理
2007年6月
能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
三、汽车零件磨损 1.汽车零件磨损的概念 汽车零件的磨损是指零件工作表面的物质由于相对运动 而不断耗损的现象。
磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，磨损的发生将造成零 件形状、尺寸及表面性质的变化，使零件的工作性能逐渐 降低；
2007年6月 能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
①以微量切削为主的假说
该假说人为：
磨料磨损是由于磨料从金属表面切下微量切屑而造成的。 其依据是实验室里磨料磨损试验所获得 的磨屑像切削加工 的切屑一样，呈螺旋弯曲形。 当塑性金属被固定的磨料摩擦时，在金属表面发生两个过程： 塑性挤压——形成擦痕 切削金属——形成磨屑 在摩擦过程中，大部分磨料在金属表面上只留下两侧凸起的 擦痕，小部分磨料即棱面将切削金属形成切屑。
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
3.汽车零件磨损失效分析 ⑴磨料磨损 1）磨料磨损的概念 物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物 （包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失的现象称为 磨料磨损。 磨科磨损是最常见的，同时也是危害最为严重的磨损 形式。在各类磨损形式中，它大约占磨损总消耗的50％。 2）磨料磨损的失效机理 磨料磨损机理是属于磨料的机械作用，这种机械作 用在很大程度上与磨料的性质、形状、尺寸大小以及载 荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关；对于汽车零 件磨料磨损的失效机理，目前存在四种假说。
第二章 汽车零部件失效理论
汽车维修工程习题第二章汽车零部件的失效模式及分析一、名词解释1．汽车零件失效：指汽车在运行过程中，零部件逐渐丧失原有的性能或技术文件所要求的的性能，从而引起汽车技术状况变差，直至不能履行规定的功能。
2．混合摩擦：两摩擦表面间干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在的摩擦，称为混合摩擦。
3．磨料磨损：摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损，称为磨料磨损。
4．边界摩擦：两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开的摩擦，称为边界摩擦。
5．磨损：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象，称为零件的磨损。
6．穴蚀：与液体相对运动的固体表面，因气泡破裂产生的局部高温及冲击高压所引起的疲劳剥落现象。
7．疲劳断裂：零件在交变载荷作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象。
8．失效度：产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定功能（即发生故障）的概率。
9。
粘着磨损：摩擦副相对运动时由于固相焊合接触表面的材料发生转移的现象。
二、填空题1、汽车早期失效期的基本特征是开始时失效率( )。
2、汽车失效类型有（磨损）、（疲劳断裂）、腐蚀、变形、老化。
3、微动磨损一般发生在交变载荷或振动作用的（）配合表面部位。
4、腐蚀按机理不同，可分为（）腐蚀、（）腐蚀。
5、润滑油中加入适量的活性添加剂，可以（）磨合过程，提高磨合质量。
6、引起零件失效的原因分为工作条件、设计制造以及（）。
7、粘接剂的种类有环氧树脂胶、酚醛树脂胶和( )。
8、汽车零部件腐蚀失效分为化学腐蚀失效和( )失效。
9、影响汽车零件磨损的因素有（）、（）、（）。
三、判断题1、低温条件下随着温度下降，汽油粘度、相对密度增加，发动机启动困难（）四、简答题1、什么是干摩擦？其磨损特征是什么？在汽车上，一般将摩擦副表面间完全没有润滑油或其他润滑介质时的摩擦称为干摩擦。
其特征是：摩擦表面直接接触，产生强烈地阻碍摩擦副表面相对运动的分子吸引和机械啮合作用，消耗动力，转化为有害的摩擦热。
伴随着强烈的摩擦副表面磨损。
失效分析 第2章
242.4 ຫໍສະໝຸດ 性断裂失效σs和 σf对温度变化敏感性的差异造成了材料在 低温条件下的脆性表现。 脆性转变温度：σs和σf的交点对应的温度Tk。 T<Tk时，σs>σf，材料表现为脆性断裂； T>Tk时，σs<σf 则表现为塑性断裂。
25
2.4 脆性断裂失效
TK 时，可见缺口导 样的脆性转变温度。 TK 致材料脆性倾向增加，使脆性转变温度向高温 推移。 ~ TK 之间，光滑试样表现为塑性断裂， 在 TK 而缺口试样则表现为脆性断裂。 试样上存在其他对变形有约束作用的因素时， 或者试验时加载速率升高，都可以导致屈服应 力升高，增加材料脆性倾向，其效果与缺口的 影响相当。
当a<ac时，σs<σf，结构表现为塑性断裂； 当a>ac时，σs >σf，则表现为脆性断裂。
可见ac是一定应力环境中裂纹体失稳的临界裂纹尺寸， 裂纹体的低应力脆断都是在既存裂纹尺寸大于ac，使 断裂应力低于材料的屈服强度的情况下发生的。
31
2.4 脆性断裂失效
3．冶金缺陷引起的低应力脆断 金属材料在热加工过程中，有时因工艺偏差造 成组织缺陷，这些含有冶金缺陷的材料在一定 条件下也表现为低应力脆断。 例如，过热引起晶粒异常长大，非金属夹杂物 颗粒沿晶界析出；过烧不但引起晶粒粗大而且 有晶界熔化、氧化或在晶界形成低熔点共晶； 回火脆性引起有害杂质元素沿晶界偏聚，减弱 了晶界结合力等。
2
2.1 过量弹性变形失效
线膨胀系数是表征材料热胀冷缩特性的参数。 不同材料具有不同的线膨胀系数。如果材料匹 配不当，在温度改变时就可能引发故障。 例：钢的线膨胀系数约为12×10－6℃－1，是青 铜的一半，如果用2Crl3不锈钢作轴，用青铜作 轴瓦，这样的结构在常温下可以很好地工作， 但当温度很低时，就会因轴的收缩远小于轴瓦 的收缩而发生抱轴现象。工作载荷和(或)温度使 零件产生的弹性变形量超过零件匹配所允许的 数值时，就将导致弹性变形失效。
第2章 汽车零件的失效形式与规律 ppt课件
理的不同，可分为粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳
磨损、腐蚀磨损。
ppt课件
4
1.粘着磨损
由于摩擦表面间接触点粘着作用，使一个零件 表面的金属转移到另一个零件表面所引起的磨损， 称为粘着磨损。
汽车发动机中所发生的粘着磨损，多数是由于
配合间隙过小，运动零件表面加工纹理还没有磨合 好，就过早地增大负荷，使发动机工作温度过高， 缺乏足够的冷却条件，造成零件的粘着磨损。
5.提高零件的加工质量
零件的加工质量，是指其表面粗糙度和几何形 状误差。
几何形状误差过大，将造成零件工作过程中受
力不均，或产生附加载荷，使磨损加剧。表面粗糙 度过大，会破坏油膜的连续性，造成零件表面凸起 点的直接接触，使磨损加快。
在一般情况下，磨损速度随零件表面粗糙度的
减小而减小。
ppt课件
10
但表面粗糙度减小到一定程度后，磨损速度反
ppt课件
3
2.1 磨损与磨损规律
零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损 失的现象称为磨损。
对于一个表面的磨损，可能是由于单独的磨损 机理造成的，也可能是由于综合的磨损机理造成的。
磨损的发生将造成零件形状、尺寸及表面性质 的变化，使零件的工作性能逐渐降低。
2.1.1磨损的分类
磨损是一个相当复杂的过程。根据零件磨损机
汽车维修技术与设备
ppt课件
1
配套教材信息
教材名称：汽车维修技术与设备 教材主编：凌永成 教材定价：30RMB 出版社：北京大学出版社 出版时间/版次： 2008年8月第1版 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-13914-1 教材所属系列： 21世纪全国高等院校大机械 系列实用规划教材汽车系列
第二章机械零件的失效及分析
第一， 断裂时并无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显 的预兆，而是突然地破坏。
第二， 引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载时的屈服 强度。
第三， 疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后 断裂三个组成部份。
一个典型的疲劳断口总是由疲劳源， 疲劳裂纹扩展区、 最终断裂区三部份构成。
疲劳断口有各种型式，它取决于载荷的类型，即所受应 力为弯曲应力、扭转应力还是拉-压应力，同时与应力的大 小和应力集中程度有关。
齿轮副的硬度选配，一般要求大齿轮硬度低于小齿轮， 这样有利于跑合，使接触应力分布均匀和对大齿轮齿面产 生冷作硬化作用，从糙度 在接触应力一定的条件下，表面粗糙 度值越小，抗疲劳磨损能力越高；当表面粗糙度值小 到一定值后，对抗疲劳磨损能力的影响减小。如滚动 轴承，当表面粗糙度值为Ra0.32mm时，其轴承寿命比 Ra0.63mm时高2～3倍,Ra0.16mm比Ra0.32mm高1倍， Ra0.08mm比Ra0.16mm高0.4倍，Ra0.08mm以下时，其变 化对疲劳磨损影响甚微。如果触应力太大，则无论表 面粗糙度值多么小，其抗疲劳磨损能力都低。此外， 若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就应越小， 否则会降低抗疲劳磨损能力。
2.影响磨损的因素
(1)材料性能 钢中的非塑性夹杂物等冶金缺陷， 对疲劳磨损有严重的影响。如钢中的氮化物、氧化物、 硅酸盐等带棱角的质点，在受力过程中，其变形不能与 基体协调而形成空隙，构成应力集中源，在交变应力作 用下出现裂纹并扩展，最后导致疲劳磨损早期出现。因 此，选择含有害夹杂物少的钢（如轴承常用净化钢）， 对提高摩擦副抗疲劳磨损能力有着重要意义。在某些情 况下，铸铁的抗疲劳磨损能力优于钢，这是因为钢中微 裂纹受摩擦力的影响具有一定方向性，且也容易渗入油 而扩展；而铸铁基体组织中含有石墨，裂纹沿石墨发展 且没有一定方向性，润滑油不易渗入裂纹。
第二， 引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载时的屈服 强度。
第三， 疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后 断裂三个组成部份。
一个典型的疲劳断口总是由疲劳源， 疲劳裂纹扩展区、 最终断裂区三部份构成。
疲劳断口有各种型式，它取决于载荷的类型，即所受应 力为弯曲应力、扭转应力还是拉-压应力，同时与应力的大 小和应力集中程度有关。
齿轮副的硬度选配，一般要求大齿轮硬度低于小齿轮， 这样有利于跑合，使接触应力分布均匀和对大齿轮齿面产 生冷作硬化作用，从糙度 在接触应力一定的条件下，表面粗糙 度值越小，抗疲劳磨损能力越高；当表面粗糙度值小 到一定值后，对抗疲劳磨损能力的影响减小。如滚动 轴承，当表面粗糙度值为Ra0.32mm时，其轴承寿命比 Ra0.63mm时高2～3倍,Ra0.16mm比Ra0.32mm高1倍， Ra0.08mm比Ra0.16mm高0.4倍，Ra0.08mm以下时，其变 化对疲劳磨损影响甚微。如果触应力太大，则无论表 面粗糙度值多么小，其抗疲劳磨损能力都低。此外， 若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就应越小， 否则会降低抗疲劳磨损能力。
2.影响磨损的因素
(1)材料性能 钢中的非塑性夹杂物等冶金缺陷， 对疲劳磨损有严重的影响。如钢中的氮化物、氧化物、 硅酸盐等带棱角的质点，在受力过程中，其变形不能与 基体协调而形成空隙，构成应力集中源，在交变应力作 用下出现裂纹并扩展，最后导致疲劳磨损早期出现。因 此，选择含有害夹杂物少的钢（如轴承常用净化钢）， 对提高摩擦副抗疲劳磨损能力有着重要意义。在某些情 况下，铸铁的抗疲劳磨损能力优于钢，这是因为钢中微 裂纹受摩擦力的影响具有一定方向性，且也容易渗入油 而扩展；而铸铁基体组织中含有石墨，裂纹沿石墨发展 且没有一定方向性，润滑油不易渗入裂纹。
机械零件失效形式及诊断
第二章机械零件失效形式及诊断
主要内容
1、失效形式分类及诊断 2、机械零件失效原因概述
2.1 失效分类及诊断
(1)失效形式：失效的表现形式，也可称为失效的 类型，失效模式。
外部表现与内在本质的联系是失效分析的基础。 而多因素本质产生的众多表现是分类的前提。
外部 表现
决定 反映
Байду номын сангаас
内在 本质
失
物理作用
效
设计时工作条件考虑不周（如过载或者冲击、 动载荷）。
案例1:容器碟形封头的设计，按国家标准GB 150规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求 过渡区尺寸r／Di≥0.06％，运行中多次出现事 故,后修订为按r／Di≥0.10％进行结构设计， 则减少过渡区失效的发生。
案例2:某酒精厂蒸煮锅上封头采用a=80o的无 折边锥形封头，在0.5 MPa的工作压力下操作 发生爆炸引起事故。后国家标准修正规定无折 边锥形封头使用范围半锥角α≤30o。
案例3：某厂引进的大型再沸器，结构为卧式U 形管束换热器，由于管束上方汽液通道截面过 小，形成汽液流速过高，造成管束冲刷腐蚀失 效。
（二）材料缺陷以及材料选择不当与零件失效 1、材料冶炼过程质量缺陷 夹杂物、气孔、疏松、白点、残余缩孔、成分偏 析 2、构件轧制过程中的缺陷 表面粗糙、产生划痕折叠
3、锻造工艺中的缺陷：过热、裂纹
Sn、Zn-钢、Pb-钢、K-不锈 金属腐蚀、合金中的Ni、Cr元素
钢
在液体Pb中选择性溶解
中子辐射，紫外线照射
造成材料脆化，造成高分子材料 老化
磨料：矿石、煤、岩石（润 磨粒磨损，腐蚀磨损综合作用 滑剂）、泥浆、水溶液
案例：某工厂生产的继电器，春天放进仓库贮 存，到秋天就发现大批继电器的弹簧片发生沿 晶界断裂，经失效分析，判定是氨引起的应力 腐蚀开裂。但仓库里从来没有存放过能释放氨 气的化学物质。
主要内容
1、失效形式分类及诊断 2、机械零件失效原因概述
2.1 失效分类及诊断
(1)失效形式：失效的表现形式，也可称为失效的 类型，失效模式。
外部表现与内在本质的联系是失效分析的基础。 而多因素本质产生的众多表现是分类的前提。
外部 表现
决定 反映
Байду номын сангаас
内在 本质
失
物理作用
效
设计时工作条件考虑不周（如过载或者冲击、 动载荷）。
案例1:容器碟形封头的设计，按国家标准GB 150规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求 过渡区尺寸r／Di≥0.06％，运行中多次出现事 故,后修订为按r／Di≥0.10％进行结构设计， 则减少过渡区失效的发生。
案例2:某酒精厂蒸煮锅上封头采用a=80o的无 折边锥形封头，在0.5 MPa的工作压力下操作 发生爆炸引起事故。后国家标准修正规定无折 边锥形封头使用范围半锥角α≤30o。
案例3：某厂引进的大型再沸器，结构为卧式U 形管束换热器，由于管束上方汽液通道截面过 小，形成汽液流速过高，造成管束冲刷腐蚀失 效。
（二）材料缺陷以及材料选择不当与零件失效 1、材料冶炼过程质量缺陷 夹杂物、气孔、疏松、白点、残余缩孔、成分偏 析 2、构件轧制过程中的缺陷 表面粗糙、产生划痕折叠
3、锻造工艺中的缺陷：过热、裂纹
Sn、Zn-钢、Pb-钢、K-不锈 金属腐蚀、合金中的Ni、Cr元素
钢
在液体Pb中选择性溶解
中子辐射，紫外线照射
造成材料脆化，造成高分子材料 老化
磨料：矿石、煤、岩石（润 磨粒磨损，腐蚀磨损综合作用 滑剂）、泥浆、水溶液
案例：某工厂生产的继电器，春天放进仓库贮 存，到秋天就发现大批继电器的弹簧片发生沿 晶界断裂，经失效分析，判定是氨引起的应力 腐蚀开裂。但仓库里从来没有存放过能释放氨 气的化学物质。
汽车维修工程第二章 汽车零部件损伤机理分析(动画4个)
第五节 零件的腐蚀与气蚀
腐蚀是指金属受周围介质的作用而引起破坏的现象。 一、零件的腐蚀 零件腐蚀按其机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 电化学腐蚀：金属表面与周围介质发生电化学作用而 有电流产生的腐蚀。 二、零件的气蚀 1. 气蚀的含义 气蚀（亦称穴蚀）是当零件与液体接触并有相 对运动时，零件表面出现的一种破坏现象。
四、表面疲劳磨损 1. 定义及分类
两接触面作滚动或滚动滑动复合摩擦时，在循环接触应力的作用 下，使材料表面疲劳而产生物质损耗的现象叫作表面疲劳磨损。 分为非扩展性和扩展性两类。
2. 表面疲劳磨损的机理
表面疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的结果，其失效过程可分为两个阶段： ⑴疲劳核心裂纹的形成； ⑵疲劳裂纹的发展直至材料微粒的脱落。 对表面疲劳磨损初始裂纹的形成，有下述几种理论： 最大剪应力理论 － 裂纹起源于次表层； 油楔理论 － 裂纹起源于摩擦表面；（滚动带滑动的接触） 硬化过渡层破坏理论－裂纹起源于硬化层与芯部过度区；
7. 疲劳裂纹的产生和发展阶段及断口的三个区域；
8. 理解气蚀产生的机理； 9. 掌握电子元件的损伤类型及其故障的特点。
第一节
摩擦学基础
一、固体表面性质及接触面积 宏观形状误差 １. 表面形貌 表面波纹度 表面粗超度 ２. 金属表面物质
３. 表面接触面积
二、摩擦的定义和分类
表面形貌两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动或具有相对运动趋势 时在接触面间产生切向运动阻力，这种阻力叫摩擦阻力，而这种现象称之为摩擦。 摩擦的分类，如下表：
分类依据类型举例按摩擦副运动状态静摩擦动摩擦按摩擦副运动形式滑动摩擦活塞与活塞环在汽缸孔的往复运动滚动摩擦滚动轴承滚柱滚珠与内外圈滚道表面间的摩擦按摩擦副表面的润滑状况固体摩擦干摩擦汽车离合器制动器液体摩擦桶面活塞环与汽缸壁轴颈与轴瓦边界摩擦发动机活塞环与缸套上部配汽机构凸轮与挺杆齿轮传动副的齿面混合摩擦凸轮轴凸轮与气门挺杆表面间齿轮传动机构轮齿表面所发生的摩擦1
汽车维修工程(第2版)(第二章)
上一页 下一页 返回
2-3 汽车零件的疲劳断裂失效
载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口宏观形态的影 响见表2-8。
2.3.4 提高汽车零件抗疲劳断裂的方法
1.延缓疲劳裂纹萌生时间 其方法有强化金属合金表面，控制表面的不均匀滑移（如表面滚压 、喷丸以及表面热处理等）。 细化材料晶粒可提高疲劳强度极限； 采用热处理方法使晶界呈锯齿状或使晶粒定向排列并与受力方向垂 直，以防晶界成为疲劳裂纹扩展的通道。 另外，提高金属材料的纯洁度，减小夹杂物尺寸以及提高零件表面 完整性设计水平，尽量避免应力集中的现象等，都是抑制或推迟疲劳裂 纹产生的有效途径。
上一页 下一页 返回
2-1 汽车零部件失效概述
2.汽车零件常见的失效模式 所谓失效模式就是失效所表现的形式。 汽车零件常见的失效模式类型见表2-2。 而汽车零件的主要失效模式则有零件的磨损、变形、疲劳损坏、热 损坏和老化、腐蚀损坏等。 （1）磨损。包括磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、 微动磨损。 （2）疲劳断裂。包括高应力低周期疲劳、低应力高周期疲劳、 腐蚀疲劳、热疲劳等。 （3）腐蚀。包括化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀等。 （4）变形。包括弹性变形、塑性变形等。 （5）老化。包括龟裂、变硬，如橡胶轮胎、塑料器件的老化。
下一页 返回
2-3 汽车零件的疲劳断裂失效
2.3.1 疲劳断裂失效的分类
疲劳断裂失效的分类见表2-7。 而根据零件的特点及破坏时总的应力循环次数，疲劳失效可按图24所示分类。对于不同类型的疲劳失效，其分析方法是不同的。 汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂。
2.3.2 疲劳断裂失效机理
金属零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程，大体上可划分为 滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。 图2-5 延性金属中由外载荷作用造成的滑移； 图2-6 疲劳裂纹扩展的两个阶段。
零件失效分析 失效分析基础知识
改进方法： ➢ 逐层剥除法 ➢ 阶梯钻孔法 ➢ 一点多次扩孔的盲孔测定法
环芯法的测量原理
一块各向同性的板材中假定存在双向残余应力;其上加 工一环芯直径圆环槽;环芯周围区域的应力将重新分布;通 过应变仪测出周围释放的应变;然后推算出残余应力的大 小和方向
环芯法测量残余应力 用的应变花
优点：
➢ 直观 检测方便； ➢ 可用剥层法测试材料深处的残余应力;测试精度在国家标 准要求之内误差小于25MPa； ➢ 适合于各类材料；
第2章 失效分析基础知识
❖ 零件失效形式与来源 ❖ 应力集中与零件失效 ❖ 残余应力与零件失效 ❖ 材料的韧性与断裂设计 ❖ 应力分析与失效分析 ❖ 金属构件中可能引件失效形式
1 按照失效的形态分类
过量变形 断裂
a 过量变形
表面损伤
扭曲：花键 拉长：紧固件
➢ 机械零件失效形式
4 从经济法的观点对失效分类
产品缺陷失效 误用失效 受用性失效 损耗失效
在进行失效分析时;应将失效的模式 失效的诱发 因素及失效后的表现形式综合考虑;对于获得正确的 分析结果是至关重要的
表1 在一般工业工程中调查失效模式的比例
起
因
%
腐蚀 疲劳 脆性断裂 过载 高温腐蚀 应力腐蚀/腐蚀疲劳/氢脆 蠕变 磨损 擦伤 冲刷
例如：大型压力容器;在焊接之后;在其内部加压;产生 所谓的胀形;使焊接接头发生微量塑性变形;以减小焊 接残余应力
➢ 振动时效 Vibration Stress Relief; VSR ➢ 锤击 喷丸 滚压
振动等离子熔覆过程示意图
0Hz
50Hz
75Hz
100Hz
125Hz
150Hz
100Hz时;熔覆层出现罕见的分层现象
机械零件的失效与选材
解决方案 台架试验 使用考验
新生产件的解决方案
12
第二节 机械零件的选材原则
选材的基本原则
1、使用性能原则
材料的使用性能应满足使用要求。使用性能指零件在使用状
态下材料应该具有的机械性能、物理性能、化学性能。
2、工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。
3、经济性原则
满足使用性能要求的前提下，采用便宜的材料，把总成本降
2021/9/23
17
二、工艺性能选材原则
材料的工艺性能可定义为材料适应各种加工工艺而获得规定的 使用性能和外形的能力，因此工艺性能影响了零件的内在性能 、外部质量以及生产成本和生产效率等。 材料选择与工艺方法的确定应同步进行，工艺性能也是选材时 应考虑的因素。 理想情况下，所选材料应具有良好的工艺性能，即技术难度小 、工艺简单、能量消耗低、材料利用率高，保证甚至提高产品 的质量。
2021/9/23
2
2、断裂失效 机械零件因断裂而产生的失效。
（1）韧性断裂失效 断裂前有明显的塑性变形。 宏观变形方式为颈缩，典型断口呈韧窝状，韧窝是由于空洞
的形成、长大并连接而导致韧性断裂产生的。 （2）脆性断裂失效
断裂前无塑性变形。疲劳断裂、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳断 裂和蠕变断裂等均属于脆性断裂。
件；在选择材料和制定相应的加工工艺时，应考虑选材的经 济性原则。
所谓经济性选材原则，不仅是指选择价格最便宜的材料 、或是生产成本最低的产品，而是指运用价值分析的方法， 综合考虑材料对产品的功能与成本的影响，以达到最佳的技 术经济效益。
2021/9/23
24
产品成本分析
2021/9/23
25
基本材料的成本（价格、利用率） —— 占总成本的30~70%
机械装配与维修第二章失效零件的测绘和修复
用涂色法检验啮合情况
第三节 蜗轮蜗杆的测绘与维修
齿面点蚀
一、蜗杆传动的 失效形式
胶合
磨损 塑性变形 轮齿折断
二 、 蜗 杆 、 蜗 轮 几 何 尺 寸 测 量 2.1 蜗杆齿顶圆直径和涡轮齿顶圆直径的测量 2.2 蜗杆螺牙高度的测量 2.2.1 采用精密深度尺直接测量蜗杆螺牙 高度 2.2.2 采用精密游标卡尺测量 2.3 蜗杆轴向齿距 2.4 蜗杆副中心距的测量
（2） 变形的修复 ） 如果气缸体和气缸盖的变形超过技术规定范围， 如果气缸体和气缸盖的变形超过技术规定范围， 则应根据具体情况进行修复，主要方法有： 则应根据具体情况进行修复，主要方法有： 1）气缸体平面螺孔附近凸起，用油石或细锉 ）气缸体平面螺孔附近凸起， 修平； 修平； 2）气缸体和气缸盖平面不平，可用铣、刨、 ）气缸体和气缸盖平面不平，可用铣、 磨等加工修复，也可刮削、研磨； 磨等加工修复，也可刮削、研磨； 3）气缸盖翘曲，可进行加温，然后在压力机 ）பைடு நூலகம்缸盖翘曲，可进行加温， 上校正或敲击校正，最好不用铣、 上校正或敲击校正，最好不用铣、刨、磨等加工 修复。 修复。
第四节 壳体类零件的测绘与维修
一 壳 体 零 件 测 绘 的 全 过 程
1、了解和分析壳体零件 、 2、确定表达方案 、 3、画零件草图 、 4、画尺寸界线和尺寸线 、 5、测量尺寸并标注在草图上 、 6、圆整尺寸 、 7、编写技术要求 、 7.1公差配合及表面粗糙度 公差配合及表面粗糙度 7.2形位公差 形位公差 8、填写标题栏和技术要求，完成 、填写标题栏和技术要求， 草图。 草图。 9、根据草图绘制壳体零件 图 、
中心距的测量5公发线长度的测量分度圆弦齿厚及固定弦齿厚的测量堆焊修复法1轮齿局部堆焊2齿面多层堆焊金属涂敷法用涂色法检验啮合情况第三节蜗轮蜗杆的测绘与维修一蜗杆传动的失效形式齿面点蚀胶合磨损轮齿折断塑性变形21蜗杆齿顶圆直径和涡轮齿顶圆直径的测量22蜗杆螺牙高度的测量221采用精密深度尺直接测量蜗杆螺牙高度222采用精密游标卡尺测量23蜗杆轴向齿距24蜗杆副中心距的测量31确定模数32确定蜗杆分度圆直径33普通圆柱蜗杆传动类型的鉴别331蜗杆类型的鉴别332蜗杆螺牙齿形角的确定34确定齿顶高系数和顶隙系数35变位的判别351由中心距判别352由蜗轮齿顶圆直径判别四测绘实例1
汽车零件的失效
第二章 汽车零件的失效
2、疲劳磨损机理： 裂纹的产生（三种情况）；裂纹的扩展直至微粒脱落： 产生于摩擦表面：零件表面因疲劳而出现微裂纹后，其 沿与表面呈锐角扩展在润滑油的劈开作用下，扩展加速， 直至脱落，形成麻点坑。 产生于次表面：当最大剪切力发生在一定深处，又恰遇 此处强度低或有缺陷，则产生裂纹，最终脱落形成截锥状 麻点坑。 产生于强化层和心部过渡区：因存在残余应力所致；特 征 :先是小麻点剥落 ,后成大范围剥落 ,形成表层压碎现象。 3、减轻表面疲劳磨损的途径 • 合理选用材料。 • 提高零件表面硬度、减少粗糙度。 • 合理选择润滑剂。
第二章 汽车零件的失效
二、黏着磨损 1、定义： 接触表面材料从一个表面转移到另一 个表面的现象称为黏着磨损。 黏着磨损是干摩擦的结果，局部高压力使凸起 点将油膜、边界膜破坏，严重时产生局部高温，使 接触点熔化、黏附，导致摩擦副“咬死”，是一种 严重破坏汽车零件的磨损。 2、特点： ①磨损量与粘着点结合强度有关；若比摩擦副的 任一方强度都低，则从粘结点界面处断开，材料转 移轻微，磨损较小。若比摩擦副的任一方强度都高， 则金属从一个零件表面转移到另一个表面，且转移 量较大，磨损较严重。 ②脆性材料比塑性材料抗粘性高。
第二章 汽车零件的失效
• 边界摩擦：摩擦表面被边界膜（后度为数分子
直径）隔开，可分为吸附膜和反应膜，前者是靠 润滑油极性分子吸附在摩擦表面而形成，后者是 油中添加剂与摩擦表面反应生成。 • 边界摩擦实质是吸附膜之间的相互滑动，摩擦介 于干摩擦和液体摩擦之间；且边界膜有临界温度 限制，超过则膜遭到破坏，转变为混合摩擦。
第二章 汽车零件的失效
c:润滑油浸入裂纹
第二章 汽车零件的失效
四、腐蚀磨损
1、定义：因相对运动零件表面发生腐蚀而产生 的磨损，分为氧化磨损和特殊介质磨损两类。 2、特点：摩擦和腐蚀并存；腐蚀形成材料变质 层，并很快磨掉，又露出新材料层，然后新层又 被腐蚀，再被磨掉，不断循环，加快了磨损速度。 3、氧化磨损 氧化磨损是最广泛的一种磨损形态，在汽车零 件的各摩擦副中，普遍地存在氧化磨损。它无论 在何种摩擦过程中及何种摩擦速度下，也无论接 触压力大小和是否存在润滑情况下都会发生。
02机械零件的失效-PPT课件
脆性断裂的宏观特征
(5)板材构件断口呈人字纹放射线,放射源为裂纹 源,其放射方向为裂纹扩展方向,如图1所示。
图1 板材构件脆性断口宏观特征 (6)脆性断裂的扩展速率极高,断裂过程在瞬间完 成,有时伴有大响声。
金属构件脆性断裂失效的表现形式主 要有:
(1)由材料性质改变而引起的脆性断裂,如兰 脆、回火脆、过热与过烧致脆、不锈钢的 475℃脆和σ相脆性等。 (2)由环境温度与介质引起的脆性断裂,如冷 脆、氢脆、应力腐蚀致脆、液体金属致脆 以及辐照致脆等。 (3)由加载速率与缺口效应引起的脆性断裂, 如高速致脆、应力集中与三应力状态致脆 等。
皮带传动与磨损：
在同一组中，皮带长短不一或者因为磨损造成皮 带轮槽深浅不一，皮带轮轴弯曲均会产生较大的 振动，对那些精密的设备还可能形成振动源。 若调得太松，起动时会产生怪叫声，并且会发生 起转慢，主动轮发热； 调得太紧，会发出吱吱声并且导致皮带和皮带轮 发热，从而损伤皮带。
(二)断裂失效
1. 断裂分类 (1)按断裂性质分 韧性断裂—材料断裂之前发生明显的宏观塑性的断裂. 脆性断裂—指材料在断裂之前不发生或发生很小的宏观 可见的塑性变形的断裂. 韧性-脆性断裂——又称准脆性断裂.是一种塑性和脆性 混合的断裂. (2)按断裂路径分: 沿晶断裂 ,穿晶断裂,混晶断裂. 2. 断口分析方法 对金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察,可 以看到其断口可分为纤维状区,放射状区及剪切唇区三 个不同的区域.
脆性断裂
工程构件在很少或不出现宏观塑性变形(一般按光滑拉 伸试样的ψ<5%)情况下发生的断裂称作脆性断裂,因其 断裂应力低于材料的屈服强度,故又称作低应力断裂。 钢丝绳：断裂有预兆。 由于脆性断裂大都没有事先预兆,具有突发性,对工程构 件与设备以及人身安全常常造成极其严重的后果。因此, 脆性断裂是人们力图予以避免的一种断裂失效模式。尽 管各国工程界对脆性断裂的分析与预防研究极为重视, 从工程构件的设计、用材、制造到使用维护的全过程中, 采取了种种措施,然而,由于脆性断裂的复杂性,至今由脆 性断裂失效导致的灾难性事故仍时有发生。
汽车零部件失效模式及其分析
⒉分子吸附 理论 ⒊粘着理论 ⒋分子－机 械理论
⒉摩擦分类
分类方式 按摩擦副 的相对运 动形式 内容 滑动摩擦 滚动摩擦 复合摩擦 固体摩擦 按摩擦副 表面的润 滑状况 流体摩擦 边界摩擦 举例 活塞与活塞环在气缸孔的往复运动 滚动轴承滚柱、滚珠与内、外圈滚 道表面间的摩擦 凸轮轴凸轮与气门挺杆表面间、齿 轮传动机构轮齿表面所发生的摩擦 汽车离合器、制动器 桶面活塞环与气缸壁、轴颈与轴瓦 发动机活塞环与缸套上部、配汽机 构凸轮与挺杆、齿轮传动副的齿面
以疲劳破坏为主的假说： 金属的同 一显微体积经多次塑性变形， 小颗粒从 表层上脱落下来。 不排除同时存在磨料 直接切下金属的过程。 滚动接触疲劳破 坏产生的微粒多呈球形。 “备注”
以压痕为主的假说： 对塑性较大的 材料；磨料在压力作用下压入材料表 面，梨耕另一金属表面，形成沟槽，使 金属表面受到严重的塑性变形压痕两 侧金属已经破坏，磨料极易使其脱落。
单分子层吸附膜的润滑作用模型
• 在边界摩擦情况 下，当摩擦副表 面相对运动时， 由于两表面上各 自的吸附膜象两 把毛刷相互滑动， 从而避免了金属 摩擦副表面直接 接触，降低了摩 擦系数。起到了 润滑作用。
当边界膜是反应膜时，由于摩 擦主要发生在此熔点低、剪切强度 低的反应膜内，从而有效的防止了 金属摩擦副表面直接接触，也能使 摩擦系数降低。
以断裂为主的假说针对脆性材料，以 脆性断裂为主； 磨料压入和擦划金属表面， 压痕处的金属产生变形，磨料压入的深度 达到临界深度时，随压力而产生的拉伸应 力足以使裂纹产生。 裂纹主要有两种形式， 垂直表面的中间裂纹和从压痕底部向表面 扩展的横向裂纹。
总之，磨料磨损机理是属于 磨料的机械作用，这种机械作用 在很大程度上与磨料的性质、形 状及尺寸大小、固定的程度及载 荷作用下磨料与被磨表面的机械 性能有关。
2-1汽车零部件失效概述 - 副本
在解释使用结果或计算可靠性特征量的数值 时，必须计入的失效
在解释使用结果或计算可靠性特征量的数值 时，不应计入的失效
因设计、制造、材料等方面的缺陷，使产品 在工作初期发生的失效
产品在使用中，由偶然因素发生的失效
由于老化、磨损、耗损、疲劳等原因，使产 品发生的失效
第一节 汽车零部件失效概述
汽车零件主要的失效模式:
汽车维修工程
第二章 汽车零部件的失效理论
本章重点:
了解汽车零件失效类型和原因 熟悉磨损失效的形式和机理 掌握汽车零件磨损的因素及磨损规律 了解汽车零件的疲劳断裂失效和汽车零件的腐蚀失效 熟悉汽车零件的变形失效形式和机理 掌握汽车零部件失效的综合分析的方法
第一节 汽车零部件失效概述
产品失效﹕规定条件下、时间内，不能完成规定效能的现象， 也称为故障。 失效→不可修复产品； 故障→可修复产品 汽车零件的失效﹕汽车运行中，零部件逐渐丧失原有性能或 所要求的性能，引起技术状况变差，至不能履行规定功能。
气缸壁与活塞环
混合摩擦
干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在
曲轴轴颈与轴承
实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的。
第三 节 汽车零部件的磨损失效
油楔部位产生一个使曲 轴抬起的流体动压力， 推动曲轴上移
第三 节 汽车零部件的磨损失效
2.汽车零件的磨损
定义：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失
汽车零件的失效原因
汽车零件的失效原因
（1）道路条件的影响。 （2）运行条件的影响。 （3）气候条件的影响 （4）维修水平的影响。
第一节 汽车零部件失效概述
使用条件对汽车零件技术状况的影响
（1）道路条件 道路状况和断面形状等决定了汽车及总成的工况（载荷
在解释使用结果或计算可靠性特征量的数值 时，不应计入的失效
因设计、制造、材料等方面的缺陷，使产品 在工作初期发生的失效
产品在使用中，由偶然因素发生的失效
由于老化、磨损、耗损、疲劳等原因，使产 品发生的失效
第一节 汽车零部件失效概述
汽车零件主要的失效模式:
汽车维修工程
第二章 汽车零部件的失效理论
本章重点:
了解汽车零件失效类型和原因 熟悉磨损失效的形式和机理 掌握汽车零件磨损的因素及磨损规律 了解汽车零件的疲劳断裂失效和汽车零件的腐蚀失效 熟悉汽车零件的变形失效形式和机理 掌握汽车零部件失效的综合分析的方法
第一节 汽车零部件失效概述
产品失效﹕规定条件下、时间内，不能完成规定效能的现象， 也称为故障。 失效→不可修复产品； 故障→可修复产品 汽车零件的失效﹕汽车运行中，零部件逐渐丧失原有性能或 所要求的性能，引起技术状况变差，至不能履行规定功能。
气缸壁与活塞环
混合摩擦
干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在
曲轴轴颈与轴承
实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的。
第三 节 汽车零部件的磨损失效
油楔部位产生一个使曲 轴抬起的流体动压力， 推动曲轴上移
第三 节 汽车零部件的磨损失效
2.汽车零件的磨损
定义：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失
汽车零件的失效原因
汽车零件的失效原因
（1）道路条件的影响。 （2）运行条件的影响。 （3）气候条件的影响 （4）维修水平的影响。
第一节 汽车零部件失效概述
使用条件对汽车零件技术状况的影响
（1）道路条件 道路状况和断面形状等决定了汽车及总成的工况（载荷
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四节:零件在使用中变形的原因 第四节 零件在使用中变形的原因
工程机械零件产生变形的原因大致有以下几方面 工程机械零件产生变形的原因大致有以下几方面: 一:毛坯制造方面 毛坯制造方面 高温冷却过程,制成过程 二:机械加工过程 机械加工过程 一是破坏了原内应力的平衡而产生的变形,二是切削加工 过程中的残余应力在以后引起零件的变形. 三:修理质量方面 修理质量方面 工程机械修理时一要考虑变形的因素,二是修理操作应正 确.修理中的焊接,堆焊,压力加工等都会产生新的应力和 变形,应引起注意. 四:使用方面 使用方面 使用中的超载,温度过高,设计时零部布置不合理都会引零 件的变形.
对称的两部分晶体称为孪晶,或双晶 孪晶所需剪切力较大,在密排六方结构晶体中常可发现孪 生;在体心立方体结构的晶体中只有在低温或冲击时才 会发生孪生变形;面心立方结构的金属一般不会发生孪 生变形
三:多晶体塑性变形的特点 多晶体塑性变形的特点
实际金属多为多晶体,其内既存在位向不同的相邻晶粒 位向不同的相邻晶粒 又存在晶界 晶界,其塑性变形比单晶体要复杂. 晶界 晶界:晶粒间的过度层,原子排列混乱,又常集中有杂质. 晶界 故变形抗力较大.晶界的存在增加了晶体滑移的阻力,提 高了多晶体的强度. 相邻晶粒位向不同的晶体 相邻晶粒位向不同的晶体,当某一晶粒处于有利地位开 始发生滑移时,必然会遇到周围的位向不同的其它晶粒 的阻碍,增加了多晶体滑移的阻力. 细晶粒金属的强度 硬度 塑性和韧性为什么比较高 晶 细晶粒金属的强度,硬度 塑性和韧性为什么比较高?晶 硬度,塑性和韧性为什么比较高 粒越细,这些性能越高 这些性能越高? 粒越细 这些性能越高 因存在位向不同和晶界故变形抗力较大,强度和硬度较高, 晶粒愈细,强度和硬度较高.在一定体积内的晶粒愈多,塑 性变形时位向有利于滑移的晶粒数目愈多,减少了应力 集中在少数晶粒内导致早期破坏的可能性,从而在断裂 之前可承受较大的变形,表现出较高的塑性和韧性.
二. 金属的塑性变形 单晶体在剪应力作用下会发生塑性变形,其变形是通过滑移 和孪生方式进行的,其中滑移是基本方式. (一) 滑移 一 单晶体在剪切应力作用下,产生弹性变形,晶格发生微小扭曲.外力 去除后,晶格又恢复原状.若剪切应力继续增大到一定临界值后,一 部分晶体沿着晶界面相对另一部分晶体产生滑动,滑移后滑移面 两侧的原子又重新处于平衡状态,外力去除后,不能恢复原状
晶体的滑移是沿什么位置和方向发生的呢? 晶体的滑移是沿什么位置和方向发生的呢 大量试验观察表明;滑移主要发生在哪些原子排列最紧密的晶 面或较紧密的晶面,并沿该晶面上原子排列最紧密的晶向滑行
.
如下图所示:A晶面原子排列密度最大,B晶面原子排列密度较 . 小.A晶面其面间距离AA与其它晶面的面间距离(BB)相比为 最大,因而面间的原结合力最弱,最易发生滑移.
思考题:P23 1.
2.
第二节:塑性变形对金属组织和性能的影响 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
一:加工硬化 加工硬化 因冷变形加工而引起金属随变形程度的增加,金属的强度和硬度 的提高,塑性和韧性下降的现象. (σ b为强度极限,δ 为延伸率,ψ 为压缩率 ) 加工硬化在生产实际中具有重要意义.
二:冷加工变形时金属组织结构的变化 冷加工变形时金属组织结构的变化 1:显微组织的变化 金属多晶体在扎制过程中,各晶粒将顺金属的变形方向被 拉长,当变形量很大时,晶粒将变成纤维状的纤维组织
晶体的滑移过程是随着外力的增加而逐步进行的. 开 始在第一个滑移面进行,随着滑移的进行,加工硬化,在该滑 移面滑移的阻力增大最终停止.若外力继续增大,晶体又沿 着别的晶界面产生滑移,随着外力的不断的增大,滑移将沿 一系列晶界面进行,从而在宏观上表现为塑性变形现象. 右图表示单晶体在受力作用下的 变形示意图: 单晶体在拉力作用下变形时,在 滑移面上的外力将分解为垂直于 滑移面的正应力和平行于滑移面 的剪切应力,晶体在正应力作用下 发生一定的弹性变形,而在剪切应 力作用下将沿一系列晶面产生滑 移,最终结果是整个晶体沿着外力 的方向被拉长,外力去除后,只恢复 其弹性变形部分,而塑性变形部分 被保留下来.
2:亚晶细化 亚晶细化 塑性变形时,多晶体的每个晶粒内的亚晶将发生细化,如铸态金 属的亚晶粒的边长为 102 cm ,塑性变形后细化为 104 ~ 106 cm 导致强度和硬度的增加,这是产生加工硬化的原因之一. 3:晶体缺陷的增加 晶体缺陷的增加 随塑性变形的增加,其亚晶细化,亚晶界,空位和位错的密度也将增 加,这将使金属的强度和硬度大大提高,这是金属产生加工硬化 的另一个重要原因. 三:内应力 :内应力 金属经过冷变形加工后,其内各部分因不均匀变形而产生残余内 应力.共有三类: 1:第一类内应力(宏观内应力) 由金属各部分变形不均匀产生的宽范围的内应力. 2:第二类内应力(晶间内应力) 由金属冷塑性变形时,晶粒或亚晶变形不均匀所引起的. 3:第三类内应力(晶格畸变内应力): 因冷塑变形产生的空位,位错, 亚晶界等缺限,在缺限附近引起晶格畸变而产生的内应力.
第三节:零件冷却过程中的应力和应变 第三节 零件冷却过程中的应力和应变
一:内应力的形成 内应力的形成 零件的冷却过程中,因内部相连部分体积变化不均匀,互相牵制而 产生的内应力. 1:热应力 热应力 它是由零件相连部分断面的厚簿不同,冷却速度不一致,收缩时有 先后而引起的的应力.其过程如图所视 通常厚壁受拉,薄壁受压. 2:相变应力 相变应力 它是指零件内由于组织转化,发生 体积改变引起的应力. 如灰铸铁由奥氏体转化为铁素体 和析出石墨时的体积膨胀.零件表层 冷却快,先相变而体积膨胀,当内部冷却 到相变时而膨胀时,则受外部限制,因此, 内受压而外受拉.
第五节:减轻变形危害的措施 第五节 减轻变形危害的措施
一:设计方面 设计方面 1:合理布置各零部件,改善零件的受力状况,减少变形. 2:尽量使零部件厚薄均匀. 二:制造方面 制造方面 1:在毛坯制造后及机加工过程中,应安排足够的消内应力的工序. 2:粗加工与精加工应分开,并有一定的间隔时间. 三:修理方面 修理方面 工程机械大修时不能只检查配合面的磨损情况,还应检查其形状精 , 度和位置精度. 四:使用方面 使用方面 1:避免超载和局部高温 2:正确安装设备,使各部件尽量少受持续应力的作用. 3:移动部件停机时的位置应适当. 4:精密机床不能用于粗加工. 5:备品备件的存放应适当.
第二章. 第二章 零件变形失效
实践中,许多零件的磨损部位虽然恢复到原有的尺寸、形状 和表面质量,但使用效果常常大不到原有水平,使用寿命也大为 缩短.研究发现,其原因主要是零件变形造成的,使原有精度造 . 到破坏. 如有人曾对汽车零部件的变形情况进行过调查发现,不论 使用中的零件还是未使用的备件,经过一年后测量,发现所 有的零件都发生了不同程度的变形,约有80%的零件的变 形量都超过了规定的技术标准.再使用一年后再测,发现第 二年零件的变形量甚微. 因零件复杂,加之变形对机械设备的工况和使用寿命的影响 不易直接看出,常常未能引起使用者和维修者的重视.
第一节:变形的基本形式 第一节 变形的基本形式
金属受力变形分为两个阶段:弹性 弹性变形阶段和塑性 塑性变形阶段 金属受力变形 弹性 塑性 一:金属的弹性变形 金属的弹性变形 是一种应力与应变之间呈线性关系,应力消失后,变形完全消失.
一:包申格效应 包申格效应 当对一个试件预先加载变形,然后再同向加载变形时,弹性极限 升高;反向加载变形时,弹性极限降低的现象.
滑移为什么主要发生在原子 排列在最紧密的晶面,并沿该 排列在最紧密的晶面 并沿该 晶面原子排列最紧密的方向 向滑行? 向滑行
滑移是怎样进行的? 滑移是怎样进行的
.
滑移是位错在切应力作用下运动的结果.
二:孪生 孪生
晶体变形的另一种方式-----孪生.它是指晶体的一部分 在剪切应力作用下,沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生 方向)进行的均匀剪切变形.如图2-8
这种现象可以很好地解决金属变形后起弹性极限变花的问题. 消除包申格效应的办法:给予较大的残余塑性变形,或在引起金 消除包申格效应的办法 0 0 属恢复或再结晶的温度下退火.(钢在400~500 C ;铜250~270 CC)
0
.
二:弹性后效 弹性后效 把一定大小的拉力突然加到多晶体试样上,试样立即产生的应变, 只是该力所应该引起的总应变的一部分,其余部分的应变是在该 负荷长期保持下渐渐产生的现象称为正弹性后效.当外力突然去 除时,应变也不是全部立即消失,而只是消失一部分,其余部分以 后逐渐消失的现象称为反弹性后效.这种应变总落后于应力的现 象称为弹性后效. 它与材料的性质,应力的大小,状态,稳度等有关.结构愈不均 匀,作用力愈大,稳度愈高,则弹性后效愈大.剪切力影响最为显著; 单晶体金属不存在弹性后效. 消除弹性后效的办法是长时间的回火.(钢的回火温度300~450 ) 消除弹性后效的办法
二:内应力的影响 内应力的影响 当内应力超过零件材料的弹性极限时,零件将发生变形. 当内应力小于弹性极限时,将以残余应力形式保存于零 件中,若切去零件的一部分时,原内应力平衡遭破坏,零件 将发生变形.若零件送去热处理或被投入使用,内应力与 热处理应力或外载荷的叠加,零件也可能产生变形,甚至 断裂. 三:内应力的消除 内应力的消除 1:自然时效处理 1:自然时效处理 内应力不稳定,具有在12~20个月内,零件会慢慢发生塑性 变形, 应力逐渐消失的特点. 2:人工时效处理 人工时效处理 具有内应力的零件受高温或振动时,金属原子吸收能量,活 力加大,具有加速应力消除的特点. 铸件的退火处理是将铸件加热到接近塑性状态的温度,保 持一段时间,使铸件在残余应力作用下发生塑性变形,消 去应力.