机械失效分析与防护答案

名师整理优秀资源 中国石油大学（北京）远程教育学院机械失效分析与 防护期末复习题答案
一、 名词解释
1、 失效：构件不能正确行使其功能。

2、 偏析：金属在冷凝过程中，由于某些因素的影响形成的化学成分不均匀现象。

3、疲劳：金属构件在交变载荷作用下，虽然应力水平低于金属材料的抗拉强度，有时甚至低于屈服 极限，但经过一定的循环周期后，金属构件发生突然断裂，称为疲劳断裂。

4、 内应力：构件在无外力作用下，存在于内部并保持平衡的力。

5、 应力腐蚀断裂：材料在固定拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的断裂。

6、 缩孔：金属在冷凝过程屮由于体积的收缩而在铸锭或铸件心部形成管状
（或喇叭状）或分散
孔
洞。

7、 断裂：金属构件在应力作用下材料分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象。

8、 应力集中：零件截面有急剧变化处，引起局部地区的应力高于零件受到的平均应力的现象。

9、 痕迹：构件失效时，由于力学、化学、热学、电学等环境因素单独或协同作用，并在构件表
面或表面层留下了某种标记，称为痕迹。

二、 填空题
1、 N SR 越小，表示材料对缺口的敏感性越
大。

2、 金属构件发生脆性断裂时的微观形貌包括
河流花样、扇形花样、鱼骨状花样 5、带缺口的韧性断裂断口的宏观形貌 代表放射区。

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、构件失效后，对其进行失效分析前，需要对断口进行保护，目的是防止搬运过程屮6化学损伤。

机械损伤和的、构件产生裂纹的部位比较特殊，可能因为构件局部结构形状引起，也可能与材料 缺7。

陷有关，主要归结于应力因*
、塑性夹杂物和半塑性夹杂物。

8、构件中的夹杂物按其变形能力分 脆性夹杂物
3、 金属材料的断裂过程分为裂纹的萌生
4、 金属构件产生塑性变形失效的原因是
裂纹的扩展和断裂三个阶段。

过载。

a 代表纤维区、b 代表 最终断裂区、c
,既能电子导电，又能、金属构件发生高温氧化时，其表面生成的氧化膜是半导体9离子导电。

为分起始态10、金属构件发生失效时，有起始态、中间态和完成态，一般以失效的
析重点。

的能力表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹扩展、平面应变断裂韧性UK ic腐蚀、海水腐蚀和大气腐蚀。

、金属构件在自然条件下发生的腐蚀包括土壤12和经济性原则。

工艺性原则
13、典型零件的选材一般遵循的原则有使用性原则、先不破坏性或少破坏性检测，再做破坏性
14、失效构件进行理化检验遵循的原则是检测。

铁磁性。

15、构件进行磁粉检测后，要求检测对象具有
o放射区和剪切唇16、光滑圆棒状拉伸试样断口三要素包括纤维区、
轮胎压痕花样17、疲劳断口的微观特征有疲劳辉纹
过载、超温和材料变质。

18、金属构件产生弹性变形失效的原因有、构件发生
韧性断裂时，当材料含有较多的第二相质点或夹杂物时，形成的韧窝数量19 较多，且较
浅。

、金属构件失效过程的特点包括不可逆性、有序性、不稳定性和20积累性
应力原则和强度原则决定的。

、从宏观看，裂纹的走向是由21、构件进行磁粉检测后，还保留剩余磁性，影响使用，必须22退磁处理。

疲劳源、疲劳断口屮，用肉眼或低倍放大镜观察疲劳区屮磨得最亮的地方是23 o
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24、痕迹形成的三要素包括造痕物、留痕物和发生相互接触
25、对于带缺口的圆棒状拉伸试样的断口而言，由于缺口处存在应力集屮，裂纹在此处萌生和扩
展。

26、高温作用下，金属构件常见的变形失效包括蠕变和应力松弛。

三、选择题
1、按照产品的失效形态对金属构件失效形式进行分类，包括过量变形失效、（B ）失效、表面
损伤失效。

A.疲劳
B.断裂
C.腐蚀
D.磨损
2、金属在锻造及轧制过程屮容易产生的内部阻止缺陷有粗大的魏氏体组织、网络状碳化物和
（D ） o
A.夹渣
B.冷裂纹
C.折叠
D.表层脱碳
3、构件发生断裂时，判别其主裂纹的方法有T形法、（A ）、变形法和氧化法。

A.分枝法
B.应力原则
C.痕迹法
D.金相法
4、消除残余应力的方法有去应力退火、回火或自然时效处理以及（C ）o
A.振动法
B.锤击法
C.机械法
D.喷丸强化
5、失效分析测试技术的选用原则是（C ）、有效性、可能性和经济性。

A.重现性
B.简单性
C.可信性
D.直观性
6、金属构件发生微孔聚集型韧性断裂时，观察微观特征发现断口表面有大量的韧窝，形状有
A ）、剪切形和撕裂形。

A.等轴形
B. 椭圆形
C.圆形
7、腐蚀电池的工作过程包括阳极过程、阴极过程和（ A ） o
A.电流的流动
B.离子的流动
C. 电解质溶液
D.电子的流动
8、裂纹扩展的三种基本类型是（A ）、滑移型、撕裂型。

A.张开型
B.剪切型
C.抛物型
D.等轴型9、构件发生脆性断裂时，其断口与与主应力成（
A ） o
A. 90 0 B・ 60 0 C・ 45 0 D. 30 °
10、超声波检测对（B ）敏感，对单个气孔检出率低。

A.线缺陷
B.面状缺陷
C.体积型缺陷
11、构件发生韧性断裂时，其宏观断口为暗灰色纤维状，无闪烁金属光泽，断口与与主。

）D应力成（. 优秀资源名师整理
D. 45 0 0 B. 30 ° C. 60 ° A. 90、在焊接生产中遇到的裂纹是多
种多样的，根据裂纹产生本质看，有热裂纹、再热裂12 B ）和层状撕裂四类。

纹、（横向裂纹
D. B.冷裂纹C.夹渣A.纵向裂纹四、简答下列问题・根据下图叙述
韧性材料断口的形成过程。

并说明何为平面应力状态和平面应变状态。

最终断裂形成杯锥（e）d （）裂纹扩展）颈缩（b）空穴形成（c）空穴长大形成裂纹（1、a断口z = 0 z方向的应力为零，o平面应力状态：裂纹尖端处于二向应力状态，如薄板受力，其方向的位移被束缚，即平面应变状态：裂纹尖端处于三向应力状态，如厚板受力，其z = z u（ox + oy ）e z = 0,有z方向的应力，。

当断口有多个疲劳源萌和c分别代表哪个区域。

a2.下图为疲劳断口示意图，试说明、b生时，如何判断最先启裂点？b区的宏观形貌特征如
何。

c: b:疲劳裂纹萌生区、2a:疲劳裂纹扩展区最终断裂区起裂点的判定：有多个裂纹源时，疲劳条纹密度大，比较光泽明亮的为最初的。

区为疲劳裂纹扩展区，其宏观特征表现为沙滩状花样或贝壳状花样。

b
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3、简述构件中的裂纹扩展应遵循的原则。

在一般情况下，当材质比较均匀时，应力原则起主导作用，裂纹按应力原则扩展；当材质存在明显的不均匀性时，裂纹按强度原则扩展，强度原则起主导作用；当应力原则和强度原则一致时，无疑裂纹将沿着一致的方向扩展。

这就是存在于最大应力部位的缺陷对裂纹产生的影响很大的原因。

4、简述宏观腐蚀电池的类型。

异种金属接触电池（电偶电池）；浓差电池；温差电池。

5、简述降低构件应力集中的措施。

1）从强化材料方面降低应力集中的作用：表面热处理强化、薄壳淬火、喷丸强化、滚压强化
2）从设计方面降低应力集中系数：变截面部位的过渡、根据零件的受力方向和位置选择适当的开孔部位、在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔
6、简述构件中的夹杂物为何会形成裂纹源。

1）夹杂物造成钢材局部应力集中；
2）夹杂物本身断裂；
3）夹杂物与基体交界面产生断裂而成为裂纹源。

7、简述断口三要素的作用及影响因素。

1）确定裂纹源位置；
2）确定裂纹扩展方向；
3）根据三要素所占比例大小，粗略评价材料机械性能。

影响因素：零件形状；试验温度；加载速率
8、简述构件中形成微观腐蚀电池的原因。

原因：金属表面的电化学不均匀性。

金属化学成分不均匀性；组织结构的不均匀性；物理状态的不均匀性；金属表面膜的不完整性；
9、简述残余应力的产生途径。

热处理残余应力；表面化学热处理引起的残余应力；焊接残余应力；铸造残余应力；涂镀层引起的残余应力；切削加工残余应力
10、简述痕迹分析的程序。

发现和显现痕迹；提取、固定、显现、清洗、记录和保存痕迹；鉴定痕迹；模拟再现痕.
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迹；综合分析
11、简述断口分析有哪些依据。

断口的颜色及光泽；断口上的花纹；断口上的粗糙度；断口与最大正应力的交角；断口上的冶金缺陷12、简述构件发生弹性变形和塑性变形的区别。

弹性变形的特点：可逆性、单值性、变形量很
小；塑性变形的特点：不可逆性、变形量不恒定、慢速变形、伴随材料性能的变化
13、某管道公司在安装一长输管线的法兰时，法兰开裂，裂纹长约三分之二周长，距环焊缝有一定距离。

该法兰材质为16Mn,宏观断口分析发现断口表面呈现闪闪发光的小刻面，没有明显的塑性变形现象。

请根据失效分析程序制定一失效分析方案，如何才能确定该法兰断裂原因。

根据宏观断口分析发现断口表面呈现闪闪发光的小刻面，没有明显的塑性变形现彖可以初步判断法兰为脆性断裂。

具体分析步骤大体为：先进行无损检测或破坏性少的检测，再进行破坏性检测。

按照问、望、闻、切、模、结的步骤进行分析。

理化检验的步骤有先低倍检验，再进行金相分析观察显微组织，光谱或化学分析观察化学成分是否符合标准，利用机械性能试验判断材料的屈服强度、冲击功等是否符合标准，再利用扫描电子显微镜观察断口，如果微观断口有河流花样或鱼骨状花样或舌状花样等，则可进一步证实为脆性断裂。

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