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。
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2 、断裂失效 ' E4 o4 o) u* q6 Z3 N7 e8 O* A
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。
) E' y4 `" n5 V9 t3 y 1 )延性断裂失效& Q* Q& n& a1 r; I5 e" I0 A
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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3 |8 |1 ]3 y6 c& v' D& W 2 )脆性断裂失效: [% o6 U$ g6 f3 z3 k2 y; N# b: k
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。, M! c/ h4 j7 f" K, S, a/ p
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6 O+ y6 y* C& \, [2 V0 H( k 3 )疲劳断裂失效
$ L( n( B" e4 v/ Z7 L% \( f& } 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: 7 T$ I, e) A9 s+ m
• 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; 3 H3 k- o4 `+ v1 x
• 不存在宏观的、明显的塑性变形迹象,是脆性突然断裂; 4 h- u: Y8 U# h+ f& B% {
• 疲劳断裂是损伤的积累,在循环应力多次反复作用下产生。
9 e A0 d* l( B" A 4 )蠕变断裂失效* x6 ^' [9 |9 }4 s
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。 / `; y# m3 P0 n0 \5 L, Z( @. X4 p& e
3 、腐蚀失效- m! F' s, `3 P/ p- V+ J
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。 1 _- Y3 R, R3 \+ m, w
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 n% U1 F, I& _6 R4 S4 、磨损失效# e6 A) j1 a8 P' \3 L8 R% Z; j
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。
: k# J" p% {5 Z, K 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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p& C- L& l- S9 b 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。4 \2 B9 H( f/ \
2)磨料磨损
$ g, a' X1 ` X) _9 ^& c 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。2 D) |) I( a" E# Y
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