【正文】 1）在一定的載荷、介質(zhì)、溫度作用下保持一定幾何形狀和尺寸； （ 2）實(shí)現(xiàn)規(guī)定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)； （ 3）傳遞力和能量。 應(yīng)用前、應(yīng)用中、突發(fā) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 學(xué)習(xí)失效的目的 機(jī)械設(shè)計(jì)者 →→為了防止零件失效 ↓ ↓ 設(shè)計(jì)正確 選材恰當(dāng) 工藝合理 工作條件 對(duì)材料的性能要求 →→正確選材 →→制定工藝路線 →→確定失效的抗力指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 失效的例子 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 失效的例子 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 失效的例子 斷裂的大橋 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 失效的原因 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 多方面因素 材料選擇 加工制造 裝配調(diào)整 使用與保養(yǎng) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 失效的本質(zhì) 1. 失效的本質(zhì)： 外界載荷、溫度、介質(zhì)等損害作用超過了材料抵抗損害的能力。 s?2 、 屈服階段cc’ 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(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變行為 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 應(yīng)變行為 （ 一 ） 四個(gè)階段 強(qiáng)化階段 ce Op?esabc?def???gd?f?1? b? 局部變形階段 ef 材料恢復(fù)抵抗變形的能力稱為強(qiáng)化強(qiáng)度極限 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(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變行為 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 應(yīng)變行為 （ 一 ） 四個(gè)階段 低碳鋼在拉伸應(yīng)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(gè)階段 。 無明顯屈服階段。 單向拉伸時(shí)： FAE ?????即 FEA??純剪切時(shí)： G ????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。 彈性能為應(yīng)力 應(yīng)變曲線下面彈性變形部分所包圍的面積。 材料的彈性極限 σe 越高、彈性模量 E越低，彈性能越大，材料的彈性越好。 δ、 ψ越大，材料的塑性越好。 伸長(zhǎng)率 塑性指標(biāo) →伸長(zhǎng)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(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 《 金屬拉伸試驗(yàn)方法 》 （ GB228— 2023) L L=10d L=5d 對(duì)圓截面試樣： 對(duì)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(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 莫氏硬度 — 表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) 肖氏硬度 — 彈性回跳法硬度值表征材料彈性功的大小。撞銷是一只具有尖端的小錐，尖端上常鑲有金剛鉆。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) 壓入法硬度值 — 表征材料的塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力 （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 布氏硬度 — HBW P 2222( ) ( )21( 1 1 si n )22PPHBDF D D dPD??????????????????壓材料為淬火鋼和硬質(zhì)合金 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 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(jí)載荷為 60kgf, B級(jí)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(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 （一）零構(gòu)件過量彈性變形的條件 拉壓條件下： 彎曲條件下： FllEA??334lFlEt??扭轉(zhuǎn)條件下： npMGI? ?[許可彈性變形量，扭轉(zhuǎn)角 ] 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 三 . 過量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 1. 過量彈性變形及其抗力指標(biāo) （二）過量彈性變形的原因 零構(gòu)件的剛度不夠 （三）抗力指標(biāo) 彈性模量 E 或切變模 G （三）不同材料的彈性模量 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形 三 . 過量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 1. 過量彈性變形及其抗力指標(biāo) 彈性模量 E 或切變模 G,主要取決于材料中原子本性和原子間結(jié)合力。 金屬材料的 E取決于基體金屬的性質(zhì)， 不能 通過合金化、熱處理、冷變形等方法使之改變。 斷裂前發(fā)生明顯塑性變形，警告人們注意，不會(huì)造成嚴(yán)重事故 兩種斷裂的危害性對(duì)比 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 斷裂后斷口齊平，由無數(shù)的小平面組成 足夠的伸長(zhǎng)量才斷裂，斷口為杯形，呈暗灰色纖維狀 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋源或微裂紋逐漸擴(kuò)展到一臨界長(zhǎng)度的過時(shí)，立刻發(fā)生斷裂 1. 材料在外力下的微裂紋 2. 原有的內(nèi)部缺陷（微裂紋、空孔、雜質(zhì)等） 裂紋源 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展的過程 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋自形成到擴(kuò)展至臨界擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力大，擴(kuò)展速度較慢 失穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋達(dá)到臨界長(zhǎng)度后的擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度快，可達(dá)聲音在該材料中的傳播速度 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展的過程 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋自形成到擴(kuò)展至臨界擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力大，擴(kuò)展速度較慢 失穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋達(dá)到臨界長(zhǎng)度后的擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度快，可達(dá)聲音在該材料中的傳播速度 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性： 材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是材料輕度和塑性的綜合表現(xiàn)。 應(yīng)變速率增加，使材料變脆傾向增大。 沖擊韌性： 用指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。 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(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊韌性試驗(yàn)： 基本原理： 用一定質(zhì)量的物體以一定的速度沖擊一定形狀的試樣，測(cè)量斷裂試樣需要的能量，以此能量值表示該材料的沖擊韌性。 原因：沒考慮一般材料中都存在著微小的宏觀裂紋。 ICK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(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂力學(xué)的發(fā)展： 提出評(píng)定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)： — 斷裂韌度 ICKIcKc?ca 12Ic Y a?? 12ICcKYa? ? ? ?2c ICK Y ??c???I IcKK?aa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(jī)械零件（或器件）的失效分析 脆性斷裂 韌性斷裂 一定條件 決定材料斷裂類型的主要因素： 加載方式和材料本質(zhì)： 溫度和加載速度 應(yīng)力集中 零件尺寸 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(jī)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(zhì)： x y z xy?xzxx? yy?yzyxzyzzzx x y x?y?xy?y?xx y x?y?x?y?y?xn ? ?以主平面為單元體的各面則稱為主單元體 x y ?y?y? x? 1P?2P??? ?從變形體內(nèi)任意點(diǎn)取出的單元體稱為原始單元體 主單元體的各表面上只有正應(yīng)力，沒有切應(yīng)力 對(duì)平面應(yīng)力狀態(tài)， z平面也為一個(gè)主平面，其上的主應(yīng)力為零。 平面應(yīng)變狀態(tài)， Z方向彈性約束阻止了該方向的變形。 參量： 最大應(yīng)力 最小應(yīng)力： max?in應(yīng)力幅 2a????平均應(yīng)力 應(yīng)力比 ? ?m a x m in 2m? ? ???m