失效与选材PPT课件
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《怎样选材》ppt课件
韧性
描述材料抵抗冲击和弯曲的能 力。韧性好的材料如橡胶，韧
性差的材料如玻璃。
04
材料的分类与选择
金属材料
01
02
03
钢铁材料
强度高、塑性好，广泛用 于建筑、机械、汽车等领 域。
铝合金
质轻、耐腐蚀，多用于航 空、包装等领域。
不锈钢
防锈、耐腐蚀，常用于医 疗器械、厨具等领域。
非金属材料
混凝土
塑料
抗压、耐久，是建筑行业的主要材料 。
3
材料的环境友好性评价与标准
建立和完善材料的环境友好性评价体系和标准， 推动绿色材料的研发和应用。
THANKS
感谢观看
描述材料与生物体的相互作用。与生物相容性好的材料如陶瓷，与生 物相容性差的材料如某些金属。
力学性质
01
02
03
04
硬度
描述材料抵抗被划痕或刻入的 能力。硬度高的材料如钻石，
硬度低的材料如石墨。
抗拉强度
描述材料抵抗拉伸应力的能力 。抗拉强度高的材料如钢缆， 抗拉强度低的材料如橡皮筋。
抗压强度
描述材料抵抗压缩应力的能力 。抗压强度高的材料如花岗岩 ，抗压强度低的材料如泡沫。
03
材料的基本属性
物理性质
导热性
描述材料传输热量的能 力。导热性高的材料如 金属，导热性低的材料
如绝热材料。
电导率
描述材料传导电流的能 力。电导率高的材料如 金属，电导率低的材料
为绝缘体。
透光性
描述材料透光的程度。 透光性好的材料如玻璃 ，透光性差的材料如不
透明的金属。
密度
描述单位体积内物质的 质量。密度大的物质如 金，密度小的物质如泡
2024版《作文选材指导》ppt课件
《作文选材指导》ppt课件contents •选材原则与策略•各类作文选材方法•素材来源与积累•选材误区与避免方法•案例分析与实战演练•总结回顾与拓展延伸目录01选材原则与策略选择亲身经历或亲眼所见的事情作为写作材料，确保材料的真实性。
引用真实的数据、案例或事实，增强文章的说服力。
避免虚构和夸张，不误导读者。
抓住典型细节，刻画人物形象，展现事件内涵。
学会从众多材料中提炼出典型素材，提高文章质量。
选取具有代表性的人物、事件或场景，体现文章的中心思想。
选取新颖、独特的材料，吸引读者的注意力。
从不同的角度审视常见的话题，发掘新的写作点。
关注时事热点，引入新颖的观点和素材。
针对不同的写作目的，灵活调整选材策略。
例如，以情感共鸣为目的的文章可选用温馨、感人的素材；以启发思考为目的的文章可选用富有哲理的故事或名言警句。
根据文章主题和读者群体，有针对性地选择材料。
选取与文章中心思想密切相关的素材，避免无关紧要的细节。
02各类作文选材方法03注重情感表达选取能够触动读者情感的事件和细节，通过生动的描绘和叙述，表达内心的真实感受。
01选取亲身经历的事件从自己的经历中挖掘有意义、有情感波澜的事件作为记叙文的素材。
02围绕中心思想选材确定文章的中心思想，选择与之相关的典型事件、场景和细节。
选择当前社会关注的热点问题作为议论文的素材，能够引起读者的共鸣和思考。
关注社会热点选择有争议的话题借鉴历史事件选取存在不同观点和争议的话题，通过分析、比较和论证，阐述自己的观点和立场。
从历史事件中汲取素材，通过分析和评价历史人物和事件，为议论文提供有力的论据和支持。
030201介绍新事物、新现象选择新近出现的事物或现象作为说明文的素材，介绍其特点、作用和意义。
解释科学原理选取科学领域中的原理、定律或现象，通过解释和阐述，帮助读者理解和掌握科学知识。
介绍传统文化从传统文化中选取具有代表性的元素或现象，通过说明和介绍，传承和弘扬传统文化。
机械零件的失效与选材原则10969
齿折断,磨损 疲劳断裂 接触疲劳 (麻点)
弹性失稳， 疲劳破坏，
断裂
磨损 脆断
综合机械性能强度 、韧性、局部表面
耐磨性
心部强度、韧性表 面高强度
及疲劳极限 耐磨性
弹性极限， 屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的 强度，韧性
8.3.2 工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。
一、高分子材料零件选材的工艺性能原则
两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时 ，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲 劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损 。
六、腐蚀磨损
腐蚀磨损是金属在摩擦过程中，同时与周 围介质发生化学或电化学反应，产生表层金 属的损失或迁移现象。
老师提示 采用耐磨性高的材料，进行合理的
表面强化处理，改变材料的组织结构 ，适度提高硬度。
●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。
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。
弹性失稳， 疲劳破坏，
断裂
磨损 脆断
综合机械性能强度 、韧性、局部表面
耐磨性
心部强度、韧性表 面高强度
及疲劳极限 耐磨性
弹性极限， 屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的 强度，韧性
8.3.2 工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。
一、高分子材料零件选材的工艺性能原则
两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时 ，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲 劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损 。
六、腐蚀磨损
腐蚀磨损是金属在摩擦过程中，同时与周 围介质发生化学或电化学反应，产生表层金 属的损失或迁移现象。
老师提示 采用耐磨性高的材料，进行合理的
表面强化处理，改变材料的组织结构 ，适度提高硬度。
●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。
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。
《怎样选材》PPT教学课件
03
在材料选用过程中，要充分考虑材料在生产、使用、废弃等环
节对环境的影响。
创新材料应用
关注新材料发展动态
及时了解新材料研发和应用情况，以便在产品设计中采用更先进 的材料。
尝试跨学科材料应用
借鉴其他学科领域的材料应用经验，拓展材料选用思路。
鼓励创新材料组合
通过不同材料的组合和搭配，创造出具有独特性能和优势的新材 料。
室内空气污染、有害物质超标、影响人体健康等。
02
环保性能的重要性
保障人体健康、提高居住品质、符合可持续发展要求等。
03
如何注重材料环保性能
选择环保认证的材料、了解材料有害物质含量、注重材料再利用和可回
收性等。
误区三：盲目跟风选用新材料
盲目跟风选用新材料可能带来的问题
新材料性能不稳定、施工难度大、维修成本高等。
推行材料认证制度
对材料进行环保、质量等方面 的认证，保障选材质量。
06
总结与展望
回顾本次课程重点内容
选材的基本原则和方法
包括环保性、耐用性、实用性、美观性等原则，以及测试、比较 、评估等选材方法。
常见材料的性能特点
如木材、金属、塑料、玻璃等材料的优缺点、适用范围和使用注意 事项。
选材案例分析
通过实际案例，让学员了解如何根据不同需求和场景选择合适的材 料。
选用新材料需考虑的因素
材料性能、施工工艺、维修保养等。
如何避免盲目跟风选用新材料
充分了解新材料性能、进行试验和评估、选择有成功案例的新材料等。
解决方法与建议
建立科学的选材理念
注重性价比、环保性能、长期 效益等。
加强材料知识培训
提高设计人员和施工人员的材 料知识水平。
中职工程材料与热加工基础(主编王会强郝建军 北理工版)课件：第8章 机械零件的失效选材及工程材料的应用(1)
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8.3典型零件的选材
• 另一种是由于外来硬质点进入相互啮合的齿面间，使 齿面产生机械 磨损，称为磨粒磨损。 • (3)对材料性能的要求。根据齿轮工作条件、失效形式，要求齿轮材 料必须具备以下主要性能：高的接触疲劳强度；高的弯曲疲劳强度， 特别是齿根处要有足够的强 度；有足够的塑韧性。 • 2.齿轮的选材 • (1)机床齿轮。机床齿轮的工作条件较好，载荷不大，转速中等，工 作平稳，稍 有强烈的冲击。除了要有高的接触疲劳强度、弯曲强度 、表面硬度与耐磨性等要求外，还应能保证高的传动精度和小的工作 噪声。一般情况下，可以选用45钢或40Cr、 40MnB中碳合金钢 制造，后者的淬透性更好。 • 机床齿轮的工艺路线一般为： • 下料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频淬火+
8.3典型零件的选材
• 8.3.1齿轮类零件的选材
• 1.齿轮的工作条件、主要失效形式及对材料性能的要求 • (1)齿轮的工作条件。机器中齿轮尽管很多，但其工作过程基本相同 ，只是受力 程度有所不同。齿轮工作时，通过齿面的接触传递动力 ，在啮合齿表面既有滚动又有 滑动，有高的接触载荷与强烈的摩擦 ；传递动力时，其轮齿似一受力的悬臂梁，接触 作用力在齿根处产 生很大的力矩，使齿根部承受较高的弯曲应力；换挡、启动和啮合 不均勻时，将承受较大冲击载荷。 • (2)齿轮的主要失效形式。在通常情况下齿轮的主要失效形式为断齿 、齿面损伤 (麻点剥落和磨损等)。 • ①断齿。除因超载而产生脆性折断外’大多数情况下，断齿是由弯曲 疲劳造成的。 当零件(或材料)所承受的重复应力较高(接近，甚至可 能超过材料的屈服强度)、 而频率较低(低于10/min次)时，其断 裂前
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金属材料失效分析基础与应用第四单元 表面损伤失效分析PPT课件
螺栓表面磨损失效裂纹磁粉检测磁痕
模块一 磨损失效
3.磨损失效分析的步骤 （1）现场调查及宏观分析 （2）测量磨损失效情况 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量 （4）摩擦副材质的检查 （5） 进行必要的模拟试验 （6） 确定磨损机制
模块一 磨损失效
（1）现场调查及宏观分析。详细了解零件的服役条件和使 用状况，了解零件的设计依据、选材原则及制造工艺。确定 分析部位并提取分析样品，分析样品应包括磨屑、润滑剂及 沉积物等。对磨损表面进行宏观分析，记录下表面的划伤、 沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹等形貌特征，并初步 判断磨损失效的模式。
第四单元 表面损伤失效分析
模块一 模块二 模块三 模块六
•磨损失效 •腐蚀失效 •接触疲劳失效 •腐蚀失效分析及预防
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总体概述
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模块一 磨损失效
模块一 磨损失效
一 、磨损失效 1.磨损的概念
磨损是零部件失效的一种基本类型。零部件失去原有设 计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能；功能 降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。
模块一 磨损失效
（2） 磨损程度的度量。为了评价材料磨损的严重程度，一 般采用长度磨损量WL、体积磨损量Wv 和重量磨损量Ww 来 表示。 （3） 耐磨性。材料的耐磨性是指在一定的工作条件下材料 抵抗磨损的能力。可分力绝对耐磨性和相对耐磨性两种。
模块一 磨损失效
2、磨损失效模式的判断 （1）粘着磨损的特征及判断。 （2）磨料磨损的特征及判断。 （3）疲劳磨损的特征及判断。 （4）腐蚀磨损特征及判断。 （5）冲蚀磨损特征及判断。 （6）微动磨损特征及判断。
模块一 磨损失效
3.磨损失效分析的步骤 （1）现场调查及宏观分析 （2）测量磨损失效情况 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量 （4）摩擦副材质的检查 （5） 进行必要的模拟试验 （6） 确定磨损机制
模块一 磨损失效
（1）现场调查及宏观分析。详细了解零件的服役条件和使 用状况，了解零件的设计依据、选材原则及制造工艺。确定 分析部位并提取分析样品，分析样品应包括磨屑、润滑剂及 沉积物等。对磨损表面进行宏观分析，记录下表面的划伤、 沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹等形貌特征，并初步 判断磨损失效的模式。
第四单元 表面损伤失效分析
模块一 模块二 模块三 模块六
•磨损失效 •腐蚀失效 •接触疲劳失效 •腐蚀失效分析及预防
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总体概述
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模块一 磨损失效
模块一 磨损失效
一 、磨损失效 1.磨损的概念
磨损是零部件失效的一种基本类型。零部件失去原有设 计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能；功能 降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。
模块一 磨损失效
（2） 磨损程度的度量。为了评价材料磨损的严重程度，一 般采用长度磨损量WL、体积磨损量Wv 和重量磨损量Ww 来 表示。 （3） 耐磨性。材料的耐磨性是指在一定的工作条件下材料 抵抗磨损的能力。可分力绝对耐磨性和相对耐磨性两种。
模块一 磨损失效
2、磨损失效模式的判断 （1）粘着磨损的特征及判断。 （2）磨料磨损的特征及判断。 （3）疲劳磨损的特征及判断。 （4）腐蚀磨损特征及判断。 （5）冲蚀磨损特征及判断。 （6）微动磨损特征及判断。
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。
零件的选材、失效—选材的原则、方法和步骤(航空材料)
构件的选材、失效与 金属表面处理
选材的原则、 方法和步骤
选材的基本原则
首先保证使用性能要求，然后再考虑工艺性和经济性。
1. 保证使用性能要求 对于一般的工程构件和机械零件，则主要以其力学性
能作为选材依据；对于一些特殊条件下工作的零件，则根 据要求考虑到材料的物理、化学性能。
2. 考虑工艺性能要求 所选用的材料是否能保证顺利加工制造成零件。
(6)对于关键性零件，特别是一些安全可靠性要求很高的零件， 正式投产前应在实验室里对这些零件进行必要的实验或试验 以后，充分证实这些零件达到设计所要求的各项性能指标以 后，才能逐步批量生产。
3. 满足经济性要求 所选用材料能够制造
(1)要求综合性能的零件 (2)要求疲劳强度为主的零件 (3)要求耐磨性为主的零件
2. 选材的一般步骤
(1)分析零件工作条件和失效形式，根据实际的使用情况和 受力分析，确定零件所要具备的性能要求。
(2)对已经过实际使用的同类零件进行调查研究，从使用性能、 加工工艺性、经济性等方面综合分析比较，以此为参考。
(3)根据零件实际工作条件及相关资料，通过理论计算，必 要时进行试验或实验，确定应该具有的力学性能或其他性能 指标。
(4)初步选择出具体的材料牌号，并确定其热处理或其它强化 方法。
(5)审核所选的材料的经济性，综合考虑其成本（加工费， 运输费、材料费等）。
选材的原则、 方法和步骤
选材的基本原则
首先保证使用性能要求，然后再考虑工艺性和经济性。
1. 保证使用性能要求 对于一般的工程构件和机械零件，则主要以其力学性
能作为选材依据；对于一些特殊条件下工作的零件，则根 据要求考虑到材料的物理、化学性能。
2. 考虑工艺性能要求 所选用的材料是否能保证顺利加工制造成零件。
(6)对于关键性零件，特别是一些安全可靠性要求很高的零件， 正式投产前应在实验室里对这些零件进行必要的实验或试验 以后，充分证实这些零件达到设计所要求的各项性能指标以 后，才能逐步批量生产。
3. 满足经济性要求 所选用材料能够制造
(1)要求综合性能的零件 (2)要求疲劳强度为主的零件 (3)要求耐磨性为主的零件
2. 选材的一般步骤
(1)分析零件工作条件和失效形式，根据实际的使用情况和 受力分析，确定零件所要具备的性能要求。
(2)对已经过实际使用的同类零件进行调查研究，从使用性能、 加工工艺性、经济性等方面综合分析比较，以此为参考。
(3)根据零件实际工作条件及相关资料，通过理论计算，必 要时进行试验或实验，确定应该具有的力学性能或其他性能 指标。
(4)初步选择出具体的材料牌号，并确定其热处理或其它强化 方法。
(5)审核所选的材料的经济性，综合考虑其成本（加工费， 运输费、材料费等）。
第一章机械零件的失效分析ppt课件
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
美国1983年统计：零件失效造成的经济损失每 年可达3400亿美元 德国：零件失效造成的损失每年可达700亿马克
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
弹性极限（ se ）： 衡量材料最大弹性 变形的抗力指标
se＝Pe / Fo 比例极限（sp）： 保证材料的弹性变 形能按正比关系变 化的最大抗力指标
sp＝PP / Fo
低碳钢拉伸时的应力应变曲线
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
二、过量变形失效
1.过量弹性变形失效及抗力指标
材料在弹性变形范围内，应力和应变遵守虎克定律
单向拉伸时的弹性模量：
Es P A
EA＝P/ε
EA：零件产生单位弹性变形所需的载荷大小
刚度：零件抵抗弹性变形的能力
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
屈服极限（sS ＝Ps / Fo）：材料抵抗起始塑性 变形的抗力指标 为避免零件发生塑性变形或发生过量塑性变形失 效，产品设计时应以屈服极限为依据
加工硬化：由塑性变形导致的材料强度 升高、塑性降低现象
2-机械零件的失效、强化、选材及工程材料的应用a
（3） 化学成分分析
（4） 金相分析 这种方法来分析裂纹的走向、性质、判定材料组 织、工艺状态，检查可能导致失效的组织缺陷。
（5） 力学性能分析
(6)其它试验方法 采用试验性应力测定方法
2011-10-22 4
4.综合分析，作出结论，写出报告 失效分析工作达到预期目的后， 应对进行的工作、所获得的全部资料进行集中、整理、分析评价和 处理，作出结论，写出报告。
2011-10-22
15
三、弹簧类零件的选材
1. 弹簧的工作条件、失效形式及性能要求 （1）工作条件
1）弹簧在外力作用下，材料将承受弯曲应力或扭转应力。
2）承受交变应力和冲击载荷的作用。 3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。 （2）主要失效形式 1）塑性变形 2）疲劳断裂 3）快速脆性断裂 4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下 使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。
19
6.半轴 中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车用 40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金制造。 7.钢板 钢板有08、20、25和16Mn等。热轧钢板主要用来制造一 些承受一定载荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。冷轧钢板 主要用来制造一些形状复杂，受力不大的机械外壳、驾驶室、轿车 的车身等覆盖零件。 8.螺栓、铆钉等冷镦零件
不重要的闭式齿轮可使用普通碳素钢Q275制造。
3. 轴类零件用材 一般采用正火或调质处理的45钢等优质碳素钢制造轴类零件。不 重要的或受力较小的轴及一般较长的传动轴，可以采用Q235、 Q255或Q275等普通碳素钢制造。承受载荷较大，且要求直径小、 质量轻或要求提高轴颈耐磨性的轴，可以采用40Cr等合金调质钢 或20Cr等合金渗碳钢，整体与轴颈应进行相应的热处理。 2011-10-22 23
材料失效分析44页PPT
8
2、应力吸附机理（氢致脆化机理）
认为[H]吸附于裂纹尖端，使金属晶体原子键的亲 和力减弱，即表面能降低。
从Griffith缺口强度理论可知：
σc∝γ1/2
∵ γ↓
∴ σc↓
从而脆化金属，使材料产生早期断裂
9
三、SCC断口形貌特征
1、宏观形貌特征 ●呈现脆性特征，有时带有少量塑性撕裂痕迹 ●裂源是多源的，由于介质的腐蚀作用，裂纹形成区或亚
材料失效分析
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
区别：
●从电化学反应来看，SCC是阳极溶解控制过程 Fe - 2e → Fe +
氢脆是阴极反应控制过程 H+ + e → [H] 2[H] → H2↑
23
●裂源：SCC从表面开始，裂纹分叉 氢脆从次表面或内部开始，裂纹几乎不分叉
SCC裂纹
氢脆裂纹
24
五、影响氢脆的外部因素
1、温度 氢脆多发生在温度为-100℃—150℃之间，一般最敏感 的温度是室温 温度太低，氢不易扩散和聚结 温度太高，氢自由地向大气中扩散，减少了氢含量
不锈钢螺栓氢脆断口 螺钉氢脆断口
19
微观形貌：典型为沿晶断口与准解理断口，有时看到解 理及局部韧断。
20
在不同K值下高强钢的断裂形式
氢脆的沿晶断口
21
四、SCC与氢脆的关系
联系： ● 广义的SCC包括氢脆断裂，通常应力腐蚀总 伴有氢脆。它们共同存在，一般难以区别。 ●微观断口形貌也十分相似
2、应力吸附机理（氢致脆化机理）
认为[H]吸附于裂纹尖端，使金属晶体原子键的亲 和力减弱，即表面能降低。
从Griffith缺口强度理论可知：
σc∝γ1/2
∵ γ↓
∴ σc↓
从而脆化金属，使材料产生早期断裂
9
三、SCC断口形貌特征
1、宏观形貌特征 ●呈现脆性特征，有时带有少量塑性撕裂痕迹 ●裂源是多源的，由于介质的腐蚀作用，裂纹形成区或亚
材料失效分析
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
区别：
●从电化学反应来看，SCC是阳极溶解控制过程 Fe - 2e → Fe +
氢脆是阴极反应控制过程 H+ + e → [H] 2[H] → H2↑
23
●裂源：SCC从表面开始，裂纹分叉 氢脆从次表面或内部开始，裂纹几乎不分叉
SCC裂纹
氢脆裂纹
24
五、影响氢脆的外部因素
1、温度 氢脆多发生在温度为-100℃—150℃之间，一般最敏感 的温度是室温 温度太低，氢不易扩散和聚结 温度太高，氢自由地向大气中扩散，减少了氢含量
不锈钢螺栓氢脆断口 螺钉氢脆断口
19
微观形貌：典型为沿晶断口与准解理断口，有时看到解 理及局部韧断。
20
在不同K值下高强钢的断裂形式
氢脆的沿晶断口
21
四、SCC与氢脆的关系
联系： ● 广义的SCC包括氢脆断裂，通常应力腐蚀总 伴有氢脆。它们共同存在，一般难以区别。 ●微观断口形貌也十分相似
零件失效分析2失效分析基础知识PPT课件
第23页/共120页
键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂
初始裂 纹源
裂纹扩 展区
最终瞬 断区
第24页/共120页
键槽
2.2 应力集中与零件失效 ➢ 应力集中与应力集中系数 ➢ 应力集中对零件失效的影响 ➢ 降低应力集中的措施
第25页/共120页
零件的几何形状发生突变，会造成应力的重新分配， 也会造成应力集中。
第34页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素
力学性能：硬度越高，脆性越大，塑性韧性越低， 应力集中作用越强烈，裂纹扩展速率越大；
第35页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素 零件几何形状：
断裂部位
第36页/共120页
零件应力状态： 举例：
上海汽车锻造总厂生产的汽车钢板弹簧产生早期 失效，综合分析发现：表面存在较多较深的弹坑及局 部脱碳。
含孔的矩形棒在拉应力作用下应力集中的情况
第26页/共120页
变截面过渡圆角处的应力分布
理论应力集中系数
Kt
max 平均
第27页/共120页
应力集中系数手册
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受单向静拉伸时的Kt值
第28页/共120页
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受静弯曲载荷时的Kt值
第55页/共120页
➢ 振动时效 (Vibration Stress Relief, VSR) ➢ 锤击、喷丸、滚压
第56页/共120页
振动等离子熔覆过程示意图
第57页/共120页
0Hz
50Hz
75Hz
100Hz
125Hz
第58页/共120页
150Hz
100Hz时，熔覆层出现罕见的分层现象
键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂
初始裂 纹源
裂纹扩 展区
最终瞬 断区
第24页/共120页
键槽
2.2 应力集中与零件失效 ➢ 应力集中与应力集中系数 ➢ 应力集中对零件失效的影响 ➢ 降低应力集中的措施
第25页/共120页
零件的几何形状发生突变，会造成应力的重新分配， 也会造成应力集中。
第34页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素
力学性能：硬度越高，脆性越大，塑性韧性越低， 应力集中作用越强烈，裂纹扩展速率越大；
第35页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素 零件几何形状：
断裂部位
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零件应力状态： 举例：
上海汽车锻造总厂生产的汽车钢板弹簧产生早期 失效，综合分析发现：表面存在较多较深的弹坑及局 部脱碳。
含孔的矩形棒在拉应力作用下应力集中的情况
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变截面过渡圆角处的应力分布
理论应力集中系数
Kt
max 平均
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应力集中系数手册
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受单向静拉伸时的Kt值
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典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受静弯曲载荷时的Kt值
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➢ 振动时效 (Vibration Stress Relief, VSR) ➢ 锤击、喷丸、滚压
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振动等离子熔覆过程示意图
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0Hz
50Hz
75Hz
100Hz
125Hz
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150Hz
100Hz时，熔覆层出现罕见的分层现象
金属断裂与失效分析精品PPT课件
问题。
5．操作和维护不良 （1）没有执行操作规程、超温、超压 （2）维护不当 6．环境原因： ①腐蚀介质：应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、局部腐蚀、脱
锌腐蚀、冲刷腐蚀。
②氧化、水蒸汽高温氧化。
四、失效分析程序
（一）现场调查：保护现场、记录取证 （二）残骸分析：确定首先破坏部位
风扇磨转轮飞裂后经拼凑确定断裂源
裂纹走向——应力原则：垂直于主拉伸应 力方向（平行于剪切应力的方向）。 强度原则：沿着最小阻力路线（材料薄弱 环节或缺陷处）扩展。
第二节 断 口
一、断口的分类 宏观形态——脆性断口：无明显塑性变形 韧性断口：有明显塑性变形 微观形态——沿晶脆性断裂、解理断裂、 准解理断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、 氢脆断裂、韧窝断裂、蠕变断裂。
1．失效分析的核心是分析零部件失效的原因。 2．失效分析的目的在于提出对策。 3．失效分析既是技术活动，也是管理活动。
残骸分析→失效原因 意义在于： 返馈信息→完善或改进设计→材料的选用、研制、 工艺制定→制造工艺改进、质量的提高→技术规范的 修定→安全性和寿命分析。
三、失效的主要原因
1．设计上的原因： （1）结构或形状不合理。 （2）不合适的设计。 （3）提高级别使用。 （4）设计标准不够。 2．材料原因。 （1）机械性能达不到要求。 （2）选材标准不适。 （3）错用钢材。 （4）缺陷：
报告：失效零部件的描述、服役条件、 失效前的使用记录、零部件的制造及热 处理工艺、力学分析、材料质量评价失 效的主要原因及影响因素、措施及建议。
第二章 裂纹及断口
第一节 裂 纹 裂纹：金属的局部破断，又称裂纹，金 属零（部）件在应力作用下，某些薄弱 部位发生局部破断。前端尖锐、应力集 中，高温下变钝。
金属的断裂与失效
5．操作和维护不良 （1）没有执行操作规程、超温、超压 （2）维护不当 6．环境原因： ①腐蚀介质：应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、局部腐蚀、脱
锌腐蚀、冲刷腐蚀。
②氧化、水蒸汽高温氧化。
四、失效分析程序
（一）现场调查：保护现场、记录取证 （二）残骸分析：确定首先破坏部位
风扇磨转轮飞裂后经拼凑确定断裂源
裂纹走向——应力原则：垂直于主拉伸应 力方向（平行于剪切应力的方向）。 强度原则：沿着最小阻力路线（材料薄弱 环节或缺陷处）扩展。
第二节 断 口
一、断口的分类 宏观形态——脆性断口：无明显塑性变形 韧性断口：有明显塑性变形 微观形态——沿晶脆性断裂、解理断裂、 准解理断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、 氢脆断裂、韧窝断裂、蠕变断裂。
1．失效分析的核心是分析零部件失效的原因。 2．失效分析的目的在于提出对策。 3．失效分析既是技术活动，也是管理活动。
残骸分析→失效原因 意义在于： 返馈信息→完善或改进设计→材料的选用、研制、 工艺制定→制造工艺改进、质量的提高→技术规范的 修定→安全性和寿命分析。
三、失效的主要原因
1．设计上的原因： （1）结构或形状不合理。 （2）不合适的设计。 （3）提高级别使用。 （4）设计标准不够。 2．材料原因。 （1）机械性能达不到要求。 （2）选材标准不适。 （3）错用钢材。 （4）缺陷：
报告：失效零部件的描述、服役条件、 失效前的使用记录、零部件的制造及热 处理工艺、力学分析、材料质量评价失 效的主要原因及影响因素、措施及建议。
第二章 裂纹及断口
第一节 裂 纹 裂纹：金属的局部破断，又称裂纹，金 属零（部）件在应力作用下，某些薄弱 部位发生局部破断。前端尖锐、应力集 中，高温下变钝。
金属的断裂与失效
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（b）疲劳源在轴表面，由表面加工缺陷引起缺口效应，致使裂纹萌生。
车轴的疲劳断裂失效分析如下图：
车轴疲劳 断裂分析
疲劳裂纹源发生在车轴内部──冶金缺陷（残余缩孔、 夹渣、空洞、成份偏析、夹杂物超标等）
机加工缺陷机加工不当
轴表面 撞伤意外损伤 异常 腐蚀产物环境腐蚀
疲劳裂纹 源发生在 车轴表面
断口面基 本与轴向 垂直
交变接触应力使疲劳裂纹在钢轨表层(次表层) 形成扩展至剥落
交变应力引起疲劳裂纹的萌生,并可能进一步 扩展至断裂
轮轨接触面发生热机械作用, 导致组织产生相 变由珠光体组织转变成马氏体组织 腐蚀环境作用
铁路全天候运行，行程长、工作条件较恶劣，磨耗、腐蚀、 疲劳断裂时其主要形式。
（a）
（b）
（c）
图8-12 钢轨轨头磨耗、压溃和剥离
1）脆性断口
宏观：结晶状，平齐而光亮，有闪亮小刻面。无
明显变形
微观：平坦的解理台阶与河流花样。
（a）
（b）
图8-5 脆性结晶状断口的宏观及微观形貌
（a）宏观形貌
（b）微观解理花样
2）韧性断口
宏观：纤维状，色质灰暗, 有明显的塑性变形 微观：大小不等的韧窝
（a）
（b）
图8-7 韧性断口的宏观及微观形貌
第8章 失效与选材
8.1 失效分析
2021/3/7
CHENLI
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一、 材料失效的概念
1. 定义： 每种机器零件都具有一定的功能——或完成规定的运 动，或传递力、力矩或能量。当零部件丧失预定的功 能时，即发生了零件的失效。
下列任何一种情况的发生，都可以认为零件已经失效： 零件完全破坏，不能继续工作 零件严重损伤，不能保证工作安全 零件虽能安全工作，但工作低效
1、无损检测
无损检测是针对材料在冶金、加工、使用过程中
产生的缺陷和裂纹用无损探伤法进行检查，以查清其
状态及分布。
脆性断口
2、断口分析
韧性断口 疲劳断口
断口分析是对断口进行全面的宏观（肉眼、低倍显 微镜）及微观（高倍显微镜、电子显微镜）观察分 析，确定裂纹的发源地、扩展区和最终断裂区，判 断出断裂的性质和机理。
2 .零件失效的基本形式
零件的失效形式比较复杂，根据零件破坏的特点、所受载荷 的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变形失效、断裂 失效和表面损伤失效三大类型。
零件失效
变形失效
断裂失效
表面损伤失效
弹
塑
塑低疲蠕应
磨表腐
性
性
性应劳变力
损面蚀
变
变
断力断断腐
失疲失
形
形
裂脆裂裂蚀
效劳效
失
失
失断失失断
失
效
（a）
（b）
图8-13 钢轨在交变接触应力作用下产生的核伤(接触疲劳伤损)
（a）夹杂物引起的核伤断口（白核） （b）表面剥离引起的核伤断口
三、 材料选用原则
(一) 使用性能原则—— 首要原则
（二）工艺性能原则
（三）经济性原则—— （四）环境与资源原则
根本原则
7.2 典型机械零件的选材分析
7.2.1齿轮
（a）
（b）
图8-9 齿轮的轮齿的疲劳断裂（宏观）
齿轮的失效行为
失效形式
失效的原因
齿面接触 在交变接触应力作用下，齿面产生微裂 疲劳破坏 纹，裂纹发展引起点状剥落（或称麻点）
疲劳断裂
从齿根部发生，由过大的交变弯曲应力 所致，是齿轮最严重的失效形式
齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小
过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿
（a）轨头侧面磨耗（b）轨头踏面被压溃及出现飞边
（c）鱼鳞状裂纹和剥离坑
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CHENLI
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钢轨使用初期出现的纵向劈裂等主要与钢轨的内部和 表面质量有关，如非金属夹杂物、白点、偏析、残余缩 孔、翻皮、折叠等引起的核伤。（图a）
表面损伤（表面剥离、压溃、擦伤、机械碰撞等）、 钢轨结构引起的局部高应力则可能导致疲劳裂纹甚至折 断。轨头严重磨耗、压溃等则主要与钢轨的强度与负荷 有关。（图b）
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2、机车车辆车轴的失效
车轴在运行时承受着旋转弯曲和扭转载荷，车轴材料通常具 有较好的韧塑性，其形状又有很好的对称性，所以车轴具有疲劳 断裂的完整过程（疲劳裂纹形成、裂纹扩展、最终瞬时断裂），
断口见图：
（a）
疲劳源
（b）
图8-10 车轴疲劳断口
（a） 疲劳源在轴内部，由严重冶金缺陷引起裂纹萌生。
3、金相分析
通过观察分析零件（特别是失效源周围）显微组 织构成情况，如组织组成物的形态、粗细、数量、分 布及其均匀性等，辨析各种组织缺陷及失效源周围组 织的变化，对组织是否正常作出判断。
4、化学分析
检验材料整体或局部区域的成分是否符合设计要求。
5、力学分析
检查分析失效零件 的应力分布、承载能力以及 脆断倾向等。
效
效失效效裂
效
效
失
效
二、 失效分析方法
失效分析的目的是揭示零件失效的根本原因，影响失效的因素很多， 要利用宏观和微观的研究手段进行系统的分析。
服役条件
失效零件
失效分析 失效原因
失效类型
设计
材料
工艺
使用
改进设计 提高主要抗力指标 改进工艺 加强管理
提高零件失效抗力
实验室试验
工业试验
失效分析的主要方法
1、齿轮的工作条件 (1) 由于传递扭矩，齿根承受很大的
交变弯曲应力； (2) 换挡、启动或啮合不均时，齿部
承受一定冲击载荷； (3) 齿面相互滚动或滑动接触，承受
很大的接触压应力及摩擦力的作用。
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2、齿轮的失效形式
疲劳断裂
齿面磨损
(1) 疲劳断裂 主要从根部发生； (2) 齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小； (3) 齿面接触疲劳破坏 在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹， 微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点)； (4) 过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿。
磨损产物微动摩擦
断口特征异常 设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ当、严重缺 陷或过载
力学性 化学成份冶炼工艺不当
能不合 金相组织冶炼、锻造
格
或热处理工艺不当
断口面与轴向成45角
扭转载荷过大
3、铁路钢轨的失效
钢轨伤损的主要形式
失效形式 磨耗 压溃 剥离
疲劳裂纹或折 断
擦伤
锈蚀
失效的原因
钢轨与车轮接触面表层发生磨损
轮轨接触压应力使钢轨表面发生塑性变形
（a）纤维状韧性宏观断口 （b）微观典型韧窝形貌
3）疲劳断口
疲劳裂纹扩展区
疲劳源
“贝纹”状花样
（a）
瞬时断裂区 （b）
图8-8 疲劳断口
（c）
（a）疲劳断口宏观形貌（b）疲劳断口示意图（c）疲劳条纹的微观图象
(3) 零件失效分析实例
1、齿轮的失效
齿轮是机械设备中运用极广的传动零件，齿轮表面受到接触 力和摩擦力的作用，齿根部则受到交变弯曲应力的作用，此外由于 过载和换档时的冲击还会产生附加应力。