机械零件的失效形式优秀课件

四、影响疲劳抗力的因素
• 材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等 方法改变。
第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂
问题 1 什么是疲劳断裂？ 2 疲劳断口由哪几个部分组成？ 3 疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使
用这些指标？
一、基本概念
1 交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期 变化的载荷。
2 疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工 作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。
吸收能量的能力。
韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌
韧性 断口
脆性 断口
二、冲击韧性及衡量指标
1 冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综 合表现。
2 衡量指标：冲击吸收功Ak 冲击韧度ak(ak＝ Ak/Fk )
3 应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结 合用于一般零件抗断裂设计。
• 弹性指标：弹性能（弹性比功）m 塑性指标：断后伸长率d
断面收缩
3 硬度
硬度：表征材料软硬程度的一种性能。 硬度指标：物理意义与试验方法有关
• 滑痕法硬度值（莫氏硬度） • 弹性回跳法硬度值（肖氏硬度） • 压入法硬度值（工业中应用广泛） 布氏硬度（HBS)淬火钢球 洛氏硬度(HRC)（锥角为120°的金刚石圆锥体） 维氏硬度(HV)（锥面角为136 °的金刚石四棱锥体为压
问题
• 材料的静载性能指标有哪些? • 什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性
变形的原因是什么?设计时应选择什么性 能指标? •来自百度文库发生过量塑性变形的原因是什么?抗力指 标有哪些?
一、材料的静载性能指标
• 刚度和强度指标 • 弹性和塑性指标 • 硬度指标 • 韧性指标（放在断裂中讲）
1、刚度
• 刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。 等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。
3 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、 最后断裂。
二、疲劳断口的特点
疲劳断口
示意图
疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌
一个疲 劳源
疲 劳 源 区
疲劳 条纹
疲 劳 裂 纹 扩 展 区
两个疲 劳源
微裂纹
三、疲劳抗力指标
疲劳极限 1 无裂纹构件的疲劳抗力指标： 过载持久值
疲劳极限：材 料经过无限次 应力循环不发 生断裂的最大 应力。对应于 疲劳曲线上水 平部分对应的 应力值。
4 低温冲击试验：(材料的韧脆转变温度TK)
材料韧脆转变温度TK的确定和应用
三、断裂韧性及衡量指标
1 断能裂指韧标度 ，K指I的C: 是是材评料定抵材抗料裂抵纹抗失脆稳性扩断展裂的的能力力学。性 单位：MPa·m 1/2 或者 MN ·m-3/2
2 应用（判断构件是否安全，合理选材） KI < KIC 构件安全 KI >KIC 构件发生脆性断裂 KI ＝KIC 构件发生低应力脆性断裂的临界条件
裂过程的区别在哪里？ 3 什么是材料的韧性？评价材料韧性的力学性能指标
有哪些？ 4 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
头
二、过量变形失效
1 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
2 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性
3 应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和 火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、 大型发电机转子等。
四、影响脆性断裂的因素
• 温度和加载速度 • 应力集中 • 零件尺寸
总结
• 材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂
• 材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材 料韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用于评价 材料韧性的好坏；断裂韧度可用于材料抵抗低 应力脆性断裂的设计。
• 刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。 （在同样的载荷下）
2、强度、弹性塑性指标
试样的静拉伸过程
弹性变形
弹性变形、 塑性变形
非线性弹 性变形
（1）强度：材料抵抗变形或者断裂的能力
比例极限sp 弹性极限se 屈服强度ss 抗拉强度sb 断裂强度sk
强度指标单位：MPa
（2）弹性和塑性指标
弹性：材料发生弹性变形的大小。 塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力。
机械零件的失效形 式
关于失效的基本概念
1 零件（构件）的功能 （1）在一定的压力、温度、介质下，保持规 定的形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。
2 失效的定义和形式
定义: 零件失去设计所要求的效能（功能） 称为失效。
常见的失效形式：过量变形、断裂、磨 损、腐蚀
第一节 零件在常温静载下的过量变形
变形的能力不够 （3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服极
限
总结
零构件发生过弹性变形的原因：刚度不足 抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
强 调！ 金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、 冷变形等方法改变。
本节中 所讲的 材料的 力学性 能指标 及应用
刚度：在设计中，考虑构件在 受力时发生的弹性变形量，需 要用刚度。主要力学性能是材 料的弹性模量。如镗床的镗杆、 齿轮轴等
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
1 断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？ 2 断裂过程分为几个阶段？韧性断裂和脆性断裂的断
疲劳曲线
疲劳极限
条件疲劳 极限
图1－11 两种类型的疲劳曲线
a)钢铁材料 b)部分有色金属（如铝合金）
过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力作用 下发生疲劳断裂的循环周次。
高周疲劳：Nf>105 低周疲劳: Nf<105
2 带裂纹构件的疲劳抗力指标 裂纹扩展速率（da/dN) 疲劳裂纹扩展门槛值(DKth）