【正文】 限 b?變形集中于某一局部范圍頸縮斷裂 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 一 . 工程材料在靜拉伸時的應力 應變行為 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 應變行為 （ 一 ） 四個階段 低碳鋼在拉伸應力作用下的變形過程分為： 彈性變形 、 屈服塑性變形 、 均勻塑性變形 、 不均勻集中塑性變形 四個階段 。 單向拉伸時： FAE ????? 即 FEA ??純剪切時： FAG ?????? 即 FGA ???EA（或 GA）為零件的剛度，代表產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。 材料的彈性極限越高，彈性模量 E越低，彈性能越大，材料的彈性越好。 伸長率 塑性指標 →伸長率 δ和斷面收縮率 ψ 100100%LLLd ???010100%AAA? ???斷面收縮率 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標 國家標準規(guī)定 《 金屬拉伸試驗方法 》 （ GB228— 2022) L L=10d L=5d 對圓截面試樣： 對矩形截面試樣： AL ? AL ?第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標 （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標 肖氏硬度 — 彈性回跳法硬度值表征材料彈性功的大小。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標 壓入法硬度值 — 表征材料的塑性變形抗力及應變硬化能力 （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 圓錐形金剛石壓頭壓入金屬表面 A級載荷為 60kgf, B級為 100kgf 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標 （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 金屬材料的 E取決于基體金屬的性質， 不能 通過合金化、熱處理、冷變形等方法使之改變。最后失穩(wěn)擴展而瞬時斷裂 裂紋形成后很快達到臨界長度，不經(jīng)歷裂紋亞擴展階段就進入裂紋失穩(wěn)擴展階段，裂紋擴展速度快。 沖擊韌性： 用來評定材料在沖擊載荷下的脆斷傾向。 勢能 12kA G H G H??擺錘的運動速率為 5m/s,試樣的應變速率約為 310 /s第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 沖擊韌度： → 衡量材料沖擊韌性的力學性能指標 |kKAak k ka A F?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 針對防止脆性斷裂： 傳統(tǒng)的設計方法要求： [] s k? ? ??? δ、 ψ和韌性 不可能可靠地保證零件不發(fā)生低應力脆斷。 故平面應力狀態(tài)有三個主應力： ??????? 按代數(shù)值大小排列為 ?1? ?2 ? ?3 分別稱為 第一主應力，第二主應力，第三主應力， 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 1. 加載方式和材料本質： 最大切應力： 最大正應力： ? ?m a x 1 3 2? ? ???? ?m a x 1 1 3? ? ? ? ?? ? ?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 2. 溫度和加載速度： 屈服強度： 正斷強度： s?k?韌脆轉變溫度 kT第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 3. 應力集中： 由于構件幾何形狀突變造成局部應力急劇增高 ? ? ? ? ? ? ? ?max 應力集中的程度由應力集中因數(shù) K 表示 ?? max?K第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 3. 應力集中： 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 平面應力狀態(tài)，在 Z方向可以自由變形。 m in m a x 1r ??? ? ?? ?m a x m i n 20m? ? ?? ? ?火車軸（彎曲） 曲軸（扭轉） m in m a x 0r ????? ?m a x m i n 20m? ? ?? ? ? 連桿 小拉大壓 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 一 . 疲勞的基本概念 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 無裂紋零件的疲勞 帶裂紋零件的疲勞 經(jīng)歷擴展和最后斷裂兩個階段 經(jīng)歷裂紋形成、擴展和最后斷裂三個階段 疲 勞 不同的抗力指標 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 疲勞極限、過載持久值、疲勞缺口敏感度 材料承受的交變應力與斷裂循環(huán)周次之間的關系曲線 σ愈大，循環(huán)周次愈??； σ愈小，斷裂循環(huán)周次愈大。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 （ 2）疲勞缺口敏感度 疲勞缺口敏感度： 缺口類型： 孔、圓角、槽、臺階等 11ftKqK???tKS??應力集中系數(shù)： 疲勞缺口系數(shù)： 39。 dadN疲勞裂紋擴展速率： a dadN增大到無限大 裂紋失穩(wěn)擴展，試樣斷裂，斷裂循環(huán)周次為 pN第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標 與應力幅 Δσ、裂紋長度 a 有關。 材料的疲勞極限主要取決于材料的抗拉強度。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 3. 影響疲勞抗力的因素 （ 3） .零件表面狀態(tài) 零件在冷、熱加工過程中產(chǎn)生的缺陷：脫碳、裂紋、刀痕、碰傷等 ，使疲勞極限降低。使鋼鐵材料疲勞曲線上的水平部分消失。 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨損的基本類型： 粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、麻點磨損（接觸疲勞） 1. 粘著磨損：滑動摩擦時摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。 腐蝕氣氛的腐蝕磨損 氧化磨損 機件嵌合部位的微動磨損 水利機中的沖蝕磨損 包括： 第四節(jié) 零件的磨損失效 1) 氧化磨損： 當摩擦副表面相對運動時，在發(fā)生塑性變形的同時，零件表面已形成的氧化膜在摩擦接觸點處遭到破壞，緊接著又在該處立即形成新的氧化膜，這種氧化膜不斷從金屬表面脫離又反復形成，造成金屬表面物質不斷 損耗 的過程。 精度、性能下降、引起應力集中，促使疲勞。 零件表面切應力大，裂紋首先在表面形成，潤滑油進入裂紋被封閉時，裂紋內壁產(chǎn)生很大內應力，加速裂紋擴展引起麻點剝落。 零件經(jīng)表面硬化后，硬化層中形成殘留壓應力，和心部和交界處發(fā)生殘留壓應力向殘留拉應力的轉移，當殘留應力與接觸應力引起的綜合切應力大于材料的屈服極限時，該處產(chǎn)生塑性變形形成裂紋，向表面而造成大塊剝落。提高零件磨損抗力的途徑： 第四節(jié) 零件的磨損失效 （ 2）采用表面處理減小摩擦因數(shù)或提高表面硬度 磷化、滲碳、滲氮、滲硅、滲流、表面淬火，熱噴涂等方法提高黏著磨損抗力。提高零件磨損抗力的途徑： 第四節(jié) 零件的磨損失效 氧化磨損 氧化磨損速度取決于氧化膜性質及氧化物與基體金屬的結合力。提高零件磨損抗力的途徑： 第四節(jié) 零件的磨損失效 接觸疲勞 1）提高材料的硬度，以增加塑性變形抗力，延緩裂紋形成和擴展，如采用整體淬火、表面淬火、表面化學熱處理（如滲碳、滲氮等） 2）提高材料的純度，減小夾雜物，從而減少裂紋源 3）提高零件的心部強度和硬度，增加硬化層深度，細化硬化層組織 4）減小零件表面粗糙度值，以減小摩擦力 5）提高潤滑油的粘度以降低油楔作用 三。由于氧化膜教脆，其力學性能明顯低于基體金屬，而且氧化也造成零（構）件有效截面減小，從而降低了零（構）件的承載能力。 3 3F e F e e???213 3 12H e H? ?? 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 2. 局部腐蝕： 1）電偶腐蝕：異類材料連接在一起，由于電極電位不同而發(fā)生的電化學腐蝕。 三 . 應力腐蝕 1）引起應力腐蝕的拉應力很小，如果沒有腐蝕介質存在，零件在該應力作用下長期工作不發(fā)生斷裂； 2）引起應力腐蝕的介質的腐蝕性較弱，如果沒有拉應力，零件在該介質中耐腐蝕； 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 2. 應力腐蝕斷裂過程： 三 . 應力腐蝕 裂紋形成和擴展過程： 1）在拉應力作用下，零件表面鈍化膜在應力集中點被破壞，該處稱為陽極，鈍化膜為陰極，構成微電池形成腐蝕坑，裂紋萌生 2）在拉應力和介質的聯(lián)合作用下裂紋不斷擴展導致斷裂。 2）表面涂層如電鍍 Ni、 Cr，熱噴涂