第八章机械零件失效与选材mme
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影响弹性畸变的主要因素有：零件形状、尺寸、材 料的弹性模量、零第八件章工机械作零的件失温效与度选、载荷的大小。
材mme
二、塑性畸变失效
• 外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显 的塑性变形 (永久变形)。
●钢结构房梁承载过重发生塑性变形弯曲，导致倒塌；
●齿轮严重过载下运行，齿面出现鳞皱、起脊等塑 性畸变，导致齿轮失效；
• ●初步安装调试后，未按规定进行逐级加载跑合。
第八章机械零件失效与选 材mme
四、材质因素
• ●选材不当使零件达不到设计要求而导致失效。 • ●材质内部缺陷、毛坯加工(铸锻焊)工艺或冷热
加工(特别是热处理)工艺过程产生的材料内部缺 陷导致失效。
五、运转维修因素
●不正确的运转参数、忽视维修，导致零件失效。
第八章机械零件失效与选 材mme
• 二、制造(工艺)因素----工艺缺陷往往是使
零件达不到设计要求而导致失效的重要因素。
• ●零件在铸造过程中产生的疏松、夹渣； • ●锻造过程中产生的夹层、冷热裂纹； • ●焊接过程中未焊透、偏析、冷热裂纹； • ●机加工过程的尺寸公差和表面粗糙度不合
适； • ●热处理产生的缺陷，如淬裂、硬度不足、
伸轴大致成45角。 (2) 微观特征 ---蛇形滑移和延伸，间距不等、短而 且平行、不连续的条纹韧窝，大小相当于显微空洞
裂纹的一半。
第八章机械零件失效与选 材mme
2. 脆性断裂的特征
• 脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的 屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又 称为低应力脆断。脆性断裂以零件内部存在的宏 观裂纹(如肉眼可见的0.1 mm～ 1 mm)作为源 开始的。宏观裂纹可以是在生产工艺过程中产生 ，还可能是由于疲劳或应力腐蚀而产生。中、低 强度钢在10 ℃～1来自百度文库 ℃以下会由韧性状态转变为 脆性状态（韧-脆转变）。
畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变(长大或 缩小)、形状畸变(如弯曲或翘曲)。
●受轴向载荷的连杆可产生轴向拉、压变形
●轴的弯曲
●壳体的翘曲变形 ---发生畸变失效的零件不 能承受所规定载荷，不能起到规定的作用，
与其他零件的运转发生干扰。
第八章机械零件失效与选 材mme
一、弹性畸变失效
• 弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化，不恰 当的变形量导致失效。
第八章 机械零件的失效与选材
8.1 机械零件的失效及失效分析 8.2 零件失效形式 8.3 机械零件的选材原则 8.4 不同失效形式的选材分析
第八章机械零件失效与选 材mme
8.1 机械零件的失效及失效分析
• 失效 零件由于某种原因，导致其尺寸 、形状、或材料的组织与性能发生变化 而不能完满地完成指定的功能。
●运转工况参数(载荷、速度等)的监控是否准确；
●定期大、中、小检修的制度是否合理、执行；
●润滑条件是否保证, 润滑剂和润滑方法是否选得合 适，润滑装置冷却、加热和过滤系统功能是否正常。
第八章机械零件失效与选 材mme
8.2 零件失效形式
• 8.2.1 畸变失效 --畸变 指在某种程度上减
弱了零件规定功能的变形。
8.1.2 失效的基本因素
• 一、设计因素 ---为了保证产品质量，必须
精心设计，精心施工。根据零件在特定工况、 结构和环境等条件下可能发生的失效模式，建 立给定条件下正常工作的准则，确定合适的材 质、尺寸、结构，提出必要的技术文件。技术 文件 设备图纸和设计计算说明书。如设计有 误, 则机械设备或零件将不能使用或过早失效 。
回火脆性；
• ●精加工磨削中的磨削裂纹等。
第八章机械零件失效与选 材mme
三、安装调试因素
• 安装过程达不到所要求的质量指标，导致零 件失效。
• ●啮合传动件(齿轮、杆、螺旋等)的间隙不合适(过 松或过紧，接触状态未调整好)；
• ●连接零件必要的“防松”不可靠；
• ●铆焊结构的必要探伤检验不良；
• ●润滑与密封装置不良等；
●拉、压变形的杆、柱类零件，过大的弹性畸变量 导致支承件(如轴承)过载，机械因丧失尺寸精度造
成动作失误。
●弯、扭变形的轴类零件，过大的弹性畸变量会造 成轴上啮合零件的严重偏载，啮合失常。如轴承的
严重偏载，甚至咬死，导致传动失效；
●某些控制元件，如温控元件，予定的弹性变形(挠 度)是温控装置的精度的保证。
• 翘曲畸变往往是由温度、外加载荷、受力截面 、材料组成等不均匀性引起。其中以温度变化 ，特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。
●受力钢架翘曲变形； ●壳体在高温下形状翘曲。
第八章机械零件失效与选 材mme
8.2.2 断裂失效
机械零件因断裂而产生的失效称为断裂失效。
• 一、断裂失效的分类 • 塑性断裂 、脆性断裂 、疲劳断裂 、蠕变
(1) 宏观特征---在断裂前没有可以观察到的塑性变 形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口
边缘没有剪切“唇口”(或很小)。
第八章机械零件失效与选 材mme
(2) 微观特征
• 脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。
因原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂叫解理 断裂。断裂速度快，一般钢中的解理速度大约是 1030 m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿 着特定的晶面(称为解理面)发生，这些晶面一般
失效断裂
二、断口的分析方法
断口分析是断裂失效分析的关键，是断裂失效分析 的向导，指引断裂失效分析少走弯路。
例：金属材料的室温拉伸或冲 击试样的断口宏观观察，可以
看到断口分为：
第八章机械零件失效与选 材mme
三、断裂形式的特征
• 1. 韧（塑）性断裂的特征 (1) 宏观特征 ---宏观变形方式为颈缩，典型断口为 杯锥状断口，底部成纤维状剪切断口，其平面和拉
●螺栓严重过载被拉长，失去紧固作用。
引起零件塑性畸变的因素，除在弹性畸变中所述有关 影响因素外，常见的还有材质缺陷、使用不当、设计 有误等，特别是热处理不良更为突出，实际上往往是
多种因素的综合结果。
第八章机械零件失效与选 材mme
三、翘曲畸变失效
• 尺寸与方向上产生复杂变形，形成翘曲，导致 失效。
8.1.1 失效的分类
通常按失效模式和其相应的失效机理分类。
●
失效模式
失效的外在宏观表现和规律。
●失效机理 引起失效的微观物理、化学变化过程
。失效模式和失效机理相结合，宏观和微观相结合
、由表及里地揭示失效的物理本质。
第八章机械零件失效与选 材mme
机械零件最常见的失效模式及其失效 机理见下表。
第八章机械零件失效与选 材mme
材mme
二、塑性畸变失效
• 外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显 的塑性变形 (永久变形)。
●钢结构房梁承载过重发生塑性变形弯曲，导致倒塌；
●齿轮严重过载下运行，齿面出现鳞皱、起脊等塑 性畸变，导致齿轮失效；
• ●初步安装调试后，未按规定进行逐级加载跑合。
第八章机械零件失效与选 材mme
四、材质因素
• ●选材不当使零件达不到设计要求而导致失效。 • ●材质内部缺陷、毛坯加工(铸锻焊)工艺或冷热
加工(特别是热处理)工艺过程产生的材料内部缺 陷导致失效。
五、运转维修因素
●不正确的运转参数、忽视维修，导致零件失效。
第八章机械零件失效与选 材mme
• 二、制造(工艺)因素----工艺缺陷往往是使
零件达不到设计要求而导致失效的重要因素。
• ●零件在铸造过程中产生的疏松、夹渣； • ●锻造过程中产生的夹层、冷热裂纹； • ●焊接过程中未焊透、偏析、冷热裂纹； • ●机加工过程的尺寸公差和表面粗糙度不合
适； • ●热处理产生的缺陷，如淬裂、硬度不足、
伸轴大致成45角。 (2) 微观特征 ---蛇形滑移和延伸，间距不等、短而 且平行、不连续的条纹韧窝，大小相当于显微空洞
裂纹的一半。
第八章机械零件失效与选 材mme
2. 脆性断裂的特征
• 脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的 屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又 称为低应力脆断。脆性断裂以零件内部存在的宏 观裂纹(如肉眼可见的0.1 mm～ 1 mm)作为源 开始的。宏观裂纹可以是在生产工艺过程中产生 ，还可能是由于疲劳或应力腐蚀而产生。中、低 强度钢在10 ℃～1来自百度文库 ℃以下会由韧性状态转变为 脆性状态（韧-脆转变）。
畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变(长大或 缩小)、形状畸变(如弯曲或翘曲)。
●受轴向载荷的连杆可产生轴向拉、压变形
●轴的弯曲
●壳体的翘曲变形 ---发生畸变失效的零件不 能承受所规定载荷，不能起到规定的作用，
与其他零件的运转发生干扰。
第八章机械零件失效与选 材mme
一、弹性畸变失效
• 弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化，不恰 当的变形量导致失效。
第八章 机械零件的失效与选材
8.1 机械零件的失效及失效分析 8.2 零件失效形式 8.3 机械零件的选材原则 8.4 不同失效形式的选材分析
第八章机械零件失效与选 材mme
8.1 机械零件的失效及失效分析
• 失效 零件由于某种原因，导致其尺寸 、形状、或材料的组织与性能发生变化 而不能完满地完成指定的功能。
●运转工况参数(载荷、速度等)的监控是否准确；
●定期大、中、小检修的制度是否合理、执行；
●润滑条件是否保证, 润滑剂和润滑方法是否选得合 适，润滑装置冷却、加热和过滤系统功能是否正常。
第八章机械零件失效与选 材mme
8.2 零件失效形式
• 8.2.1 畸变失效 --畸变 指在某种程度上减
弱了零件规定功能的变形。
8.1.2 失效的基本因素
• 一、设计因素 ---为了保证产品质量，必须
精心设计，精心施工。根据零件在特定工况、 结构和环境等条件下可能发生的失效模式，建 立给定条件下正常工作的准则，确定合适的材 质、尺寸、结构，提出必要的技术文件。技术 文件 设备图纸和设计计算说明书。如设计有 误, 则机械设备或零件将不能使用或过早失效 。
回火脆性；
• ●精加工磨削中的磨削裂纹等。
第八章机械零件失效与选 材mme
三、安装调试因素
• 安装过程达不到所要求的质量指标，导致零 件失效。
• ●啮合传动件(齿轮、杆、螺旋等)的间隙不合适(过 松或过紧，接触状态未调整好)；
• ●连接零件必要的“防松”不可靠；
• ●铆焊结构的必要探伤检验不良；
• ●润滑与密封装置不良等；
●拉、压变形的杆、柱类零件，过大的弹性畸变量 导致支承件(如轴承)过载，机械因丧失尺寸精度造
成动作失误。
●弯、扭变形的轴类零件，过大的弹性畸变量会造 成轴上啮合零件的严重偏载，啮合失常。如轴承的
严重偏载，甚至咬死，导致传动失效；
●某些控制元件，如温控元件，予定的弹性变形(挠 度)是温控装置的精度的保证。
• 翘曲畸变往往是由温度、外加载荷、受力截面 、材料组成等不均匀性引起。其中以温度变化 ，特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。
●受力钢架翘曲变形； ●壳体在高温下形状翘曲。
第八章机械零件失效与选 材mme
8.2.2 断裂失效
机械零件因断裂而产生的失效称为断裂失效。
• 一、断裂失效的分类 • 塑性断裂 、脆性断裂 、疲劳断裂 、蠕变
(1) 宏观特征---在断裂前没有可以观察到的塑性变 形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口
边缘没有剪切“唇口”(或很小)。
第八章机械零件失效与选 材mme
(2) 微观特征
• 脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。
因原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂叫解理 断裂。断裂速度快，一般钢中的解理速度大约是 1030 m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿 着特定的晶面(称为解理面)发生，这些晶面一般
失效断裂
二、断口的分析方法
断口分析是断裂失效分析的关键，是断裂失效分析 的向导，指引断裂失效分析少走弯路。
例：金属材料的室温拉伸或冲 击试样的断口宏观观察，可以
看到断口分为：
第八章机械零件失效与选 材mme
三、断裂形式的特征
• 1. 韧（塑）性断裂的特征 (1) 宏观特征 ---宏观变形方式为颈缩，典型断口为 杯锥状断口，底部成纤维状剪切断口，其平面和拉
●螺栓严重过载被拉长，失去紧固作用。
引起零件塑性畸变的因素，除在弹性畸变中所述有关 影响因素外，常见的还有材质缺陷、使用不当、设计 有误等，特别是热处理不良更为突出，实际上往往是
多种因素的综合结果。
第八章机械零件失效与选 材mme
三、翘曲畸变失效
• 尺寸与方向上产生复杂变形，形成翘曲，导致 失效。
8.1.1 失效的分类
通常按失效模式和其相应的失效机理分类。
●
失效模式
失效的外在宏观表现和规律。
●失效机理 引起失效的微观物理、化学变化过程
。失效模式和失效机理相结合，宏观和微观相结合
、由表及里地揭示失效的物理本质。
第八章机械零件失效与选 材mme
机械零件最常见的失效模式及其失效 机理见下表。
第八章机械零件失效与选 材mme