机械零件失效分析课件

机械零件失效分析机械零件失效分析1内容 过量变形断裂疲劳断裂磨损失效腐蚀失效蠕变变形和断裂失效内容 过量变形2第一节 零件在常温静载下的过量变形变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化第一章 机械零件（或器件）的失效分析外力去除变形恢复？弹性变形：变形能够恢复弹性变形：变形能够恢复塑性变形：变形不能够恢复塑性变形：变形不能够恢复第一节 零件在常温静载下的过量变形变形：材料在外力作用下产生3第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为由第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的4第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的5第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的6第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为低碳钢拉伸时应力低碳钢拉伸时应力-应变曲线应变曲线第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的7第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为oaoa段比例极限段比例极限 abab段弹性极限段弹性极限（一）四个阶段（一）四个阶段1、弹性阶段abcccc应应力力不不增增加加变变形形不不断断增增加加称称为为屈屈服服，该该段段的的最最低低应应力力称称为为屈屈服服应应力力 ，在在材材料料屈屈服服后后若若卸卸载载出出现现不不能恢复的变形成为塑性变形。能恢复的变形成为塑性变形。2、屈 服 阶 段cc第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的8第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为（一）四个阶段3、强化阶段ce4、局部变形阶段ef材材料料恢恢复复抵抵抗抗变变形形的的能能力力称称为强化强度极限为强化强度极限变变形形集集中中于于某某一一局局部部范范围围颈颈缩缩断裂断裂第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的9第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.低碳钢的应力低碳钢的应力-应变行为应变行为（一）四个阶段低碳钢在拉伸应力作用下的变形过程分为：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形四个阶段。第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的10第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析低碳低碳钢拉伸曲拉伸曲线的的4个个阶段、段、3个特征点个特征点OB：弹性性阶段（卸段（卸载可逆）可逆）P e s bABCCDEO A：比例极限：比例极限 PB：弹性极限性极限 eBC：屈服：屈服阶段段（出（出现塑性塑性变形）形）（两者很接近）（两者很接近）=E =E E=tan C：屈服极限：屈服极限 s第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的11第一节 零件在常温静载下的过量变形 CD:强化化阶段段D：强度极限度极限 b DE：缩颈阶段段（局部收（局部收缩阶段）段）0 p e t e:弹性性应变，p:塑性塑性应变（不可逆的残余（不可逆的残余应变）P e s bABCCDEO =E 卸卸卸卸载载曲曲曲曲线线卸卸卸卸载载后再加后再加后再加后再加载载曲曲曲曲线线屈服极限提高：屈服极限提高：冷作硬化冷作硬化，在，在CD段内卸段内卸载曲曲线为弹性直性直线E：断裂点：断裂点第一节 零件在常温静载下的过量变形 CD:强化阶段D：强12第一节 零件在常温静载下的过量变形一一.工程材料在静拉伸时的应力工程材料在静拉伸时的应力-应变行为应变行为第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.其他类型材料的应力其他类型材料的应力-应变行为应变行为弹性性变形、塑形、塑性性变形形弹性性变形形非非线性性弹性性变形形1纯金属金属（Al、Cu、Ag等）等）2脆性材料脆性材料（陶瓷、白口（陶瓷、白口铸铁、淬火高碳、淬火高碳钢）3高高弹性材料性材料（橡胶）（橡胶）第一节 零件在常温静载下的过量变形一.工程材料在静拉伸时的13第一节 零件在常温静载下的过量变形第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.其他类型材料的应力其他类型材料的应力-应变行为应变行为1234102030e e(%)0100200300400500600700800900(MPa)1、锰钢 2、硬、硬铝 3、退火球墨、退火球墨铸铁 4、低碳、低碳钢特点：特点：d d 较大，为塑性材料。无明显屈服阶段。O e eA0.2%S无明显屈服阶段的，规定以塑性应变 =0.2%所对应的应力作为名义屈服极限，记作第一节 零件在常温静载下的过量变形第一章 机械零件（或器件）14第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.1.刚度和强度指标刚度和强度指标2.2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标3.3.硬度指标硬度指标第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 15第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.刚度和强度指标刚度和强度指标（1）刚度刚度定义：刚度是指零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力定义：刚度是指零（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。等于材料弹性模量与零（构）件截面积的乘积。单向拉伸时：单向拉伸时：即即纯剪切时：纯剪切时：即即EAEA（或（或GAGA）为零件的零件的刚度，代表度，代表产生生单位位弹性性变形所需形所需载荷的大小。荷的大小。弹性模量性模量E E(或切或切变模量模量G G)是表征材料是表征材料刚度的性能指度的性能指标(why)(why)第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 16第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.刚度和强度指标刚度和强度指标（2）强度强度定义：强度是指材料抵抗变形或断裂的能力定义：强度是指材料抵抗变形或断裂的能力第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 17第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.刚度和强度指标刚度和强度指标（2）强度强度是材料应力和应变成正比的最大应力是材料应力和应变成正比的最大应力是不产生塑性变形的最大应力是不产生塑性变形的最大应力是材料开始产生塑性变形的应力是材料开始产生塑性变形的应力是材料产生最大均匀塑性变形的应力是材料产生最大均匀塑性变形的应力是材料发生断裂的应力是材料发生断裂的应力第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 18第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标（1）弹性：指材料弹性变形的大小。弹性：指材料弹性变形的大小。弹性能为应力弹性能为应力-应变曲线下面弹性变形部分所包围的面积。应变曲线下面弹性变形部分所包围的面积。通常用弹性变形时的吸收能通常用弹性变形时的吸收能 u 来表示。来表示。材料的弹性极限越高，弹性模量材料的弹性极限越高，弹性模量E越低，弹性能越大，材料越低，弹性能越大，材料的弹性越好。的弹性越好。弹性指标弹性指标弹性能性能第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 19第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标（2）塑性：指材料断裂前发生塑性变形的能力。塑性：指材料断裂前发生塑性变形的能力。、越大，材料的塑性越好。越大，材料的塑性越好。通常用断后伸长率通常用断后伸长率和断面收缩率和断面收缩率来衡量。来衡量。伸长率伸长率塑性指标塑性指标伸伸长率率和断面收和断面收缩率率断面收缩率断面收缩率第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 20第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标国家标准规定金属拉伸试验方法（GB2282002)LL=10d L=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 21第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 22第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标（3）硬度：表征材料软硬程度的一种性能。硬度：表征材料软硬程度的一种性能。物理意义由试验方法决定。物理意义由试验方法决定。莫氏硬度莫氏硬度表示表示矿物硬度的一种物硬度的一种标准。准。应用用划痕法将棱划痕法将棱锥形金形金刚钻针刻划所刻划所试矿物物的表面而的表面而发生划痕生划痕用测得的划痕的深度分十级来表示硬度硬度第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 23第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标莫氏硬度莫氏硬度表示表示矿物硬度的一种物硬度的一种标准。准。第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 24第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标肖氏硬度肖氏硬度弹性回跳法硬度性回跳法硬度值表征材料表征材料弹性功的大小。性功的大小。应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。用测得的撞销回跳的高度来表示硬度。第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 25第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标压入法硬度值压入法硬度值表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力（3）硬度：表征材料软硬程度的一种性能。硬度：表征材料软硬程度的一种性能。工工业中中应用最广泛用最广泛以硬以硬质合金或金合金或金刚石石锥体体为压头布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 26第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标（3）硬度：表征材料软硬程度的一种性能。硬度：表征材料软硬程度的一种性能。布氏硬度布氏硬度HBWP材料为淬火钢和硬质合金第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 27第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标（3）硬度：表征材料软硬程度的一种性能。硬度：表征材料软硬程度的一种性能。洛氏硬度洛氏硬度HRC常用洛氏硬度为C级，用150kgf的载荷将一个120圆锥形金刚石压头压入金属表面A级载荷为60kgf,B级为100kgf第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 28第一节 零件在常温静载下的过量变形二二.静载性能指标静载性能指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.弹性和塑性指标弹性和塑性指标（3）硬度：表征材料软硬程度的一种性能。硬度：表征材料软硬程度的一种性能。维氏硬度维氏硬度HV以一定大小的载荷P,将一个金刚石四棱锥压入金属表面，单位压痕面积上的载荷即为金属的维氏硬度，单位kgf/mm第一节 零件在常温静载下的过量变形二.静载性能指标第一章 29第一节 零件在常温静载下的过量变形三三.过量变形失效过量变形失效第一章 机械零件（或器件）的失效分析概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效1.过量弹性变形及其抗力指标过量弹性变形及其抗力指标镗床镗杆镗床镗杆被加工零被加工零件的精度件的精度较小弹性变形较小弹性变形本身由于本身由于刚度不足度不足过量弹性变形过量弹性变形镗出的孔偏小、锥度，影响加工精度、废品镗出的孔偏小、锥度，影响加工精度、废品齿轮轴过量变形齿轮轴过量变形加速齿轮磨损，增加噪声加速齿轮磨损，增加噪声弹簧过量变形弹簧过量变形不能达到承载能力不能达到承载能力第一节 零件在常温静载下的过量变形三.过量变形失效第一章 30第一节 零件在常温静载下的过量变形三三.过量变形失效过量变形失效第一章 机械零件（或器件）的失效分析概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效1.过量弹性变形及其抗力指标过量弹性变形及其抗力指标刚度：零构件受力时抵抗弹性变形的能力。刚度：零构件受力时抵抗弹性变形的能力。（一）零构件过量弹性变形的条件（一）零构件过量弹性变形的条件拉压条件下：拉压条件下：弯曲条件下：弯曲条件下：扭转条件下：扭转条件下：许可弹性变形量，扭转角第一节 零件在常温静载下的过量变形三.过量变形失效第一章 31第一节 零件在常温静载下的过量变形三三.过量变形失效过量变形失效第一章 机械零件（或器件）的失效分析概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效1.过量弹性变形及其抗力指标过量弹性变形及其抗力指标（二）过量弹性变形的原因（二）过量弹性变形的原因零构件的刚度不够零构件的刚度不够（三）抗力指标（三）抗力指标弹性模量弹性模量E 或切变模或切变模G（三）不同材料的弹性模量（三）不同材料的弹性模量第一节 零件在常温静载下的过量变形三.过量变形失效第一章 32第一节 零件在常温静载下的过量变形三三.过量变形失效过量变形失效第一章 机械零件（或器件）的失效分析概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效1.过量弹性变形及其抗力指标过量弹性变形及其抗力指标弹性模量弹性模量E 或切变模或切变模G,主要取决于材料中原子本性和原子间结合力。熔主要取决于材料中原子本性和原子间结合力。熔点越高，弹性模量也越高，随温度升高而降低。点越高，弹性模量也越高，随温度升高而降低。金属材料的金属材料的E取决于基体金属的性质，取决于基体金属的性质，不能不能通过合金化、热处理、冷变通过合金化、热处理、冷变形等方法使之改变。形等方法使之改变。第一节 零件在常温静载下的过量变形三.过量变形失效第一章 33第一节 零件在常温静载下的过量变形三三.过量变形失效过量变形失效第一章 机械零件（或器件）的失效分析概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效概念：由于弹性或塑性变形超过了允许量而导致零（构）件失效2.过量塑性变形及其抗力指标过量塑性变形及其抗力指标第一节 零件在常温静载下的过量变形三.过量变形失效第一章 34第一节 零件在常温静载下的过量变形总总结结第一章 机械零件（或器件）的失效分析第一节 零件在常温静载下的过量变形总 结第一章 机械零件（35第一节 零件在常温静载下的过量变形应应用用第一章 机械零件（或器件）的失效分析第一节 零件在常温静载下的过量变形应 用第一章 机械零件（36第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析断裂：断裂：材料在应力作用下分为两个或两个以上的部分现象材料在应力作用下分为两个或两个以上的部分现象第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念37第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析宏观变形量宏观变形量的大小的大小韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂断裂前断裂前发生明生明显的宏的宏观塑形塑形变形形断裂前不断裂前不发生塑形生塑形变形形断裂前第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念38第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂脆性断裂没有明脆性断裂没有明显征兆，征兆，危害性极大。危害性极大。断裂前断裂前发生明生明显塑性塑性变形，警告形，警告人人们注意，不会造成注意，不会造成严重事故重事故两种断裂的危害性对比两种断裂的危害性对比第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念39第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂断裂后断口断裂后断口齐平，由无数平，由无数的小平面的小平面组成成足足够的伸的伸长量才断裂，断口量才断裂，断口为杯形，呈暗灰色杯形，呈暗灰色纤维状状第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念40第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂裂裂纹源或微裂源或微裂纹逐逐渐扩展展到一到一临界界长度的度的过时，立，立刻刻发生断裂生断裂1.1.材料在外力下的微裂材料在外力下的微裂纹2.2.原有的内部缺陷（微裂原有的内部缺陷（微裂纹、空孔、空孔、杂质等）等）裂纹源裂纹源第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念41第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂裂纹萌生和裂纹扩展的过程裂纹萌生和裂纹扩展的过程裂纹亚稳扩展阶段裂纹亚稳扩展阶段：裂纹自形成到扩展至临界扩展阶段裂纹自形成到扩展至临界扩展阶段特点：特点：裂裂纹扩展阻力大，展阻力大，扩展速度展速度较慢慢失稳扩展阶段失稳扩展阶段：裂纹达到临界长度后的扩展阶段裂纹达到临界长度后的扩展阶段特点：特点：裂裂纹扩展阻力小，展阻力小，扩展速度快，可达声音在展速度快，可达声音在该材料中的材料中的传播速度播速度第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念42第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂裂纹萌生和裂纹扩展的过程裂纹萌生和裂纹扩展的过程裂纹亚稳扩展阶段裂纹亚稳扩展阶段：裂纹自形成到扩展至临界扩展阶段裂纹自形成到扩展至临界扩展阶段特点：特点：裂裂纹扩展阻力大，展阻力大，扩展速度展速度较慢慢失稳扩展阶段失稳扩展阶段：裂纹达到临界长度后的扩展阶段裂纹达到临界长度后的扩展阶段特点：特点：裂裂纹扩展阻力小，展阻力小，扩展速度快，可达声音在展速度快，可达声音在该材料中的材料中的传播速度播速度第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念43第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂裂纹形成后经历很长的裂纹亚稳扩展阶段，裂纹扩展与塑性变形同时进行，变形停止，裂纹也停止扩展，只有在增加外力使变形继续时，裂纹才相应的扩展。外力不断增加，塑性变形不断进行，裂纹不断扩展，直到达到临界裂纹长度。最后失稳扩展而瞬时断裂裂纹形成后很快达到临界长度，不经历裂纹亚扩展阶段就进入裂纹失稳扩展阶段，裂纹扩展速度快。韧性断裂前有明显的塑性变形脆性断裂前无明显塑性变形第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念44第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性断裂韧性断裂脆性断裂脆性断裂韧窝齐整表面第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念45第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析韧性：韧性：材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是材料轻度和塑性的综合表现。评定材料韧性的力学性能是：评定材料韧性的力学性能是：冲击韧性和断裂韧性第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂一、韧断和脆断的基本概念46第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂二、冲击韧性及衡量指标二、冲击韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析冲击载荷与静载荷的主要区别：冲击载荷与静载荷的主要区别：在加载速率不同，前者加载速率高，后者加载速率低。应变速率增加，使材料变脆倾向增大。冲击韧性：冲击韧性：用来评定材料在冲击载荷下的脆断倾向。冲击韧性：冲击韧性：用指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用标准试样的冲击吸收功Ak表示。第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂二、冲击韧性及衡量指标第47第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂二、冲击韧性及衡量指标二、冲击韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析冲击韧性试验：冲击韧性试验：基本原理：用一定质量的物体以一定的速度冲击一定形状的试样，测量断裂试样需要的能量，以此能量值表示该材料的冲击韧性。势能摆锤的运动速率为5m/s,试样的应变速率约为第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂二、冲击韧性及衡量指标第48第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂二、冲击韧性及衡量指标二、冲击韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析冲击韧度：冲击韧度：衡量材料冲击韧性的力学性能指标第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂二、冲击韧性及衡量指标第49第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标三、断裂韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析针对防止脆性断裂：针对防止脆性断裂：传统的设计方法要求：1.要求零件的工作应力2.要求材料有足够的塑性、和韧性不可能可靠地保证零件不发生低应力脆断。原因：没考虑一般材料中都存在着微小的宏观裂纹。第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标第50第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标三、断裂韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析断裂力学的发展：断裂力学的发展：提出评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标：断裂韧度度度第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标第51第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标三、断裂韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析断裂韧度：材料的固有特性，基本力学常数，对成分、组织敏感，可以通过合金化、热处理来改变。第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标第52第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标三、断裂韧性及衡量指标第一章 机械零件（或器件）的失效分析断裂力学的发展：断裂力学的发展：提出评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标：断裂韧度可控三参数可控三参数换算换算临界条件临界条件工作应力实际裂纹半长度是否安全是否安全安全可靠安全可靠安全可靠第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂三、断裂韧性及衡量指标第53第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂一定条件一定条件决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：加载方式和材料本质：加载方式和材料本质：温度和加载速度温度和加载速度应力集中应力集中零件尺寸零件尺寸第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章54第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：1.加载方式和材料本质：加载方式和材料本质：xyzxyxyn 第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章55以主平面以主平面为单元体的各面元体的各面则称称为主主单元体元体xy从从变形体内任意点取出的形体内任意点取出的单元体称元体称为原始原始单元体元体主主单元体的各表面上只元体的各表面上只有正有正应力，没有切力，没有切应力力对平面平面应力状力状态，z平平面也面也为一个主平面，一个主平面，其上的主其上的主应力力为零。零。故平面故平面故平面故平面应应力状力状力状力状态态有三个有三个有三个有三个主主主主应应力：力：力：力：按代数按代数值大小排列大小排列为 1 1 2 2 3 3分分别称称为第一主第一主第一主第一主应应力，第二主力，第二主力，第二主力，第二主应应力，第三主力，第三主力，第三主力，第三主应应力，力，力，力，以主平面为单元体的各面则称为主单元体xy从变形体内任意点取出56第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：1.加载方式和材料本质：加载方式和材料本质：最大切应力：最大切应力：最大正应力：最大正应力：第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章57第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：2.温度和加载速度：温度和加载速度：屈服强度：屈服强度：正断强度：正断强度：韧脆转变温度韧脆转变温度第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章58第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：3.应力集中：应力集中：由于构件几何形状突由于构件几何形状突变造成局部造成局部应力急力急剧增高增高 max应力集中的程度由力集中的程度由应力集中因数力集中因数K K 表示表示第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章59第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：3.应力集中：应力集中：第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章60第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素四、影响脆断的因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析决定材料断裂类型的主要因素：决定材料断裂类型的主要因素：平面应力状态，在Z方向可以自由变形。平面应变状态，Z方向弹性约束阻止了该方向的变形。第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂四、影响脆断的因素第一章61第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂总总结结第一章 机械零件（或器件）的失效分析第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂总 结第一章62第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一一.疲劳的基本概念疲劳的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一.疲劳的基本概念第一章63第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一一.疲劳的基本概念疲劳的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。参量：参量：最大应力最大应力最小应力：最小应力：应力幅应力幅平均应力平均应力应力比应力比应力变程应力变程第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一.疲劳的基本概念第一章64第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一一.疲劳的基本概念疲劳的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。火车轴（弯曲）曲轴（扭转）连杆小拉大压第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一.疲劳的基本概念第一章65第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一一.疲劳的基本概念疲劳的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。齿轮齿根（弯曲）缸盖螺钉大拉小压第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一.疲劳的基本概念第一章66第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一一.疲劳的基本概念疲劳的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。交变载荷：载荷的大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。齿轮齿根（弯曲）缸盖螺钉大拉小压第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一.疲劳的基本概念第一章67第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一一.疲劳的基本概念疲劳的基本概念第一章 机械零件（或器件）的失效分析疲劳断裂之特点疲劳断裂之特点（较之静载和冲击载荷下的断裂）引起疲劳的应力很低，通常低于静载下的屈服强度；引起疲劳的应力很低，通常低于静载下的屈服强度；断裂时无明显的宏观塑性变形；断裂时无明显的宏观塑性变形；即使在静载和冲击载荷下有大量塑性变形的塑性材料，疲劳断裂也表现出脆断的宏观特征，危险性极大疲劳断口能清楚地显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个疲劳断口能清楚地显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个阶段阶段第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂一.疲劳的基本概念第一章68第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂二二.疲劳断口的特征疲劳断口的特征第一章 机械零件（或器件）的失效分析典型的疲劳断口形貌由典型的疲劳断口形貌由疲劳源区疲劳源区、疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区和和最后断裂区最后断裂区三部分组成。三部分组成。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂二.疲劳断口的特征第一章69第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂二二.疲劳断口的特征疲劳断口的特征第一章 机械零件（或器件）的失效分析1.疲劳源区疲劳源区:材料内部缺陷材料内部缺陷零件局部区域造成零件局部区域造成应力集中力集中该区域区域产生疲生疲劳裂裂纹2.疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区:疲疲劳裂裂纹形成后形成后继续扩展展长大大载荷大小的荷大小的改改变裂裂纹张开和开和闭合合扩展区留下一条条光展区留下一条条光亮的弧亮的弧线（疲（疲劳裂裂纹前沿前沿线）贝壳状壳状海海滩状状3.最后断裂区最后断裂区:疲疲劳裂裂纹不断不断扩展展零件有效截面逐零件有效截面逐渐减小减小应力增加力增加超超过材料断裂材料断裂强度度时放射状断裂。放射状断裂。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂二.疲劳断口的特征第一章70第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析无裂纹零件的疲劳无裂纹零件的疲劳带裂纹零件的疲劳带裂纹零件的疲劳经历扩展和最后断裂两个展和最后断裂两个阶段段经历裂裂纹形成、形成、扩展和最后断裂展和最后断裂三个三个阶段段疲疲劳劳不同的抗力指标不同的抗力指标第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响71第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析疲劳极限、过载持久值、疲劳缺口敏感度疲劳极限、过载持久值、疲劳缺口敏感度材料承受的交变应力与断裂循环周次之间的关系曲线1.无裂纹零件的疲劳抗力指标无裂纹零件的疲劳抗力指标愈大，循环周次愈小；愈小，断裂循环周次愈大。低周疲劳高周疲劳第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响72第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析（1）疲劳极限和过载持久值）疲劳极限和过载持久值1.无裂纹零件的疲劳抗力指标无裂纹零件的疲劳抗力指标疲疲劳极限：极限：当当应力低于力低于时，即使，即使循循环无限多次也不会无限多次也不会发生疲生疲劳断裂，断裂，曲曲线水平部分水平部分对应的的应力力，就是，就是疲疲劳极限。极限。过载持久持久值：材料在高于疲材料在高于疲劳极限的极限的应力作用下力作用下发生疲生疲劳断裂的断裂的应力循力循环周次。周次。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响73第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析（2）疲劳缺口敏感度）疲劳缺口敏感度1.无裂纹零件的疲劳抗力指标无裂纹零件的疲劳抗力指标疲疲劳缺口敏感度：缺口敏感度：缺口类型：缺口类型：孔、圆角、槽、台阶等应力集中系数：力集中系数：疲疲劳缺口系数：缺口系数：光滑件疲光滑件疲劳极限：极限：缺口件疲缺口件疲劳极限极限：第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响74第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析（2）疲劳缺口敏感度）疲劳缺口敏感度1.无裂纹零件的疲劳抗力指标无裂纹零件的疲劳抗力指标q=0 时：缺口不降低疲缺口不降低疲劳极限极限q=1 时：缺口缺口严重降低疲重降低疲劳极限极限第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响75第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析含有原始裂纹或缺陷的零件，裂纹扩展是决定疲劳寿命的主要因素2.带裂纹零件的疲劳抗力指标带裂纹零件的疲劳抗力指标疲劳裂纹扩展曲线：裂纹长度随应力循环周次N的变化。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响76第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.带裂纹零件的疲劳抗力指标带裂纹零件的疲劳抗力指标疲劳裂纹扩展曲线：裂纹长度随应力循环周次N的变化。疲疲劳裂裂纹扩展速率：展速率：增大到无限大裂纹失稳扩展，试样断裂，断裂循环周次为第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响77第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.带裂纹零件的疲劳抗力指标带裂纹零件的疲劳抗力指标与应力幅、裂纹长度a 有关。疲疲劳裂裂纹扩展速率：展速率：裂裂纹尖端尖端应力力场强度因子：度因子：疲疲劳裂裂纹尖端尖端应力力场强度度因子幅因子幅 K：控制疲控制疲劳裂裂纹扩展的力学参数展的力学参数做出曲做出曲线：第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响78第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.带裂纹零件的疲劳抗力指标带裂纹零件的疲劳抗力指标曲曲线分分为三个三个阶段：段：1.裂裂纹初始初始扩展展阶段段为交交变应力作用下裂力作用下裂纹不不扩展的最大展的最大应力力场强度因子幅度因子幅值,称称为疲疲劳裂裂纹扩展展门槛值。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响79第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析2.带裂纹零件的疲劳抗力指标带裂纹零件的疲劳抗力指标曲曲线分分为三个三个阶段：段：2.疲疲劳裂裂纹亚稳扩展展阶段段两条直两条直线3.疲疲劳裂裂纹失失稳扩展展阶段段第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响80第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析3.影响疲劳抗力的因素影响疲劳抗力的因素（1）.载荷荷类型型同种材料，同种材料，载荷荷类型不一型不一样，其，其应力状力状态不一不一样，疲，疲劳极限也不同。极限也不同。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响81第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析3.影响疲劳抗力的因素影响疲劳抗力的因素（2）.材料本材料本质材料不同，其疲材料不同，其疲劳曲曲线不同，不同，则疲疲劳极限和极限和过载持久持久值不同。不同。材料的疲材料的疲劳极限主要取决于材料的抗拉极限主要取决于材料的抗拉强度。度。材料一定材料一定时，其，其纯度和度和组织状状态对疲疲劳抗力有抗力有显著影响。著影响。夹杂物成物成为疲疲劳裂裂纹源，源，导致疲致疲劳抗力下降。抗力下降。组织状状态不同，不同，强度高者，疲度高者，疲劳极限高。极限高。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响82第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析3.影响疲劳抗力的因素影响疲劳抗力的因素（3）.零件表面状零件表面状态零件在冷、零件在冷、热加工加工过程中程中产生的缺陷：脱碳、裂生的缺陷：脱碳、裂纹、刀痕、碰、刀痕、碰伤等等，使，使疲疲劳极限降低。极限降低。零件表面粗糙，零件表面粗糙，还使疲使疲劳曲曲线左移，即左移，即缩短了短了过载下的疲下的疲劳寿命。寿命。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响83第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三三.疲劳抗力指标及其影响因素疲劳抗力指标及其影响因素第一章 机械零件（或器件）的失效分析3.影响疲劳抗力的因素影响疲劳抗力的因素（4）.工作温度工作温度高温使材料的屈服高温使材料的屈服强度降低，疲度降低，疲劳裂裂纹易形成和易形成和扩展，展，顾降低了疲降低了疲劳极极限和疲限和疲劳裂裂纹扩展展值，增加了疲，增加了疲劳裂裂纹扩展速率。展速率。（5）.腐腐蚀介介质零件在腐零件在腐蚀介介质（酸、碱、（酸、碱、盐水、海水等）中工作水、海水等）中工作时，表面的腐，表面的腐蚀坑成坑成为疲疲劳裂裂纹源，使疲源，使疲劳极限和极限和门槛值，裂，裂纹扩展率提高。使展率提高。使钢铁材料疲材料疲劳曲曲线上的水平部分消失。上的水平部分消失。第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂三.疲劳抗力指标及其影响84第四节 零件的磨损失效磨损：磨损：零件在摩擦过程中其表面发生尺寸变化和物质零件在摩擦过程中其表面发生尺寸变化和物质损耗的表现损耗的表现磨损是零件失效的一种形式，也是决定机械寿命的重磨损是零件失效的一种形式，也是决定机械寿命的重要因素。要因素。l 发动机中气缸套的磨损量超过允许值或活塞环受磨损后其开发动机中气缸套的磨损量超过允许值或活塞环受磨损后其开口间隙明显增大，都引起发动机功率不足，耗油量增加，产生口间隙明显增大，都引起发动机功率不足，耗油量增加，产生噪音和故障等，此时必须更换气缸套和活塞环。噪音和故障等，此时必须更换气缸套和活塞环。l 汽缸套筒磨损量大小决定发动机的大修期汽缸套筒磨损量大小决定发动机的大修期。第四节 零件的磨损失效磨损：零件在摩擦过程中其表面发生尺寸变85第四节 零件的磨损失效磨损的基本类型：磨损的基本类型：粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（接触疲劳）（接触疲劳）1.粘着磨损：滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属粘着磨损：滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属粘着，在随后相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒粘着，在随后相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒从零件表面被拉拽下来或零件表面被擦伤的一种磨损从零件表面被拉拽下来或零件表面被擦伤的一种磨损形式。形式。一一.磨损的基本类型磨损的基本类型第四节 零件的磨损失效磨损的基本类型：粘着磨损、磨粒磨损、腐86第四节 零件的磨损失效磨损的基本类型：磨损的基本类型：粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（接触疲劳）（接触疲劳）粘着磨损是在滑动摩擦条件下，力学性能相差不大粘着磨损是在滑动摩擦条件下，力学性能相差不大的两种金属之间发生的最常见的磨损形式。如图的两种金属之间发生的最常见的磨损形式。如图滑滑动一一.磨损的基本类型磨损的基本类型第四节 零件的磨损失效磨损的基本类型：粘着磨损、磨粒磨损、腐87第四节 零件的磨损失效2.磨粒磨损：磨粒磨损：也叫磨料磨也叫磨料磨损，是指滑，是指滑动摩擦摩擦时，在零件表面摩擦区，在零件表面摩擦区存在硬存在硬质磨粒（外界磨粒（外界进入的磨料或表面剥落的碎屑）入的磨料或表面剥落的碎屑）使磨面使磨面发生局部生局部塑性塑性变形形、磨粒嵌入和被磨粒切割等、磨粒嵌入和被磨粒切割等过程，以致磨面材料逐程，以致磨面材料逐渐损耗的一种磨耗的一种磨损，如，如图第四节 零件的磨损失效2.磨粒磨损：88第四节 零件的磨损失效2.磨粒磨损：磨粒磨损：磨粒磨磨粒磨损是机械零件中普遍存在的一种磨是机械零件中普遍存在的一种磨损形式，磨形式，磨损速度速度较大，可达大，可达例子：例子：1.农业机械和机械和矿山机械的山机械的齿轮常常发生生严重的磨粒磨重的磨粒磨损；2.汽汽车、拖拉机气缸、拖拉机气缸进入灰入灰尘，润滑油滑油带入入污物物发生磨生磨粒磨粒磨损。第四节 零件的磨损失效2.磨粒磨损：磨粒磨损是机械零件中普89第四节 零件的磨损失效3.腐蚀磨损：腐蚀磨损：腐腐蚀磨磨损是在摩擦力和是在摩擦力和环境介境介质联合作用下，金属表合作用下，金属表层的腐的腐蚀产物剥落和金属磨面物剥落和金属磨面间的机械磨的机械磨损（粘着磨（粘着磨损和磨粒磨和磨粒磨损）相）相结合的一种磨合的一种磨损。腐蚀气氛的腐蚀磨损氧化磨氧化磨损机件嵌合部位的微动磨损水利机中的冲蚀磨损包括：包括：第四节 零件的磨损失效3.腐蚀磨损：腐蚀气氛的腐蚀磨损氧化90第四节 零件的磨损失效1)1)氧化磨损：氧化磨损：当摩擦副表面相当摩擦副表面相对运运动时，在，在发生塑性生塑性变形的同形的同时，零件表面已形成的氧化膜在摩擦接触点零件表面已形成的氧化膜在摩擦接触点处遭到破坏，遭到破坏，紧接着又在接着又在该处立即形成新的氧化膜，立即形成新的氧化膜，这种氧化膜不断从种氧化膜不断从金属表面脱离又反复形成，造成金属表面物金属表面脱离又反复形成，造成金属表面物质不断不断损耗耗的的过程。程。普遍性：普遍性：1.不不论任何摩擦任何摩擦过程；任何摩擦速度；程；任何摩擦速度；2.接触接触压力大小；力大小；3.是否存在是否存在润滑油滑油都会都会发生生第四节 零件的磨损失效氧化磨损：普遍性：1.不论任何摩擦过程91第四节 零件的磨损失效2).微动磨损：微动磨损：在机械的嵌合部位，如嵌合在机械的嵌合部位，如嵌合连接的汽接的汽轮机叶片的叶根部位，机叶片的叶根部位，以及以及紧配合配合处，如，如轴套与套与轴的配合的配合处（图）虽然配合面之然配合面之间没有明没有明显的相的相对位移，但在外部交位移，但在外部交变载荷作用和震荷作用和震动的影响的影响下却下却产生生微小的相微小的相对滑滑动dl(2-20m),dl(2-20m),此此时配合表面上配合表面上产生生大量褐色（大量褐色（钢质机件表面）或黑色（机件表面）或黑色（铝或或镁合金机件表面）合金机件表面）的粉末状磨的粉末状磨损产物。物。特点：微动磨损集中在局部区域，两摩擦表面不脱离，磨损物不容易排除，兼有氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损的作用。危害:在微动磨损区形成一定深度的磨痕蚀坑，叫咬蚀。精度、性能下降、引起应力集中，促使疲劳。第四节 零件的磨损失效2).微动磨损：特点：微动磨损集中在92第四节 零件的磨损失效4.接触疲劳：接触疲劳：零件（如零件（如齿轮、滚动轴承、承、钢轨和和轮箍等）两接触面作箍等）两接触面作滚动或或滚动加滑加滑动摩擦摩擦时，在交，在交变接触接触压应力的力的长期作用下，引起的一种表面期作用下，引起的一种表面疲疲劳剥落剥落破坏而使物破坏而使物质损耗耗的的现象，表象，表现为接触表面上出接触表面上出现许多多针状或痘状的凹坑，称状或痘状的凹坑，称为麻点也叫麻点磨麻点也叫麻点磨损或疲或疲劳磨磨损。少数麻点时，仍能工作，麻点剥落严重时，零件失效。后果：后果：齿轮有大量麻点后，啮合恶化，噪声增大，振动增加，附加冲击力，磨损加剧，齿根折断第四节 零件的磨损失效4.接触疲劳：少数麻点时，仍能工作，93第四节 零件的磨损失效接触疲劳也是裂纹形成和扩展的过程，其破坏的三种形式：接触疲劳也是裂纹形成和扩展的过程，其破坏的三种形式：1 1、裂、裂纹源于表源于表层的麻点剥落：的麻点剥落：它是零件在它是零件在有有滚动并滑并滑动，其表面有沿，其表面有沿滚动方向的摩擦力方向的摩擦力时，并有，并有润滑油存在的情况下滑油存在的情况下产生的。生的。零件表面切零件表面切应力大，裂力大，裂纹首先在表面形成，首先在表面形成，润滑油滑油进入裂入裂纹被封被封闭时，裂，裂纹内壁内壁产生很大内生很大内应力，加速裂力，加速裂纹扩展引起麻点剥落。展引起麻点剥落。2 2、裂、裂纹源于次源于次层的麻点剥落：的麻点剥落：它是裂它是裂纹在在纯滚动或光或光洁、摩擦力很小、摩擦力很小、接近于接近于纯滚动的情况下的情况下产生的。生的。零件次表面零件次表面处的切的切应力最大，力最大，发生塑性生塑性变形而形成，在交形而形成，在交变切切应力作用下裂力作用下裂纹不不断向表面断向表面扩展而造成剥落，留下一个比展而造成剥落，留下一个比较平直的坑。平直的坑。第四节 零件的磨损失效接触疲劳也是裂纹形成和扩展的过程，其破94第四节 零件的磨损失效接触疲劳也是裂纹形成和扩展的过程，其破坏的三种形式：接触疲劳也是裂纹形成和扩展的过程，其破坏的三种形式：3 3、硬化、硬化层剥落：剥落：这种剥落只种剥落只发生在生在经过表面硬化表面硬化处理如表面淬火表面化理如表面淬火表面化学学热处理的零件上。理的零件上。零件零件经表面硬化后，硬化表面硬化后，硬化层中形成残留中形成残留压应力，和心部和交界力，和心部和交界处发生残生残留留压应力向残留拉力向残留拉应力的力的转移，当残留移，当残留应力与接触力与接触应力引起的力引起的综合切合切应力大于材料的屈服极限力大于材料的屈服极限时，该处产生塑性生塑性变形形成裂形形成裂纹，向表面而造成，向表面而造成大大块剥落。剥落。第四节 零件的磨损失效接触疲劳也是裂纹形成和扩展的过程，其破95第四节 零件的磨损失效1、粘着磨损、粘着磨损（1）合理选择摩擦副配对材料）合理选择摩擦副配对材料异异类材料比同材料比同类材料配材料配对磨磨损量小；量小；多相合金比多相合金比单相合金配相合金配对磨磨损量小。量小。硬度差大的比硬度差小的配硬度差大的比硬度差小的配对磨磨损量小；量小；金属与非金属配金属与非金属配对磨磨损量小。量小。减小接触减小接触压力和摩擦系数、增加材料硬度、改善力和摩擦系数、增加材