机械零件的失效与选材原则.pptx
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机械零件选材原则及工艺设计课件(PPT 99页)
(4) 某些弹簧需要材料有良好的耐蚀性和耐热性 保证在 腐蚀性介质和高温条件下的使用性能。
4 弹簧的选材 一、弹簧钢 根据生产特点的不同，分为两大类： （1）热轧弹簧用材 通过热轧方法加工成园钢、方钢、
当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗 拉强度相差很小，但屈强比差别较大。65钢为0.7， 60Si2Mn钢为0.75、50CrVA钢为0.9。屈强比高，弹簧可承 受更高的应力。
(2) 高的疲劳强度 弯曲疲劳强度σ-1和扭转疲劳强度τ-1
越大，则弹簧的抗疲劳性能越好。
(3) 好的材质和表面质量 夹杂物含量少，晶粒细小，表 面质量好，缺陷少，对于提高弹簧的疲劳寿命和抗脆性断 裂十分重要。
(2) 疲劳断裂 在交变应力作用下，弹簧表面缺陷(裂纹、折迭、刻 痕、夹杂物)处产生疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。
(3) 快速脆性断裂 某些弹簧存在材料缺陷(如粗大夹杂物，过多脆 性相)、加工缺陷(如折迭、划痕)、热处理缺陷(淬火温度过高导致晶 粒粗大，回火温度不足使材料韧性不够)等，当受到过大的冲击载荷 时，发生突然脆性断裂。
交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力； 应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。
（2）性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严 重磨损。因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、 扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。
（3）曲轴材料
锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45、 35Mn2、40Cr, 35CrMo钢等；
C620车床主轴简图
主轴用45钢制造。
☆ 做一做：制定工艺路线 载荷较大的主轴用40Cr钢制造。 承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金渗碳钢（20Cr或20CrMnTi）
4 弹簧的选材 一、弹簧钢 根据生产特点的不同，分为两大类： （1）热轧弹簧用材 通过热轧方法加工成园钢、方钢、
当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的抗 拉强度相差很小，但屈强比差别较大。65钢为0.7， 60Si2Mn钢为0.75、50CrVA钢为0.9。屈强比高，弹簧可承 受更高的应力。
(2) 高的疲劳强度 弯曲疲劳强度σ-1和扭转疲劳强度τ-1
越大，则弹簧的抗疲劳性能越好。
(3) 好的材质和表面质量 夹杂物含量少，晶粒细小，表 面质量好，缺陷少，对于提高弹簧的疲劳寿命和抗脆性断 裂十分重要。
(2) 疲劳断裂 在交变应力作用下，弹簧表面缺陷(裂纹、折迭、刻 痕、夹杂物)处产生疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。
(3) 快速脆性断裂 某些弹簧存在材料缺陷(如粗大夹杂物，过多脆 性相)、加工缺陷(如折迭、划痕)、热处理缺陷(淬火温度过高导致晶 粒粗大，回火温度不足使材料韧性不够)等，当受到过大的冲击载荷 时，发生突然脆性断裂。
交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力； 应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。
（2）性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严 重磨损。因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、 扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。
（3）曲轴材料
锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45、 35Mn2、40Cr, 35CrMo钢等；
C620车床主轴简图
主轴用45钢制造。
☆ 做一做：制定工艺路线 载荷较大的主轴用40Cr钢制造。 承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金渗碳钢（20Cr或20CrMnTi）
金属材料及工艺课件：机械零件的失效与选材原则-
作用；軸與軸上零件有相對運動，相互間存在摩擦和磨損； 軸在高速運動時承受衝擊載荷及超載載荷。性能要求： a. 良好的綜合性能：足夠的強度、塑性和一定的韌性，以防 超載斷裂。 b. 高疲勞強度，以防疲勞斷裂。 c. 足夠的淬透性，以防磨損失效。 d. 良好的切削加工性能。
② 軸類零件的用材特點 • 承受交變拉應力的軸類零件 • 主要承受彎曲和扭轉應力的軸類零件 • 磨損嚴重且受較大衝擊的軸類零件 • 高精度高速轉動的軸類零件
2. 零件失效的原因 ① 設計因素：如設計有誤, 則機械設備或零件將不能使用
或過早失效。 ② 材質因素：材質除選材不當外，材質內部缺陷、毛坯加
工(鑄鍛焊)工藝或冷熱加工(特別是熱處理)工藝過程產 生的缺陷是導致失效的重要因素。 ③ 製造(工藝)因素：工藝製造條件往往是達不到設計要求 而導致零件失效的一個重要因素。如零件在鍛造過程中 產生的夾層、冷熱裂紋，焊接過程的未焊透、偏析、冷 熱裂紋，鑄造過程的疏鬆、夾渣，機加工過程的尺寸公 差和表面粗糙度不合適等。
b. 脆性斷裂：斷裂前無塑性變形；脆斷時承受的工作應力 較低，通常不超過材料的屈服強度，甚至不超過常規的 許用應力，所以又稱為低應力脆斷；脆性斷裂以零件內 部存在的宏觀裂紋(如肉眼可見的0.1 mm～1 mm)作為源 開始的；中、低強度鋼在10 ℃～15 ℃以下會由韌性狀 態轉變為脆性狀態（韌-脆轉變）。
擦力。 d. 齒輪的失效形式：疲勞斷裂、齒面磨損、齒面接觸疲勞
破壞、超載斷裂
② 齒輪用材的特點 a. 調質鋼齒輪： • 耐磨性要求較高，衝擊韌度要求一般的硬齒面齒輪。 • 對硬度要求不高的軟齒面齒輪 b. 滲碳鋼齒輪： • 用於製造速度高、重載荷、衝擊大的硬齒面齒輪，如汽
車拖拉機變速齒輪
2. 軸類零件的選材 ① 工作條件和性能要求：軸主要是受交變彎曲、扭轉的複合
② 軸類零件的用材特點 • 承受交變拉應力的軸類零件 • 主要承受彎曲和扭轉應力的軸類零件 • 磨損嚴重且受較大衝擊的軸類零件 • 高精度高速轉動的軸類零件
2. 零件失效的原因 ① 設計因素：如設計有誤, 則機械設備或零件將不能使用
或過早失效。 ② 材質因素：材質除選材不當外，材質內部缺陷、毛坯加
工(鑄鍛焊)工藝或冷熱加工(特別是熱處理)工藝過程產 生的缺陷是導致失效的重要因素。 ③ 製造(工藝)因素：工藝製造條件往往是達不到設計要求 而導致零件失效的一個重要因素。如零件在鍛造過程中 產生的夾層、冷熱裂紋，焊接過程的未焊透、偏析、冷 熱裂紋，鑄造過程的疏鬆、夾渣，機加工過程的尺寸公 差和表面粗糙度不合適等。
b. 脆性斷裂：斷裂前無塑性變形；脆斷時承受的工作應力 較低，通常不超過材料的屈服強度，甚至不超過常規的 許用應力，所以又稱為低應力脆斷；脆性斷裂以零件內 部存在的宏觀裂紋(如肉眼可見的0.1 mm～1 mm)作為源 開始的；中、低強度鋼在10 ℃～15 ℃以下會由韌性狀 態轉變為脆性狀態（韌-脆轉變）。
擦力。 d. 齒輪的失效形式：疲勞斷裂、齒面磨損、齒面接觸疲勞
破壞、超載斷裂
② 齒輪用材的特點 a. 調質鋼齒輪： • 耐磨性要求較高，衝擊韌度要求一般的硬齒面齒輪。 • 對硬度要求不高的軟齒面齒輪 b. 滲碳鋼齒輪： • 用於製造速度高、重載荷、衝擊大的硬齒面齒輪，如汽
車拖拉機變速齒輪
2. 軸類零件的選材 ① 工作條件和性能要求：軸主要是受交變彎曲、扭轉的複合
机械工程材料-ch7机械零件的失效和选材PPT26页
谢谢！
Hale Waihona Puke 1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机械工程材料-ch7机械零件的失效和选材 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
Hale Waihona Puke 1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机械工程材料-ch7机械零件的失效和选材 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
机械工程材料ch7机械零件的失效和选材
选材 —锻钢曲轴（优质中碳钢和中碳合金钢）
铸造曲轴（球墨铸铁）
锻钢曲轴：45、40Cr、50Mn、42CrMo、 机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/18
机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
•轴承外机圈械塑工程性材料变ch形7机械零件的失效和
选材
•潘存云教 授研制
•潘存云教授研制
•轴瓦磨损
•齿面接触疲劳
•失效统计：
• •
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断裂仅占5% 腐蚀、磨损、疲劳破坏占74%
机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
•常见零件的工作条件和失效形式
•零件
•工作条件
•应力 •载荷 •受载 种类 性质 状态
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机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
•实例 2： 机床齿轮
❖ 机床齿轮的工作条件 ：工作条件较好，载荷不大，转速 中等，工作平稳，少有强烈的冲击，要求除了有高的接 触疲劳强度、弯曲强度、表面硬度与耐磨性外，还应保 证高的传动精度和小的工作噪声。
❖ 选材 ：一般采用调质钢，如45钢、40Cr或40MnB钢。
局部镀铜的目的：渗碳前对一些不需要有较高的力学性能、 而且还需要后续切削加工的部位进行局部镀铜防渗处理。
渗碳淬火+低温回火：淬火后心部获得低碳马氏体组织，有较 好的冲击韧度。低温回火的目的消除淬火应力，降低脆性。
喷丸处理：可以去除热处理后的氧化皮，还可在表层形成一
层残余亚应力，有助于提高齿面的接触疲劳强度。
•二、工艺性能 —— 铸、锻、焊、机加工、热处理
铸造曲轴（球墨铸铁）
锻钢曲轴：45、40Cr、50Mn、42CrMo、 机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
3rew
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2020/11/18
机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
•轴承外机圈械塑工程性材料变ch形7机械零件的失效和
选材
•潘存云教 授研制
•潘存云教授研制
•轴瓦磨损
•齿面接触疲劳
•失效统计：
• •
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断裂仅占5% 腐蚀、磨损、疲劳破坏占74%
机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
•常见零件的工作条件和失效形式
•零件
•工作条件
•应力 •载荷 •受载 种类 性质 状态
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机械工程材料ch7机械零件的失效和 选材
•实例 2： 机床齿轮
❖ 机床齿轮的工作条件 ：工作条件较好，载荷不大，转速 中等，工作平稳，少有强烈的冲击，要求除了有高的接 触疲劳强度、弯曲强度、表面硬度与耐磨性外，还应保 证高的传动精度和小的工作噪声。
❖ 选材 ：一般采用调质钢，如45钢、40Cr或40MnB钢。
局部镀铜的目的：渗碳前对一些不需要有较高的力学性能、 而且还需要后续切削加工的部位进行局部镀铜防渗处理。
渗碳淬火+低温回火：淬火后心部获得低碳马氏体组织，有较 好的冲击韧度。低温回火的目的消除淬火应力，降低脆性。
喷丸处理：可以去除热处理后的氧化皮，还可在表层形成一
层残余亚应力，有助于提高齿面的接触疲劳强度。
•二、工艺性能 —— 铸、锻、焊、机加工、热处理
机械零件失效与选材原则
课堂讨论三 合金钢与选材 P115-116 二、讨论题目 3、4
8.2 机械零件选材原则
8.2.1 使用性能原则
零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物 理性能和化学性能。
特殊条件下 工作的零件
大量机器零件 和工程构件
满足使用要求
零件使用时的工作条件
（1）受力状况 载荷的类型(例如动载、静载、循 环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式；载荷的 特点等。
（2）环境状况 温度特性、介质情况等。 （3）特殊要求 对导电性、磁性、热膨胀、密度 、外观等的要求。
➢ 锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、 45、35Mn2、40Cr，35CrMo钢等。
➢ 工艺路线：模锻-- 调质-- 切削加工-- 轴颈表面淬火
铸造曲轴：球墨、可锻铸铁等，如QT600-3、QT7002、KTZ450-5、KTZ500-4。
工艺路线：铸造一高温正火一高温回火一切削加工一 轴颈气体渗氮
1. 磨损失效的基本类型
（1）粘着磨损 （2）磨料磨损 （3）表面疲劳磨损 （4）冲刷磨损 （5）腐蚀磨损
粘着磨损示意图
磨粒磨损示意图
犁削磨损示意图
冲刷磨损示意图
2. 影响磨损失效的基本因素
（1）摩擦副材质 互溶性； 表面强化处理情况； 表层组织和结构缺陷。
（2）工况参数 接触应力、滑动距离和滑动速度、温度、介质条
20CrMnTi等
2．内燃机曲轴选材
➢ 受力：弯曲、扭转、剪切、冲击等交变应力 形疲劳断裂和轴颈严重磨损 ➢ 材料要求：高强度，一定的冲击韧性，足够的弯曲、扭
转疲劳强度和刚度，轴颈还应有高的硬度和耐磨性。
➢ 锻钢曲轴和铸造曲轴两种
8.1 机械零件的失效及失效分析
8.2 机械零件选材原则
8.2.1 使用性能原则
零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物 理性能和化学性能。
特殊条件下 工作的零件
大量机器零件 和工程构件
满足使用要求
零件使用时的工作条件
（1）受力状况 载荷的类型(例如动载、静载、循 环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式；载荷的 特点等。
（2）环境状况 温度特性、介质情况等。 （3）特殊要求 对导电性、磁性、热膨胀、密度 、外观等的要求。
➢ 锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、 45、35Mn2、40Cr，35CrMo钢等。
➢ 工艺路线：模锻-- 调质-- 切削加工-- 轴颈表面淬火
铸造曲轴：球墨、可锻铸铁等，如QT600-3、QT7002、KTZ450-5、KTZ500-4。
工艺路线：铸造一高温正火一高温回火一切削加工一 轴颈气体渗氮
1. 磨损失效的基本类型
（1）粘着磨损 （2）磨料磨损 （3）表面疲劳磨损 （4）冲刷磨损 （5）腐蚀磨损
粘着磨损示意图
磨粒磨损示意图
犁削磨损示意图
冲刷磨损示意图
2. 影响磨损失效的基本因素
（1）摩擦副材质 互溶性； 表面强化处理情况； 表层组织和结构缺陷。
（2）工况参数 接触应力、滑动距离和滑动速度、温度、介质条
20CrMnTi等
2．内燃机曲轴选材
➢ 受力：弯曲、扭转、剪切、冲击等交变应力 形疲劳断裂和轴颈严重磨损 ➢ 材料要求：高强度，一定的冲击韧性，足够的弯曲、扭
转疲劳强度和刚度，轴颈还应有高的硬度和耐磨性。
➢ 锻钢曲轴和铸造曲轴两种
8.1 机械零件的失效及失效分析
机械零件的失效与选材
工程上一般不用于受力较大的、重要的结构零件。但由于其原 料丰富、生产能耗较低（为钢的1/10、铝的1/20），密度低 、弹性较好且减振、耐磨，故适合于制造受力不大的普通结构 件及减振、耐磨或密封零件，如轻载传动齿轮、轴承、紧固件 、密封件和轮胎等。
陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件 ；目前主要应用领域是建筑陶瓷和功能材料。
废气排放少 材料回收及降解
重要金属的世界储量
可用年数 再生率(%)
Fe 128
31.7
Al
35
16.9
Cu 32
40.9
Байду номын сангаасZn 24
21.2
W
47
Ag 15
41.0
Mn 14
Ni
49
第二 节 典型零部件选材及工艺分析
一、工程材料的应用概况 金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前最主要
的四大类工程材料。 高分子材料的强度与刚度低、尺寸稳定性较差且易老化，在
金属材料,尤其是钢铁材料，与其它工程材料相比，在力学 性能、工艺性能和生产成本这三者之间保持着最佳的平衡，具 有最强的竞争力，故金属材料仍然是机械工程材料的主力军。 从这个意义上来讲，人类仍然生活在以钢铁材料为主的“铁器 时代”。以载重汽车用材的重量为例，钢占65％、铸铁占20 ％、有色金属占3％、非金属材料约占12％。在轻型汽车和轿 车中，非金属材料的用量虽有所增加，但金属材料仍占主体。
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。
陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件 ；目前主要应用领域是建筑陶瓷和功能材料。
废气排放少 材料回收及降解
重要金属的世界储量
可用年数 再生率(%)
Fe 128
31.7
Al
35
16.9
Cu 32
40.9
Байду номын сангаасZn 24
21.2
W
47
Ag 15
41.0
Mn 14
Ni
49
第二 节 典型零部件选材及工艺分析
一、工程材料的应用概况 金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前最主要
的四大类工程材料。 高分子材料的强度与刚度低、尺寸稳定性较差且易老化，在
金属材料,尤其是钢铁材料，与其它工程材料相比，在力学 性能、工艺性能和生产成本这三者之间保持着最佳的平衡，具 有最强的竞争力，故金属材料仍然是机械工程材料的主力军。 从这个意义上来讲，人类仍然生活在以钢铁材料为主的“铁器 时代”。以载重汽车用材的重量为例，钢占65％、铸铁占20 ％、有色金属占3％、非金属材料约占12％。在轻型汽车和轿 车中，非金属材料的用量虽有所增加，但金属材料仍占主体。
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。
机械零件的失效分析与选材概述PPT课件(16张)
7.施工中确因作业需要拆除各类防护 设施的 ，应由 作业班 组向项 目副经 理提出 申报， 经采取 有效的 安全补 救措施 后方能 拆除； 作业完 毕后， 项目副 经理应 督促有 关人员 及时做 好复原 工作， 经重新 验收后 方可使 用。
8.当土建结构施工完成后转入装饰或 安装施 工时， 必须对 临边、 洞口、 管弄井 和电梯 井等安 全防护 设施重 新进行 验收， 确认合 格后， 方能投 入使用 。如装 饰或安 装作业 交付其 它施工 单位时 ，双方 应履行 交接手 续，做 到职责 明确。
织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50,
表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。
三) 选材: 45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火
粗加工 调质
半精加工 钻中心孔 精车加工 Nhomakorabea铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)
回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
1.认真执行安全技术措施及安全操作 规程， 负责对 施工班 组人员 及分包 方人员 进行有 针对性 的安全 技术交 底，履 行签字 手续， 并对规 程、措 施及交 底执行 情况经 常检查 ，随时 纠正违 章作业 ；
粗加工 调质
半精加工 精车加工 高频淬火
及低温回火 精磨
三.JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58～62, 金相组织为回
机械零件的失效与选材原则.pptx
• 4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行 8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:10
第七章 机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析 单元30-3
7．1．2 失效的基本因素
1．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。 2．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。 3. 装配调试因素—在安装过程中 ，未达到要求的质量指标。 4. 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。 5. 运转维修因素—运转工况参数监控、定期大、中、小检修、润滑条件是否保
与其他零件的运转发生干扰。
第七章 机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析 单元30-4
1. 弹性畸变失效
弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化, 是刚度问题。
杆、柱类、轴类零件、靠摩擦力传动的零件等弹性畸变会带来失效的问题。
影响弹性畸变主要因素：零件形状、尺寸，材料的弹性摸量，零件工作
证、冷却、加热和过滤系统功能是否正常、操作是否正确。
7．1．3 机械零件失效的形式
（一）畸变失效 畸变—是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。可以是塑性的或弹塑性的 畸变基本类型：尺寸畸变或体积畸变（长大或缩小）和形状畸变（如弯曲和翘曲）。 畸变失效件体现为：不能承受规定载荷；不能起到规定作用；
（3）零件严重受损，继续工作不安全。
机械零件的失效与选材原则
（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。
（三）磨损失效
磨损— 相互接触的一对金属表面，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。
第七章 机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析 单元30-1
第七章 机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析
失效——
指某些零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材料 的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能。
包括
（1）零件完全破坏，不能继续工作； （2）虽然能完全工作，但不能满意地起到预期的作用；
➢
过细工作记心间，粗枝大叶可不行。2021年5月6日 星期四11时17分9秒T hursday, May 06, 2021
➢
质量存在于人类生存的一切地方。21.5.62021年5月6日星期 四11时 17分9秒21.5.6
谢谢大家！
与其他零件的运转发生干扰。
第七章 机械零件的失效与选材原则 7.1机械零件的失效与失效分析 单元30-4
1. 弹性畸变失效
弹性畸变的变形量是在弹性范围内变化, 是刚度问题。
杆、柱类、轴类零件、靠摩擦力传动的零件等弹性畸变会带来失效的问题。
影响弹性畸变主要因素：零件形状、尺寸，材料的弹性摸量，零件工作
（3）零件严重受损，继续工作不安全。
7．1．1 失效的分类 失效模式—是指失效的外在宏观表现和规律。 失效机理—则是指引起失效的微观的物理、化学变化过程的本质。
失效分类：畸变失效、断裂失效、表面受损失效三大类型
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韧性（塑性）断裂实物
韧性断裂断口（韧窝）
2. 脆性断裂
断裂前无塑性变形。 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。 中、低强度钢在10 ℃～15 ℃以下会由韧性 状态转变为脆性状态（韧-脆转变）。
失效导致严重事故
失效因素
一、设计因素
为了保证产品质量，必须精心设计，精心施 工。
根据零件工作条件、可能发生的失效模式， 提出技术指标，确定合适的材质、尺寸、结构 ，提出必要的技术文件。
如设计有误, 则机械设备或零件将不能使用 或过早失效。
二、制造(工艺)因素
工艺缺陷是零件失效的重要因素。 ●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、 回火脆性； ●精加工磨削中的磨削裂纹等。
脆性断裂 (1) 宏观特征 断(2口) 微一观般特与征正应力垂直，断口表面平齐， 断口脆边性缘断没裂有的剪微切观“判唇据口是”解(理或花很样小和)。沿晶断 口形态。
脆性断裂实物 脆性断裂断口(解理花样) 沿晶断口(冰糖花样)
解理断裂 因原子间结合键的破坏而造成 的穿晶断裂。
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 ；
塑性断裂 脆性断裂 疲劳断裂 蠕变失效断裂
二、断口的分析方法 断口分析是断裂失效分析的关键。
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：
F - 纤维状区
R - 放射状区
S - 剪切唇区
断口
三、断裂形式
1. 韧（塑）性断裂 断裂前有明显的塑性变形。 (1) 宏观特征 宏(2观) 微变观形特方征式为颈缩，典型断口为杯锥状 断口韧，窝底是部金成属纤韧维性状断剪裂切的断微口观，主其要平特面征和，拉是 伸塑轴 性大 变致 形成产4生5的角显。微空洞生成、长大、聚集 、相互连结导
畸变有两种类型： 尺寸畸变或体积畸变(长大或缩小) 形状畸变(如弯曲或翘曲)
发生畸变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 ，导致零件失效。
一、弹性畸变失效
不恰当的弹性变形量导致失效。 ●受拉、压的杆类零件，过大的弹性畸 变量导致支承件(如轴承)过载。 ●受弯、扭的轴类零件，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，甚至咬死，导致传动失效； ●某些控制元件，如温控元件，过大的 弹性畸变量使精度无法保证。 防止弹性畸变的主要措施：增加零件截面 、采用弹性模量高的材料，防止超载。
“十五”国家级规划教材《工程材料》第3版配套 课件
第8章
第8章 机械零件的失效 与选材原则
内容提要：
介绍各种失效形式：畸变失效、断裂失效 、磨损失效及腐蚀失效。
阐述机械零件选材原则。
学习目标：
了解各种失效形式特点。掌握机械零件选材 原则。
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。
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；
●螺栓严重过载被拉长，失去紧固作用。
防止零件塑性畸变的措施：采用屈服强度 高的材料，进行合理的热处理，防止超载。
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。
三、安装调试因素
安装过程达不到要求的质量指标，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； ●初步安装调试后，未按规定进行逐级加载 跑合。
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
●不正确的运转工况参数(载荷、速度等 )导致零件失效。
●忽视维修，未进行定期大、中、小检 修
●润滑条件未保证, 润滑剂和润滑方法不 合适
老师提示 在影响失效的基本因素中，特 别要强调人的因素，即注意人的素质条件 的影响。
沿着特定的晶面(称为解理面)发生，这些 晶面一般是属于低指数的。
在不同高度的平行解理面之间产生解理台 阶。裂纹扩展过程中，台阶相互汇合，形成 河流花样，河流的流向与裂纹扩展方向一致 。
3. 其它断裂失效形式
(1) 疲劳断裂 在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低 于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生 裂纹导致发生断裂，称金属的疲劳断裂。
疲劳断裂实物
疲劳断裂显微形貌
(2) 蠕变断裂 在高温下钢的强度较低，当受一定应力作用 时，变形量随时间而逐渐增大的过程，这种过 程叫蠕变，产生的断裂叫做蠕变断裂。
蠕变断裂
引起零件断裂的因素多而复杂，对材料的 性能需要综合考虑。如屈服强度、塑性、断 裂韧性、疲劳强度等。
防止断裂的措施： 采用材质好、强度高、韧性好的材料。 防止超载。 注意环境的影响。
客车空气压缩机皮带轮断裂失效分析 某大型客车空气压缩机 皮带轮破断，空气压缩机 停止工作。气压不足、刹 车失灵。造成重大交通事 故。
空气压缩机工作时，皮带轮辐条受弯矩、剪切力的 联合作用和强烈震动，产生疲劳裂纹。裂纹扩展，辐 条断裂。
皮带轮断裂过程
汽车板簧断裂失效分析
某货车板簧断裂，发生交 通事故。
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。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。
增加零件截面、截面形状设计合理。采用 弹性模量高、屈服强度高的材料，防止超载 。
8.2.2 断裂失效
断裂失效 机械零件因断裂而产生的失效 。
一、断裂失效的分类