金属零部件的失效形式

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       每种机器零件都具有一定的功能——或在一定压力、温度、介质下保持规定的形状和尺寸，或完成规定的运动，或传递力、力矩或能量。当零部件丧失预定的功能时，即发生了零件的失效。

       下列任何一种情况的发生，都可以认为零件已经失效：

       • 零件完全破坏，不能继续工作；

       • 零件严重损伤，不能保证工作安全；

       • 零件虽能安全工作，但工作低效。

       从零部件的失效形式看，大致分为：变形失效、断裂失效、腐蚀失效和磨损失效四大类。

1、变形失效

       变形失效主要指零件变形量超过允许范围而造成的失效，主要有弹性变形失效和塑性变形失效。

       1）弹性变形失效

       零件产生弹性变形失效的根本原因即结构的刚度不足。此失效形式也是最基本的失效形式。

       2）塑性变形失效

       外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形。

       例如：重载且摩擦力很大时，齿面较软的齿轮表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。

2、断裂失效   
       断裂就是外力作用下产生裂纹或者断开，主要表现为新的几何表面的生成。断裂失效分为四大类：延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和蠕变断裂。
       1）延性断裂失效
       发生延性断裂前，会有明显的塑性变形。主要宏观特征表现为试件的颈缩现象。
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       2）脆性断裂失效
       发生脆性断裂前，无塑性变形。描述材料脆性断裂难易程度的指标是冲击韧性ak、韧脆转变温度Tk和断裂韧性KIC。

       3）疲劳断裂失效
7 b' x. Y: M4 y* n8 J5 U       在交变应力作用下，经过较长时间的工作而产生裂纹导致发生断裂，称金属的疲劳断裂。  

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       疲劳断裂特征：
       • 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；
6 R+ W) v2 g# W' \       • 不存在宏观的、明显的塑性变形迹象，是脆性突然断裂；
: S9 |+ l( |( b/ N: o1 }& T( U       • 疲劳断裂是损伤的积累，在循环应力多次反复作用下产生。
       4）蠕变断裂失效
" v1 V1 ?6 j1 O" t* [. U0 y       蠕变是指材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。产生的断裂叫做蠕变断裂。
) l# q6 ?( u6 {3 ]' T3、腐蚀失效
       腐蚀是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗。其失效形式包括：化学腐蚀和电化学腐蚀。
" ^$ `" L9 a, z8 o4 {- Z6 w% M  [       化学腐蚀失效过程中一般不包含电解质环境，如钢在高温下的氧化、脱碳，在含氢的气体中的腐蚀；电化学腐蚀的环境中则会包含电解质作用，如金属在潮湿空气、海水或电解质溶液中的腐蚀。
, ^6 v, W' K# i& P6 z4、磨损失效
       磨损一般发生在相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变。磨损失效一般包括两种：粘着磨损和磨粒磨损。
+ o! y# Q% Y( D6 _! N! x       1）粘着磨损在滑动摩擦条件下，摩擦幅的接触面发生金属粘着，在随后的相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。

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7 `9 Y/ O! k8 \" n/ L  Z, P# S8 r       粘着磨损是缺油或油膜破坏后发生干摩擦的结果，是一个零件表面上的金属转移到另一个零件表面上，而产生的磨损。主要发生在气缸套与活塞、活塞环，曲轴轴颈与轴承，凸轮与挺杆等位置。
$ n0 P. I) H9 b$ h       2）磨料磨损
       在滑动摩擦时零件表面存在硬质磨料，使磨面发生局部塑性变形，磨料嵌入、磨料切割金属表面从而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。
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