机械零件失效
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机械零件失效形式及诊断
同样，在有裂纹存在情况下由断裂韧性求得
c =1564.5MPa（工作应力，960MPa）。
在具有脆断倾向的构件中，决定零件或构件断裂与否的关 键因素是材料的韧性，而不是传统的强度指标，片面地追求高 强度和较大的强度安全系数，往往导致韧性的降低，反而容易 促使宏观脆性的、危险的低应力断裂。
19
失效分析本章总结失效形式的分类失效形式的分类重点掌握重点掌握零件的服役条件零件的服役条件重点掌握重点掌握设计制造因素设计制造因素使用维修因素使用维修因素失效的宏观形态失效的诱发原因产品的使用过程失效机理失效等级评定受力状况工作环境修复替代衰老损伤器官成为医学界的重点研究领域再生医学研究和应用成为治疗许多传统医学难以解决的重大疾病如白血病帕金森氏症的新希望
根据题意 传动轴的转速 n=2100/2.81=747.3 r/min ， 传动轴的功率 N=50 kW 得： 传动轴的扭矩Ｍn：
50 3 M 9550 10 n 2100 747 . 3
传动轴的抗扭截面系数Wp：
传动轴的最大剪切应力max：
W p
max
3 d3 35
章机械零件失效形 式
及诊断
2010.10.28
主要内容
2.1 失效分类及诊断 2.2 机械零件失效原因概述
失效分析
失效分析
大型汽轮机 转子
失效分析
轴
叶轮
疲劳断裂破坏
失效分析
转子轴
疲劳开裂
疲劳断裂破坏
失效分析
叶片击穿厂房
失效分析
抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力）
静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程 中最为关注的基本失效模式。
失效分析
2.5.3 平面拉应力
机械零件失效形式及诊断
机械零件失效形式及诊断1. 引言机械零件是任何机械设备中最关键的组成部分之一。
随着机械设备的运行时间增加，零件的失效概率也会增加。
因此，了解机械零件的失效形式以及如何进行诊断对于设备的维护和保养至关重要。
本文将讨论常见的机械零件失效形式以及相应的诊断方法，希望能给读者提供一些有益的知识和实用的技巧。
2. 机械零件失效形式2.1 磨损失效磨损是机械设备常见的失效形式之一。
机械零件在长时间的摩擦和磨损中会出现磨损现象，导致零件尺寸变小、表面质量下降等问题。
常见的磨损形式包括表面磨损、疲劳磨损和焊接磨损等。
2.2 塑性变形失效塑性变形是指机械零件在受外力作用下发生塑性变形，导致零件形状和尺寸的永久性变化。
塑性变形常见的形式有弯曲、扭转和压扁等。
2.3 断裂失效断裂是机械设备中最严重的失效形式之一。
机械零件在受到较大的外力作用下可能会发生断裂，导致机械设备无法正常工作。
常见的断裂形式包括静态断裂、疲劳断裂和韧性断裂等。
2.4 腐蚀失效腐蚀是指机械零件在介质中受到化学反应导致金属表面发生腐蚀破坏的现象。
腐蚀会导致机械零件的表面质量下降、尺寸变化等问题。
3. 机械零件失效的诊断方法3.1 监测技术通过使用各种监测技术，可以实时监测机械零件的工作状态和性能参数。
这些监测技术包括振动监测、噪声监测、温度监测等。
通过对监测数据的分析和比对，可以及时发现机械零件的异常情况，进而进行相应的维修和更换。
3.2 检查和观察定期的检查和观察是诊断机械零件失效的有效方法之一。
通过检查和观察，可以发现机械零件的磨损、变形、断裂等异常情况。
同时，还可以观察机械零件的润滑情况、磨损程度等。
这些信息对于及时诊断并防止机械零件失效具有重要意义。
3.3 非破坏性检测技术非破坏性检测技术可以在不破坏机械零件的情况下检测其内部的缺陷和损伤。
这些技术包括超声波检测、磁粉检测、射线检测等。
通过分析和评估检测结果，可以及时发现机械零件的问题，并采取相应的修复措施。
机械零件的失效形式及其对策
力、润滑与防护情况、温度、材料、表面质量和配合间隙等。
以摩擦副为主要零件的机械设备，在正常运转时，机械零件的磨损过程一般可分为磨
合(跑合)阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段，
％的零件因磨损而失效报废。据估计，世界上的能源消耗约有30％～50％是由于摩擦和磨
损造成的。
摩擦和磨损涉及的科学技术领域甚广，特别是磨损，它是一种微观和动态的过程，
在这一过程中，机械零件不仅会发生外形和尺寸的变化，而且会出现其他各种物理、化学和
机械现象。零件的工作条件是影响磨损的基本因素。这些条件主要包括：运动速度、相对压
生尺寸、形状和表面质量变化的现象称为磨损。摩擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦的
必然结果，两者均发生于材料表面。摩擦与磨损相伴产生，造成机械零件的失效。当机械零
件配合面产生的磨损超过一定限度时，会引起配合性质的改变，使间隙加大、润滑条件变坏。
产生冲击，磨损就会变得越来越严重，在这种情况下极易发生事故。一般机械设备中约有80
强烈振动、出现不正常的声响等。
机电设备的故障分为自然故障和事故性故障两类。自然故障是指机器各部分零件的正常
磨损或物理、化学变化造成零件的变形、断裂、蚀损等，使机器零件失效所引起的故障。事
故性故障是指因维护和调整不当，违反操作规程或使用了质量不合格的零件和材料等造成的
故障，这种故障是人为造成的，可以避免。
机器的故障和机械零件的失效密不可分。机械设备类型很多，其运行工况和环境条件差
异很大。机械零件失效模式也很多，主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
相接触的物体相互移动时发生阻力的现象称为摩擦。相对运动的零件的摩擦表面发
以摩擦副为主要零件的机械设备，在正常运转时，机械零件的磨损过程一般可分为磨
合(跑合)阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段，
％的零件因磨损而失效报废。据估计，世界上的能源消耗约有30％～50％是由于摩擦和磨
损造成的。
摩擦和磨损涉及的科学技术领域甚广，特别是磨损，它是一种微观和动态的过程，
在这一过程中，机械零件不仅会发生外形和尺寸的变化，而且会出现其他各种物理、化学和
机械现象。零件的工作条件是影响磨损的基本因素。这些条件主要包括：运动速度、相对压
生尺寸、形状和表面质量变化的现象称为磨损。摩擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦的
必然结果，两者均发生于材料表面。摩擦与磨损相伴产生，造成机械零件的失效。当机械零
件配合面产生的磨损超过一定限度时，会引起配合性质的改变，使间隙加大、润滑条件变坏。
产生冲击，磨损就会变得越来越严重，在这种情况下极易发生事故。一般机械设备中约有80
强烈振动、出现不正常的声响等。
机电设备的故障分为自然故障和事故性故障两类。自然故障是指机器各部分零件的正常
磨损或物理、化学变化造成零件的变形、断裂、蚀损等，使机器零件失效所引起的故障。事
故性故障是指因维护和调整不当，违反操作规程或使用了质量不合格的零件和材料等造成的
故障，这种故障是人为造成的，可以避免。
机器的故障和机械零件的失效密不可分。机械设备类型很多，其运行工况和环境条件差
异很大。机械零件失效模式也很多，主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
相接触的物体相互移动时发生阻力的现象称为摩擦。相对运动的零件的摩擦表面发
机械零件失效的概念
机械零件失效是指在使用过程中，由于各种原因导致机械零件无法继续正常工作或完成其预期功能的状态。
这种失效可能发生在单个零件上，也可能涉及整个机械系统。
机械零件失效可以分为以下几种类型：
1.功能失效：机械零件无法继续执行其设计的功能。
例如，一个齿轮出现损坏，导致传动
系统停止工作。
2.结构失效：机械零件的结构损坏或破裂，无法承受设计负载或应力。
这可能是由于材料
疲劳、强度不足、过载等原因引起的。
3.磨损失效：机械零件由于长时间摩擦和磨损而失去预期的尺寸、形状或表面质量。
这包
括磨损、磨蚀、划伤、疲劳断裂等问题。
4.腐蚀失效：机械零件由于腐蚀作用而失去其材料的强度、质量或形状。
腐蚀可以是由化
学反应、湿气、酸碱介质等引起的。
5.疲劳失效：机械零件在长期循环加载下发生疲劳断裂。
这常常出现在频繁受力、振动或
应力集中的部位。
6.过载失效：机械零件由于超负荷工作而失效，导致其结构或性能受损。
7.安装和组装失效：机械零件在安装和组装过程中未正确安装或组装，导致功能故障或结
构失效。
机械零件失效可能对机械设备的正常运行造成严重影响，甚至引发事故。
因此，在设计、制造、安装和维护机械系统时，需要考虑失效模式和原因，并采取相应的预防措施，如材料选择、强度计算、润滑和维护等。
定期检查、维护和更换关键零件也是预防失效的重要措施。
02-04 机械零件的主要失效形式
2-4 机械零件的主要失效形式
本节主要讨论如下三方面问题：
（1）机械零件的失效；
（2）机械零件的主要失效形式；
（3）失效分析应注意的几个问题。
机械零件的失效
几个名词定义： • 机械零件由于某种原因而不能正常工作时，称为 失效； • 在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限 度，称为工作能力； • 一般来说，当零件的工作能力是对载荷而言时， 习惯上也称为承载能力。
机械零件的主要失效形式
（1）整体断裂；
（2）过大的残余变形； （3）零件的表面破坏； 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。 （4）破坏正常工作条件引起的失效。
失效分析应注意的几个问题
1. 零件到底业和不同机器上也不尽 相同； 2. 同一零件工作时可能会出现多种失效形式，在 分析时一定要抓住主要矛盾； 3. 腐蚀、磨损和疲劳是引起零件失效的主要原因， 所引起的失效约占73.88%。
本节主要讨论如下三方面问题：
（1）机械零件的失效；
（2）机械零件的主要失效形式；
（3）失效分析应注意的几个问题。
机械零件的失效
几个名词定义： • 机械零件由于某种原因而不能正常工作时，称为 失效； • 在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限 度，称为工作能力； • 一般来说，当零件的工作能力是对载荷而言时， 习惯上也称为承载能力。
机械零件的主要失效形式
（1）整体断裂；
（2）过大的残余变形； （3）零件的表面破坏； 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。 （4）破坏正常工作条件引起的失效。
失效分析应注意的几个问题
1. 零件到底业和不同机器上也不尽 相同； 2. 同一零件工作时可能会出现多种失效形式，在 分析时一定要抓住主要矛盾； 3. 腐蚀、磨损和疲劳是引起零件失效的主要原因， 所引起的失效约占73.88%。
机械零件的失效
沿晶断裂 ,穿晶断裂,混晶断裂.
一． 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。
磨损失效的基本影响因素
摩擦，磨损和润滑，即磨损失效涉及到摩擦 副的材质和磨损工况
磨损失效
触的一对金属表面，相对运动时金属表 面不断发生损耗或产生塑性变形，使金 属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损
防止和减少 磨损的方法 和途径
正确的选材是提高耐磨性的关键。
尽量保证液体润滑，对设备进行正确、 合理的润滑，能有效减少设备零部件 的磨损，延长设备使用寿命。
采用多种表面处理方法：如滚压、化 学表面热处理、镀铬、喷涂等
正确进行摩擦副的结构设计
设备正确的维护与使用对设备的寿命 影响很大。
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；
失效的基本因素
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
STEP5
设计因素—确定 材质，尺寸，结 构，提出必要的 技术文件：图纸, 说明书等.（非标 设备）
制造因素—铸、 锻、焊,机加工和 热处理等达不到 设计要求而导致 零件失效.
装配调试因素— 在安装过程中 , 未达到要求的质 量指标.
材质因素—选材 不当,材质内部缺 陷,毛坯加工或冷 热加工产生的缺 陷
一． 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。
磨损失效的基本影响因素
摩擦，磨损和润滑，即磨损失效涉及到摩擦 副的材质和磨损工况
磨损失效
触的一对金属表面，相对运动时金属表 面不断发生损耗或产生塑性变形，使金 属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损
防止和减少 磨损的方法 和途径
正确的选材是提高耐磨性的关键。
尽量保证液体润滑，对设备进行正确、 合理的润滑，能有效减少设备零部件 的磨损，延长设备使用寿命。
采用多种表面处理方法：如滚压、化 学表面热处理、镀铬、喷涂等
正确进行摩擦副的结构设计
设备正确的维护与使用对设备的寿命 影响很大。
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；
失效的基本因素
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
STEP5
设计因素—确定 材质，尺寸，结 构，提出必要的 技术文件：图纸, 说明书等.（非标 设备）
制造因素—铸、 锻、焊,机加工和 热处理等达不到 设计要求而导致 零件失效.
装配调试因素— 在安装过程中 , 未达到要求的质 量指标.
材质因素—选材 不当,材质内部缺 陷,毛坯加工或冷 热加工产生的缺 陷
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。
机械零件的失效和机械故障
机械零件的失效和机械故障(一)机械零件的失效和机械故障机械失去工作力量称为故障，机器零件丢失规定的工作力量称为失效。
机械的故障和零件的失效是分不开的。
由于零件正常磨损或物理化学变化引起的零件变形、断裂、蚀损等使零件失效而引起的故障，此类故障也叫做自然故障。
1、零件的磨损磨损是零件失效的最主要和普遍的形式。
2、零件的变形机器在工作过程中，由于受力的作用，使零件的尺寸和外形发生转变的现象叫变形。
金属的变形包括弹性变形和塑性变形。
3、零件的断裂零件在外力载荷作用下，首先发生弹性形变，当载荷所引起的应力超出弹性极限而连续增加时，材料可能产生塑性形变，最终应力超过强度极限时发生断裂。
4、蚀损零件在循环接触应力作用下表面发生的点状剥落称为疲惫点蚀；零件受四周介质的化学及电化学作用使表层金属发生的破坏称为腐蚀；零件在温度变化和介质作用下表面产生针状孔洞，并不断扩大称为穴蚀。
疲惫点蚀、腐蚀和穴蚀统称为蚀损。
(一)机械零件的失效和机械故障机械失去工作力量称为故障，机器零件丢失规定的工作力量称为失效。
机械的故障和零件的失效是分不开的。
由于零件正常磨损或物理化学变化引起的零件变形、断裂、蚀损等使零件失效而引起的故障，此类故障也叫做自然故障。
1、零件的磨损磨损是零件失效的最主要和普遍的形式。
2、零件的变形机器在工作过程中，由于受力的作用，使零件的尺寸和外形发生转变的现象叫变形。
金属的变形包括弹性变形和塑性变形。
3、零件的断裂零件在外力载荷作用下，首先发生弹性形变，当载荷所引起的应力超出弹性极限而连续增加时，材料可能产生塑性形变，最终应力超过强度极限时发生断裂。
4、蚀损零件在循环接触应力作用下表面发生的点状剥落称为疲惫点蚀；零件受四周介质的化学及电化学作用使表层金属发生的破坏称为腐蚀；零件在温度变化和介质作用下表面产生针状孔洞，并不断扩大称为穴蚀。
疲惫点蚀、腐蚀和穴蚀统称为蚀损。
机械零件的失效分析
任何零件受到外力作用都会产生弹性 变形。有些零件在一定载荷下只允许一定的 弹性变形，若发生过量弹性变形就会造成失 效。
如机床主轴、大型立式车床横梁、镗 床镗杆，机床导轨等。为了保证加工精度，要 求立式车床横梁因刀架重力产生的弹性变形要 小。若横梁刚度不够，则会造成车削的工件端 面中间凸的平面度误差，外圆有锥度。
接触疲劳磨损是零件表面在接触压应力的长期不断 反复作用下引起的一种表面疲劳剥落破坏现象。表现为在 接触表面上出现许多针状或痘状的凹坑称麻点。如长期工 作的齿轮的齿表面产生大量麻点后其啮合情况恶化，引起 噪声增大，振动增加，甚至齿根折断。
1.1 机械零件常见的失效形式
高温下工作零件的失效
对于许多在高温下工作的零件，只考虑室温下的 力学性能是不够的，因为高温下材料的强度随温度升高和 加载时间的延长而降低。
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
韧性断裂1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
脆性断裂
脆性断裂实物
河流花样
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
疲劳断裂
疲劳断裂实物
疲劳断裂显微形貌
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
断裂是最危险的一种失效形式，在 机械零件设计时，认真考虑如何防止断裂 事故发生是非常重要的。
1.2 机械零件失效的原因
•零件选材
选材错误或不合理会造成成批 零件报废，另外，材料的杂质、组织 状态对零件性能有显著的影响，因此 选材时应充分考虑并做认真检查。
1.2 机械零件失效的原因
•零件加工与装配
因零件的冷热加工或热处理不当 而产生的质量缺陷，也会构成引发零件 失效的危险源。机器装配或安装过程中， 由于装配不良，对中性较差等问题，使 机器在运转时产生附加应力及振动，就 会使零件过早失去应有功能。
如机床主轴、大型立式车床横梁、镗 床镗杆，机床导轨等。为了保证加工精度，要 求立式车床横梁因刀架重力产生的弹性变形要 小。若横梁刚度不够，则会造成车削的工件端 面中间凸的平面度误差，外圆有锥度。
接触疲劳磨损是零件表面在接触压应力的长期不断 反复作用下引起的一种表面疲劳剥落破坏现象。表现为在 接触表面上出现许多针状或痘状的凹坑称麻点。如长期工 作的齿轮的齿表面产生大量麻点后其啮合情况恶化，引起 噪声增大，振动增加，甚至齿根折断。
1.1 机械零件常见的失效形式
高温下工作零件的失效
对于许多在高温下工作的零件，只考虑室温下的 力学性能是不够的，因为高温下材料的强度随温度升高和 加载时间的延长而降低。
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
韧性断裂1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
脆性断裂
脆性断裂实物
河流花样
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
疲劳断裂
疲劳断裂实物
疲劳断裂显微形貌
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
断裂是最危险的一种失效形式，在 机械零件设计时，认真考虑如何防止断裂 事故发生是非常重要的。
1.2 机械零件失效的原因
•零件选材
选材错误或不合理会造成成批 零件报废，另外，材料的杂质、组织 状态对零件性能有显著的影响，因此 选材时应充分考虑并做认真检查。
1.2 机械零件失效的原因
•零件加工与装配
因零件的冷热加工或热处理不当 而产生的质量缺陷，也会构成引发零件 失效的危险源。机器装配或安装过程中， 由于装配不良，对中性较差等问题，使 机器在运转时产生附加应力及振动，就 会使零件过早失去应有功能。
机械零件的失效与强化
腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是在腐蚀介质与循环应力的联合作用下产生的。这种 由于腐蚀介质而引起的抗腐蚀疲劳性能的降低，称为腐蚀疲劳。 疲劳破坏的应力值低于屈服点，在一定的临界循环应力值（疲 劳极限或称疲劳寿命）以上时，才会发生疲劳破坏。而腐蚀疲 劳却可能在很低的应力条件下就发生破断，因而它是很危险的.
影响材料腐蚀疲劳的因素主要有应力交变速度、介质温度、介 质成分、材料尺寸、加工和热处理等。增加载荷循环速度、降 低介质的PH值或升高介质的温度，都会使腐蚀疲劳强度下降。 材料表面的损伤或较低的粗糙度所产生的应力集中，会使疲劳 极限下降，从而也会降低疲劳强度.
第八章 机械零件的失效与强化
第一节 零件的失效形式与分析方法
机械零件的失效：零件在使用过程中由于某种原因而丧失原 设计功能的现象。 失效分析的任务：找出失效的主要原因，制订改进措施，对 零件进行强化和韧化处理，提高零件的使用寿命。 零件失效有三种形式，即过量变形、断裂和表面损伤失效。
一、过量变形失效
细晶强化不但可提高强度，还可改善塑性和韧性。
4. 第二相强化
第二相强化是指利用合金中存在的第二相进行强化的现象。其 机理与第二相的形态、数量及在基体上的分布方式有关。
（1）弥散强化 材料通过基体中分布有细小、弥散的第二
相质点而产生强化的方法，称为分散强化。强化实质是第二 相质点与位错的交互作用，阻碍位错运动。
1. 过量弹性变形失效
2. 过量塑性变形失效
3. 蠕变变形失效
1. 过量弹性变形失效 零件由于产生过大的弹性变形而失效，称为弹性变形失效。 例如对于受弯扭的轴类零件，其过大变形量会造成轴上啮合 零件（齿轮）的严重偏载甚至啮合失常，进而导致传动失效。 2. 过量塑性变形失效 零件承受的应力超过其材料的屈服强度时发生塑性变形，过 量的塑性变形会使零件的相对位置发生变化，使整个机器运 转不良。变速器中齿轮的齿形发生过量塑变造成啮合不良、产生振动
1.1机械零件的失效
机械零件的失效
零件的变形 一个结构或零件，特别是基础零件在外加载荷的 作用下发生变形，将导致零部件之间相互位置精度遭 到破坏，影响各组成零件的相互关系。据估算，变形 对零部件寿命的影响在30%左右。对于金属切削机床 类设备，由于精度要求较高，变形的影响就更加突出。 在修理实践中发现，修理质量低、大修周期短的一个 重要原因就是零部件的变形。
项目一 机械设备修理的 基础知识
任务一 机械零件的失效
主讲：左 坤
机械零件失效
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。当设备的零部件 失效时，就意味着设备处于故障状态。 机器发生故障后，其技术经济指标部分或全 部下降而达不到预定要求，如功率下降、精度降 低、出现不正常的声响等。
零件表层会发生塑性变形和冷作硬化，因而产生内应力，引起
变形。
(3)操作使用 工程机械、矿山机械、冶金设备、锻压设备及其他热加工机械 设备等，在较恶劣的工况下工作，其个别零部件在极限载荷或超载 荷的情况下运行，高温导致零部件屈服强度降低，从而使零部件产 生变形。 (4)修理质量 在设备修理过程中，如果不考虑被修零件已经变形，常常会造 成零件更大的变形或增加变形的危害。
减少或消除零件蚀损的对策
1.正确选材（耐蚀材料塑料替代金属） 2.合理设计 3.覆盖保护层（镍、烙、锌、涂装、氧化、渗氮）
4.电化学保护(用活泼金属对零件阴极保护条件
4.机械零件的磨损及其对策
相接触的物体相互移动时发生阻力
零 件 的 磨 损
的现象称为摩擦。相对运动零件的摩擦
１.安全可靠性 2.准确性 3.经济性 4.可能性 5. 时间性
6、确定零件修换应考虑的因素
第八章 机械零件的失效与强化
（2）双相合金中的第二相强化 ）
当两相的体积和尺寸相 差不大，结构、成分、性能相差较大时， 差不大，结构、成分、性能相差较大时，欲使第二相起强化作 应使第二相成片层状，最好是粒状分布。 用，应使第二相成片层状，最好是粒状分布。
5. 相变强化
相变强化主要是指马氏体强化（ 上贝氏体强化），它是钢 相变强化主要是指马氏体强化（及上贝氏体强化），它是钢 马氏体强化 ）， 铁材料强化的重要途径。 铁材料强化的重要途径。相变强化不是一种独立的强化方 它是固溶强化、沉淀强化、形变强化、 式，它是固溶强化、沉淀强化、形变强化、细晶强化等多种 强化效果的综合， 强化效果的综合，是钢铁材料最经济而又最重要的一种强化 途径。 途径。
2. 调整化Βιβλιοθήκη 成分一方面调整钢的化学成分可直接影响其韧性；另一方面， 一方面调整钢的化学成分可直接影响其韧性；另一方面，可改变 热处理后的组织，而达到强韧化的目的。 热处理后的组织，而达到强韧化的目的。
3. 形变热处理
是将形变强化和相变强化结合的强韧化方法。机理是： 是将形变强化和相变强化结合的强韧化方法。机理是：奥氏体形 形变强化 结合的强韧化方法 变使位错密度增加，一方面由于动态回复形成稳定的亚结构，淬 变使位错密度增加，一方面由于动态回复形成稳定的亚结构， 火后得到细小的马氏体，板条马氏体数量增加， 火后得到细小的马氏体，板条马氏体数量增加，半条内位错密度 升高，使马氏体强化；另一方面为碳化物弥散析出提供条件， 升高，使马氏体强化；另一方面为碳化物弥散析出提供条件，获 得弥散强化效果。 得弥散强化效果。
（1）溶质原子引起晶格畸变，增加位错密度 ）溶质原子引起晶格畸变， （2）溶质原子与位错的交互作用 ）
2. 冷变形强化（加工硬化） 冷变形强化（加工硬化）
机械零件的失效分析
弹性指标：弹性极限和弹性 模量是设计弹性零件考虑的 性能指标。如汽车板簧和各 类弹簧等
强度和塑性指标：屈服强度 和塑性用于一般零件的抗断 裂设计。
硬度：在耐磨零件中必须考虑的 性能指标。如滚珠轴承、活塞环 等.
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
• 对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表 面涂层；电化学保护；加缓蚀剂
第六节 零件在高温下的蠕变变形和 断裂失效
问题 •金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？ •什么是材料的蠕变？ •评价金属材料高温力学性能指标有哪些？ •高温下零件的失效方式有哪些？如何防止？
一、材料在高温下的力学行为
• 材料的强度随温度的升高而降抵。 • 高温下材料的强度随时间的延长而降抵。 • 高温下材料的变形量随时间的延长而增加。
头
二、过量变形失效
• 过量弹性变形及抗力指标
• （1）零构件发生过量弹性变形失效： • Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） • 或者 q [q] （扭转条件下） • （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 • （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
• 过量塑性变形及抗力指标
• （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 • （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
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
强度和塑性指标：屈服强度 和塑性用于一般零件的抗断 裂设计。
硬度：在耐磨零件中必须考虑的 性能指标。如滚珠轴承、活塞环 等.
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
• 对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表 面涂层；电化学保护；加缓蚀剂
第六节 零件在高温下的蠕变变形和 断裂失效
问题 •金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？ •什么是材料的蠕变？ •评价金属材料高温力学性能指标有哪些？ •高温下零件的失效方式有哪些？如何防止？
一、材料在高温下的力学行为
• 材料的强度随温度的升高而降抵。 • 高温下材料的强度随时间的延长而降抵。 • 高温下材料的变形量随时间的延长而增加。
头
二、过量变形失效
• 过量弹性变形及抗力指标
• （1）零构件发生过量弹性变形失效： • Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） • 或者 q [q] （扭转条件下） • （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 • （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
• 过量塑性变形及抗力指标
• （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 • （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
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
机械零件的失效名词解释
机械零件的失效名词解释一、引言机械零件作为机械设备的重要组成部分，其失效会直接影响设备的正常运行和寿命。
本文旨在探讨机械零件失效的相关名词解释，揭示机械零件失效的本质以及与之相关的因素，为机械设备的维护和改进提供有益的参考。
二、疲劳失效疲劳失效是机械零件失效的常见形式之一。
机械零件在长期的工作循环中，由于受到交变载荷的作用，会导致零件结构内部的颗粒发生位移和摩擦，最终导致损坏和疲劳断裂。
这种失效常见于轴承、齿轮等工作环境下的零件，并且其失效往往与材料的强度、零件的设计等因素有关。
三、磨损失效磨损失效是机械零件失效的另一常见形式。
机械零件在摩擦、磨擦和碰撞等工作过程中，由于不断的物理刺激，会引起零件表面的材料流失，逐渐磨损达到失效的状态。
磨损失效对机械零件的寿命有着显著的影响，因此，在实际生产中，我们需要对零件进行适当的润滑和保养。
四、腐蚀失效腐蚀失效是机械零件失效的另一个重要方面。
机械零件在恶劣环境条件下，如酸雨、海水浸泡等，会发生化学反应，导致零件表面金属疏松、锈蚀等，最终使零件失去原有的功能。
腐蚀失效的程度取决于环境条件、材料的耐腐蚀性以及零件的设计等因素。
五、热失效热失效是指机械零件在高温环境下由于热膨胀、热疲劳等因素引起的失效。
高温环境会使得机械零件的材料结构发生变化，引起体积膨胀、内部应力增加等问题，最终导致零件失效。
因此，在应用于高温领域的机械零件设计中，需考虑材料的热性能和热膨胀系数等因素。
六、扭转和弯曲失效扭转和弯曲失效主要指的是机械零件在扭转或弯曲运动过程中，由于受到过大的力导致失效。
这种失效常见于连杆、轴等零件，其产生的原因主要包括设计强度不足、材料强度不够等问题。
因此，在设计和选择机械零件时，需要合理考虑应力分析、材料选择等因素。
七、振动失效振动失效是机械零件失效的另一重要方面。
机械设备在工作过程中会产生各种振动，长期的振动会导致零件的疲劳破坏、磨损增加等问题，最终导致失效。
机械零件失效的四种形式
为避 免这 种情况 出现 可采 取 以下措 施 ：
①选择 合 适 的材 料 和 构 件 结 构 ， 采 用 如
Ｅ值高的材料或者增加承载面积
②准确 确 定 构 件 的工 作 载 荷 ， 确 进 行 正
应 力计 算 。
③严格 工艺 流程 ， 减少残 余应 力 等 。
２ 断 裂
断裂是 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 的 部 分 的 现
期存放 不用 ， 必须 按 以下 要 求 进 行保 养 和检
查：
（） ５ 放净燃油及冷却水 （ 如加注的防锈 防 冻液 ， 则不要放） 。 （） ６ 门架降到最低位置。
（） ７ 刹住停 车制 动 。 （） 后轮 胎用楔 块 垫好 。 ８前
一
ｌ 叉车长期存放注意事项
除按《 使用维护说明书》 司机手册》 和《 中 关于“ 存放” 要求的“ 日常存放” 基础外 ， 还应 做下列保养和检查 ：
进行 后处 理工 艺 。即 表面 强 化工 艺 如感 应 热 处理 、 化学 热处 理 、 丸 等 。③ 对 于 承受 热 疲 喷
性、 单质性、 变形量小 等特点 ， 以造成 的危 所
害性不 大 。而塑性变 形 是 不 可逆 的变 形 即卸 去 外载 荷后 变形不会 消失 。这 样 的过 量 变形 就会 影 响构件 使用功 能 。
（） 季需停放 在 较高 且 干燥 的地 方 ， １雨 夏 季避免将 车辆 停 放在 软 质 地 面 上 ， 沥 青 地 如
（） ９ 即使长期不使用时， 也应每星期开动 次车辆 。开动时 ， 装上电瓶 ， 擦掉油缸活塞
杆上的防锈剂 ， 加满燃油及冷却水（ 冷却水 已 排掉）启动发动机 ， ， 使其完全预热。操作时， 应将车辆 前后开几 趟 ， 同时将 门架、 液压 系 统、 各操作件运动几次 ， 检查是否有渗漏等异 常现象 ， 使其保持 良好状态。 （０若叉车储存半 年以上不用 ， １） 则应对 车辆全面检查一次。检查各种橡胶 件、 密封
①选择 合 适 的材 料 和 构 件 结 构 ， 采 用 如
Ｅ值高的材料或者增加承载面积
②准确 确 定 构 件 的工 作 载 荷 ， 确 进 行 正
应 力计 算 。
③严格 工艺 流程 ， 减少残 余应 力 等 。
２ 断 裂
断裂是 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 的 部 分 的 现
期存放 不用 ， 必须 按 以下 要 求 进 行保 养 和检
查：
（） ５ 放净燃油及冷却水 （ 如加注的防锈 防 冻液 ， 则不要放） 。 （） ６ 门架降到最低位置。
（） ７ 刹住停 车制 动 。 （） 后轮 胎用楔 块 垫好 。 ８前
一
ｌ 叉车长期存放注意事项
除按《 使用维护说明书》 司机手册》 和《 中 关于“ 存放” 要求的“ 日常存放” 基础外 ， 还应 做下列保养和检查 ：
进行 后处 理工 艺 。即 表面 强 化工 艺 如感 应 热 处理 、 化学 热处 理 、 丸 等 。③ 对 于 承受 热 疲 喷
性、 单质性、 变形量小 等特点 ， 以造成 的危 所
害性不 大 。而塑性变 形 是 不 可逆 的变 形 即卸 去 外载 荷后 变形不会 消失 。这 样 的过 量 变形 就会 影 响构件 使用功 能 。
（） 季需停放 在 较高 且 干燥 的地 方 ， １雨 夏 季避免将 车辆 停 放在 软 质 地 面 上 ， 沥 青 地 如
（） ９ 即使长期不使用时， 也应每星期开动 次车辆 。开动时 ， 装上电瓶 ， 擦掉油缸活塞
杆上的防锈剂 ， 加满燃油及冷却水（ 冷却水 已 排掉）启动发动机 ， ， 使其完全预热。操作时， 应将车辆 前后开几 趟 ， 同时将 门架、 液压 系 统、 各操作件运动几次 ， 检查是否有渗漏等异 常现象 ， 使其保持 良好状态。 （０若叉车储存半 年以上不用 ， １） 则应对 车辆全面检查一次。检查各种橡胶 件、 密封
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4.1失效分析的步骤 一、收集原始材料 1、现场拍照，描述失效部位及程度。 2、整理该失效零部件的原始资料：材质、载荷、介质、温度、寿命等。 3、收集或截取好残骸及环境介质，注意断口的取样与保护。 二、失效残骸分析 如果多个零部件均发生破坏，要找出最先破断的，以其为重点分析对象。 1、单个零件宏观检查（肉眼） ⑴ 断裂部位、形式，塑性变形情况。 ⑵ 有无腐蚀、磨损等痕迹。 ⑶ 除断口外，其它部位有无裂纹及形态。 2、断口宏观检查（体式显微镜） ⑴ 找出裂纹源、扩展区和瞬断区。⑵ 断口三区所占面积及其与主应力 方向的关系，估计应力水平。⑶ 断口颜色，是否锈蚀。⑷ 断口形貌特 征。 3、断口微区分析（SEM+EDS, XRD, AEM） ⑴ 断口微区形貌特征；⑵ 断口微区腐蚀产物的化学成分；⑶ 断口裂纹 源的组织缺陷；⑷ 裂纹扩展前端的微观形态。
二、失效特征及判断 1、塑性断裂特征 ⑴ 断口附近有塑性变形或塑性变形处有微裂纹。 ⑵ 断口SEM观察，源区大面积韧窝。 ⑶ 断口或裂纹附近的高倍金相组织有明显的塑性变形层。 2、判断依据 ⑴ 有肉眼可见的塑性变形特征。 ⑵ 零件表面的脆性膜（氧化膜）开裂。 ⑶ 断口两侧不能拼合。 ⑷ 裂纹源区断口粗糙，呈纤维状，色泽灰暗。 三、预防措施 1、降低零件的实际应力 ⑴降低工作应力（加大承载面积） ⑵减少残余应力（表面处理） ⑶避免应力集中（圆角过渡） 2、提高材料的屈服强度
1.1 失效与失效学 一、概述 1、失效的概念：产品丧失其功能的现象。 2、失效类型： ⑴完全丧失其规定功能； ⑵部分丧失其规定功能，虽仍能工作，但已不能圆满完成规 定的任务； ⑶严重损伤，再不能安全地继续工作，应及时调换或修补。 3、失效形式：过量的变形、断裂和表面损伤。
二、失效事故的危害性 1、人员伤亡 国家对事故的评估等级是按人员伤亡数来划分的。在化工、交通运输 和航空航天等部门，一旦发生事故，容易造成人员伤亡。 2、直接经济损失 失效事故造成设备或装备的损坏报废，直接经济损失和达上千万元。 3、间接损失 ⑴企业自身停产或减产损失 例如：大庆油田油井的抽油杆和油管失效事故，使整个大庆油田每年 少产原油500万吨。。 ⑵环境污染 化工企业中的失效事故容易造成周围环境的严重污染。例如2005年10 月吉林石化爆炸事故对松花江的污染。 三、失效学 研究机械装置或设备的失效诊断、失效预测和预防的理论、技术和方 法及其工程应用的一门综合性学科。 失效分析已引起世界各国重视，成立各种学术机构开展研究活动。
3.8磨损失效 一、概述 摩擦：两接触物体相对运动过程； 磨损：一个零件相对于另一个零件摩擦时，相互接触表面发生材料损失。摩 擦现象（过程）的必然结果； 润滑：降低摩擦和减小磨损的重要措施。 二、磨损机制 1.氧化磨损（腐蚀磨损） 两接触表面相对摩擦时，表面上的氧化膜不断生成、破裂、脱落，从而造成 材料的损失。氧化磨损的磨损速率比较小。 2.咬合磨损（第一类粘着磨损） 在滑动摩擦条件下，接触表面某些接触点发生粘合和有撕扯下来的磨损形式。 磨损速率比较大。 3.热磨损（第二类粘着磨损） 在重载或速度很高的滑动摩擦条件下，大量的摩擦热会使接触表面发生局部 粘着，随后撕裂脱落。磨损速率最大。 4.磨粒磨损 接触表面的硬质点或游离的硬质颗粒对金属表面的磨损过程。磨损速率比较 大。
3.2过量塑性变形失效 一、过量塑性变形失效定义 机械零件受到的应力高于材料的屈服强度时，就产生塑 性变形，也称为屈服失效。（注意只变形，未断裂） 二、失效特征及判断 失效件有明显的塑性变形，将失效件进行测量或与正常 件对比即可确定。 三、预防措施 1、降低零件的实际应力 ⑴降低工作应力（加大承载面积） ⑵减少残余应力（表面处理） ⑶避免应力集中（圆角过渡） 2、提高材料的屈服强度
3.1过量弹性变形失效 一、过量弹性变形失效定义 在精密装配的机械中，当零件受应力作用产生的弹性变形超过规 定的期限时，造成零件的不正常匹配，产生失效。 例如：轴与轴瓦的热匹配问题。 二、失效特征及判断 1、失效产品是否有严格尺寸匹配要求，是否有高温或低温工作经 历。 2、失效产品的表面是否有划伤、磨损等痕迹。 3、设计中是否考虑了弹性变形（热膨胀）的影响，并采取了措施。 4、通过计算来验证是否有弹性变形失效的可能。 三、预防措施 1、选择合适的材料或结构。（考虑热膨胀和刚度） 2、确定适当的匹配尺寸。（铁轨留缝，电线下垂） 3、采用减少变形影响的转接件。（工厂管线中的∩形膨胀节）
三、预防措施 1、设计方面，保证零件工作温度高于材料的脆性转变温度， 减缓应力集中。 2、工艺方面，避免冶金缺陷，消除残余应力。 3、操作方面，使用过程平稳，避免冲击。 四、案例 1、冬季，北方温度低，运输车辆在超载的情况下，紧急刹 车或急转弯时，容易发生承载梁等部件的脆性断裂。 2、在化工厂中，低温贮缸或压力容器也容易发生低温脆性 断裂。 3、采油厂中，天然气管线液氮吹扫置换时，液氮容易造成 管线的低温脆性断裂。
3.６应力腐蚀失效 一、应力腐蚀开裂 金属材料在特定的腐蚀介质条件下，受拉应力作用，经一定时间后发生的裂 纹及断裂现象。 二、应力腐蚀断裂特点 １.应力腐蚀表现为脆性断裂 。 ２.。 ３.引起应力腐蚀的一定是拉应力。 ４.一定的金属材料只在一定的活性介质中才发生应力腐蚀开裂。 三、应力腐蚀预防措施 1、合理选择材料 根据应力水平和介质条件，选用耐应力腐蚀的材料。 2、消除构件中的残余拉应力 减少应力集中、退火、表面处理等方法消除残余拉应力，或产生残余压应力。 3、改善介质条件 减少介质中腐蚀元素含量、添加缓蚀剂等方法，减少介质的腐蚀作用。 4、采用电化学保护 5、表面涂层
三、失效零件的材质检验 1、力学性能测试 ⑴ 拉伸、压缩 ⑵ 冲击 ⑶ 硬度 2、化学成分分析 采用化学湿法、荧光光谱仪或质谱仪检测失效材料的化学成分，对照出其对应的材料 牌号。 3、金相组织分析 取断口附近的金相试样，用金相显微镜观察组织，分析晶粒度大小、组织形态、第二 相夹杂物等。 四、力学计算 根据收集的原始材料，进行失效部件的力学计算。 五、综合分析失效机理 对原始资料和实验数据进行综合分析，以断口特征为主，确定断裂失效类型。 六、模拟试验 在条件允许情况下，进行模拟现场工况的实验研究，进一步验证分析结论，进而评估 一下寿命。 七、查找失效原因，提出预防措施 结合现场实际情况，找出造成断裂失效的重要原因，有针对性的提出措施。
三、腐蚀疲劳失效 1、腐蚀疲劳定义 材料在循环应力和腐蚀介质双重作用下发生的一种失效形式。腐蚀疲劳无确 定的疲劳极限，裂纹孕育期短，扩展速率高。 2、腐蚀疲劳特点 断口上有较多的二次裂纹、腐蚀坑、锈斑等腐蚀产物。 四、疲劳失效的判断 1、交变载荷或应力，经一定时间循环。 2、宏观断口上，可区分出平坦的裂纹扩展区和粗糙的瞬断区；常有河滩花 样。 3、微观断口上，可观察到疲劳辉纹特征，这是重要依据。 4、热疲劳需要有交变温度循环。 五、提高疲劳抗力措施 1、优化设计、合理选材 减少应力集中，选用优质材料，避免材质或加工缺陷。 2、提高构件疲劳抗力的表面处理 ⑴ 表面淬火⑵ 喷丸或表面滚压⑶ 表面渗碳、氮等化学热处理⑷ 电镀或涂 层 3、对于热疲劳失效，改善材料塑性。
2.2 机械零件失效原因概述 一、零件的服役条件 1、受力状况 （1）载荷类型 （2）载荷性质 （3）应力状态 2、工作环境 （1）环境介质 常见的腐蚀介质：大气、水蒸气、H2S等腐蚀气氛；Cl-、OH-、NaOH、 H2S等液体介质。 （2）环境温度 低温、高温、热循环等。 二、设计和制造 1、设计 设计中对结构形状要考虑充分，避免造成应力集中和不匹配。选材上也 要考虑环境中的温度和介质的影响因素。 2、加工制造 避免加工制造中的工艺缺陷和装配损伤。 三、使用与维护 使用过程中的超载、润滑不良、锈蚀、不维护等因素均可造成失效。
3.5疲劳断裂失效 一、疲劳断裂定义 在交变循环在和作用下，经一定循环周次后发生的断裂。疲劳断裂原则上也属于 低应力脆性断裂。其应力水平低于材料的抗拉强度多数下低于屈服强度。 二、热疲劳 1、定义 在反复加热和冷却条件的构件，交变温度循环导致材料体积循环变化。当材料的 自由膨胀或收缩受到约束时，产生循环热应力或应变。在这种应力或应变作用下，或 其与机械应力联合作用下，导致疲劳是失效。热疲劳是塑性变形积累的结果。 2、热疲劳特征 裂纹从表面向内扩展，方向垂直表面。裂纹表面氧化严重，裂纹成锲型，腐蚀产 物充塞其中。 3、热疲劳失效原因： ⑴ 构件热膨胀受到约束； ⑵ 零件内部存在温度梯度； ⑶ 两组装件间存在温差； ⑷ 线膨胀系数不同的材料组合或连接。 注意高温疲劳和热疲劳的区别： 高温疲劳：在高温作用下，由交变机械应力引起的疲劳。
1.2失效分析的意义 一、预防失效 通过对失效机理和原因等的分析，有针对性地采取一些 预防措施，避免同类失效事故的发生。 二、进科学技术发展 推动故障诊断学、疲劳学、断裂力学、应力腐蚀等相关 学科的发展。 三、促进产品质量提高 通过对失效进行分析，采取预防措施，合理选料、改进 设计、完善工艺等途径，提高产品质量。
2.1失效分类及诊断 一、失效形式的分类 1、按失效的宏观特征划分为三大类：变形失效、断裂和表 面损伤。 2、按失效性质和特征又可细分成几小类 二、失效形式的诊断 一般诊断过程： 1、失效实物分析（断口、表面、形状） 2、力学和环境条件分析 3、失效模拟（实验或计算机） 使用过程中的超载、润滑不良、锈蚀、不维护等因素均可造 成失效。
3.7氢脆失效 一、氢脆定义 在应力和过量氢的作用下使金属的塑性、韧性下降的一种现象称为氢脆。 当应力小于氢脆的门槛应力时，不发生氢脆断裂。高强钢在室温下附近氢脆 敏感性最大。 二、氢脆失效类型及特征 1、白点 白点又称发裂，是锻件中存在过量氢造成。断口上可见银白色的椭圆形斑点。 2、氢蚀 氢与钢中碳发生反应，生成CH4气，导致塑性降低。断口呈晶粒状。钢的氢 脆温度为 300～500℃，低于200℃不发生氢脆。 3、氢化物致脆 钛合金及稀有金属中，氢易形成氢化物，使塑性、韧性降低，产生脆化。断 口上常发现氢化物。 三、预防措施 1、设法切断氢进入金属的途径 2、避免残余拉应力，通过表面处理获得残余压应力。 3、选用氢脆敏感低的材料。