机械零件的失效（1）在线视频

同学们好

下面我们学习工程材料的第八章

零件失效分析与选材原则

我们先学习第一节

机械零件的失效

零件由于某种原因

导致其尺寸 形状

或者材料的组织与性能发生变化

而不能圆满的完成

其所指定的功能时

我们称为发生了失效

导致失效的原因有很多

我们看看这个视频

它导致出现了一些严重的事故

根据美联社1985年2月19号

不完全统计

12年来全世界民航飞机

失效事故14起 死亡2172人

1986年1月28号

在美国肯尼迪航天中心

挑战者号航天飞机

载着7名宇航员

开始了它的第11次航天飞行

升空73到74秒以后

突然一声巨响

挑战者号化为灰烬

分析证明是橡胶密封圈失效

气体泄漏造成

1943年美国的一艘

停泊在装货码头的T2邮轮断裂

1979年9月

我国从国外某公司

购进28辆翻斗自卸载重汽车

这些车仅行驶4到7千公里

就发生车后板簧

断74片的严重失效事故

从这个视频我们可以看到

失效会导致出现严重的事故

造成重大的人员和财产的伤亡

所以我们要了解失效

要知道怎样来防止失效的出现

那失效到底有哪几种呢

实际上失效有四大类型

我们下面分别学习

第一 畸变失效

畸变失效有两种类型

一种是尺寸畸变

或者说体积畸变

也就是说它长大或者缩小

另外一类是形状畸变

例如弯曲或者翘曲

发生畸变的零件

不能承受所指定的载荷

不能起到规定的作用

或者说与其它零件的运转

发生干扰

这些都会导致零件失效

我们先看一下

几种典型的畸变失效

第一弹性畸变失效

也就是说发生了

过大的弹性变形

而导致的失效

例如支承件过载 轴承过载

又如轴上的咬合零件

发生严重的偏载

导致咬死 传动失效

还有某些控制元件

如温控元件

它的精度无法保证

导致无法实现控制

那怎样来防止发生弹性畸变呢

我们可以采用以下几种措施

第一增加零件的截面

第二采用弹性模量高的材料

第三防止过载

二塑性畸变失效

当外加应力

超过材料的屈服强度时

会发生明显的塑性变形

或者称为永久变形

例如我们房屋的钢结构承载件

发生弯曲时会导致房屋倒塌

我们的螺栓过载被拉长时

会使它失去紧固作用

那么这些都会导致失效

那怎样来防止

零件发生塑性畸变呢

我们可以采用以下几种措施

第一采用屈服强度高的材料

第二进行合适的热处理

来提高材料的强度

此外要防止超载 或者过载

第二种失效形式是 断裂失效

零件因为断裂而产生的失效

当然是非常严重的

根据其断裂的方式

可以将断裂分为以下几种类型

第一种塑性断裂

第二种脆性断裂

第三种疲劳断裂

第四种蠕变失效断裂

我们下面分别介绍

一韧性断裂

或者叫塑性断裂

它是指断裂前

有明显的塑性变形的

这样一种断裂形式

它具有非常典型的宏观特征

当一个材料

把它做成试棒

进行拉伸的时候

如果它发生塑性断裂

或者韧性断裂

它会出现颈缩现象

也就是说断裂处

它的截面会减小

断口为杯锥状断口

我们看这个图

二它的微观特征也很明显

我们看这个断口

在微观上它会出现很多小的韧窝

那么这是塑性断裂的

典型的断口形貌

这些韧窝是由塑性变形

产生的显微的孔洞

它形成 长大

然后聚集以后相互连接

导致断裂的一种痕迹

二脆性断裂 是指断裂前

无塑性变形的这样一种断裂形式

脆断时承受的工作应力较低

通常不超过材料的屈服强度

因此又称为低应力脆断

同一材料在不同温度条件下

它可能会发生不同的断裂

在高温下它可能发生韧性断裂

而在低温下

它可能会发生脆性断裂

这样就会出现韧脆转变

中 低强度钢在10度至15度以下

会由韧性状态转变为脆性状态

脆性断裂的宏观断口特征是

断口比较平直

断口没有剪切唇

断口一般与正应力垂直

我们看这个图 断口非常平直

在微观上它具有解理花样

我们看这个图

它由一个一个小的解理平面

并形成解理台阶

成河流状的这样一种花纹

另外一种为沿晶断口

我们看这个图

从这个图片上我们可以看出

一种冰糖状的花样

实际上它是由于裂纹

沿着晶界进行扩展

所导致的这样一种断口形貌

解理断裂它产生的原因是

原子间的结合键被破坏

而造成的穿晶断裂

它的特征是断裂速度很快

沿着特定的晶面发生

一般这种晶面是低指数的晶面

这种晶面又称为解理面

在不同高度上

形成的平行的解理面之间的台阶

称为解理台阶

裂纹扩展时台阶相互汇合

形成河流状的花样

河流的流向

与裂纹扩展的方向一致

三 疲劳断裂

是指在交变应力作用下

零件承受的应力

低于材料的屈服强度

但是经过较长时间的

循环应力的作用

会导致裂纹形成

最终导致断裂

这样一种断裂称为疲劳断裂

我们看这个视频

疲劳断裂是怎么产生和发展的呢

零件本身在工作中

不断受到变化着的

各种应力的作用

其中包括向外的拉应力

这种时大时小的拉应力

循环次数少

零件是抗的住的

可是时间一长

零件表面最薄弱的地方

开始形成疲劳源

疲劳源慢慢扩展成裂纹

裂纹一张一合逐渐被扯大

最后到了承受不住的时候

一下子断开了

疲劳断裂经常是从零件表面开始

主要是拉应力造成的

从零件的断口

很容易分辨疲劳断裂

靠近表面的亮点是疲劳源

这一条条清晰的疲劳纹

是在裂纹发展过程中

逐渐形式的

最后一下子断开的地方

叫瞬断区

这是一根轴的断口

这是连杆的断口

疲劳断裂的断口

花样很像贝壳 又像海滩

所以又叫它贝壳花样或海滩花样

这是疲劳断裂的特征

疲劳断裂的断口

也有明显的特征

我们看这个图

是一个疲劳断裂断口的

低倍的照片

你会发现它断口上

有一些弧形的区域

实际上在这个中间部位

为一个裂纹源

然后裂纹扩展

呈放射性的向周围扩展

最后导致断裂

在高倍下你会发现它的断口上

能看到一些平行的条纹

这些条纹称为疲劳辉纹

它实际上是疲劳裂纹

向前每扩展一步

所形成的一个痕迹

四 蠕变断裂

蠕变是指在高的温度下

承受的应力尽管较低

但是在较长的时间作用下

它会发生变形量

随着时间的增加

而逐渐增大的这样一种过程

由蠕变所导致的断裂

称为蠕变断裂

我们看这是一个管道

所发生的蠕变断裂

我们看这个管道

裂口的这个附近

这个管道明显的出现了鼓胀

实际上就是在高温下

它发生了蠕变的变形

由于变形它变薄

所以这个地方在内应力的作用下

管道内部的压力的作用下

它向外发生了逐渐的变形

最终导致开裂

使得这个管道没有办法使用了

我们应该采用哪些措施

来防止断裂的发生呢

由于引起零件断裂的因素很多

而且很复杂

所以我们需要对材料的性能

进行综合考虑

首先要采用材质好 强度高

韧性好的材料

此外要防止过载

还要注意材料

或者零件它使用的环境的影响