机械零件失效分析

机械零件的失效分析

失效：零件或部件失去应有的功效 零件在工作过程中最终都要发生失效。所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。一般称呼失效大多是特指零件的早期失效，即未达到预期的效果或寿命，提前出现失效的过程。

失效分析：探讨零件失效的方式和原因，并提出相应的改进措施。根据失效分析的结果，改进对零件的设计、选材、加工和使用，提高零部件的使用寿命，避免恶性事故的发生，带来相应的经济效益和社会效益。

一、零件的失效形式

失效形式分3种基本类型：变形、断裂和表面损伤。

1、变形失效与选材（机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效）

①弹性变形失效（由于发生过大的弹性变形而造成的零件失效）

弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模量。金刚石与陶瓷的弹性模量最高，其次是难溶金属、钢铁，有色金属则较低，有机高分子材料的弹性模量最低。因此，作为结构件，从刚度及经济角度看，选择钢铁是比较合适。

②塑性变形失效（零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效）

塑性变形失效是零件中的工作应力超过材料的屈服迁都的结果。一般陶瓷材料的屈服强度很高，但脆性非常大，因此，不能用来制造高强度结构件。有机高分子材料的强度很低，最高强度的塑料也不超过铝合金。因此，目前用作高强度结构的主要材料还是钢铁。

2、断裂失效

①塑性断裂

零件在受到外载荷作用时，某一截面上的应力超过了材料的屈服强度，产生很大的塑性变形后发生的断裂；

②脆性断裂

脆性断裂发生时，事先不产生明显的塑性变形，承受的工作应力通常远低于材料的屈服强度，所以又称为低应力脆断；

③疲劳断裂

在低于材料屈服强度的交变应力反复作用下发生的断裂称为疲劳断裂；

④蠕变断裂

机械零件失效分析

机械零件是构成机械设备的基本组成部分，其质量和性能的好坏直接关系到整个机械设备的可靠性和安全性。然而，在机械设备的长期运行中，由于各种原因，机械零件可能会出现失效现象。失效分析是一种通过分析失败机械零件的失效原因来帮助我们改进设计、制造和维修策略的方法。

一、失效类型

机械零件的失效类型多种多样，常见的包括疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效等。疲劳失效是指材料在交变载荷作用下的长期疲劳过程中逐渐出现的损伤。磨损失效是指机械零件在运行过程中由于与其他零件或外界环境的摩擦而造成的表面磨损。腐蚀失效是指机械零件由于环境中的化学腐蚀而失效。断裂失效是指机械零件由于超过其承载能力而发生断裂。

二、失效原因

机械零件失效的原因也是多种多样的，常见的有材料问题、设计问题、制造问题、装配问题、使用问题等。材料问题是指机械零件材料的质量或性能不达标，如含气体、夹杂物、晶粒非均匀等。设计问题是指机械零件在设计过程中存在结构强度不足、刚度不够的问题。制造问题是指机械零件在加工过程中存在加工质量不合格、工艺控制不严等问题。装配问题是指机械零件在装配过程中存在装配不当、配合间隙设计不合理等问题。使用问题是指机械零件在使用过程中存在操作不当、润滑不足等问题。

三、失效分析方法

失效分析是通过分析失效零件的失效样品、现场情况以及相关维修记录来查找失效原因。常用的失效分析方法包括物理分析、化学分析、力学分析、金相分析等。物理分析是通过观察失效零件的外部形态和内部结构来判断失效形式。化学分析是通过对失效零件进行化学成分分析以及腐蚀产物分析来判断失效原因。力学分析是通过对失效零件进行力学性能测试以及有限元分析等方法来判断失效原因。金相分析是通过对失效零件进行金相组织观察以及晶体学分析等方法来判断失效原因。

四、失效分析结果的应用

失效分析的最终目的是为了指导我们改进机械零件的设计、制造和维修策略，提高机械设备的可靠性和安全性。通过失效分析，我们可以发现设计上存在的问题，改进设计方案，增加机械零件的强度和刚度。通过失效分析，我们可以发现制造过程中存在的问题，改进加工工艺，提升加工质量。通过失效分析，我们可以发现装配过程中存在的问题，改进装配方法，减少配合间隙。通过失效分析，我们可以发现使用过程中存在的问题，改进操作方法，加强维护保养。

科学论坛　

Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉ　ｅｗ　

机械零件断裂失效分析　

王翠英　

（鸡西永益煤矿机械有限公司　鸡西１５８１００）　

［摘　要］断裂失效是最主要，危害最大的～种零件失效模式。断裂失效分析是从断口的宏观、微观特征入手，研究断裂过程和形貌特征与材料的性能、　显微组织、零件的受力状态及环境条件之间的关系，从而提出断裂的原因。　

［关键词］零件断裂失效分析　

中图分类号：０３　文献标识码：Ａ　文章编号：ｉ００９—９１４Ｘ（２０１０）０３—００８８一Ｏｌ　

１载荷和应力　机械零件承受的负载有：拉，压，扭，弯，剪。相对应的应力是：拉应力，压　

应力，扭应力，弯应力，剪应力。负载的作用形式有三种：冲击，负载作用时间　

非常短，失效零件往往没有变形：过载，负载作用时间缓慢，通常断裂前先发生　

塑性变形：交变，负载作用周期或高或低，负载或方向或大小交替重复，疲劳累　积损伤的零件，裂痕通常发生在应力集中处。　

２断裂的类型和机理　根据断裂前所产生宏观塑性变形量的大小，金属断裂可分为塑性断裂、　

脆性断裂。脆性断裂的宏观断口表面是平坦的，与作用应力垂直。而塑性断　裂，在断裂前存在大量的塑性变形，往往起因于单纯的过载。　

２．１脆性断裂常常是冲击负载引起　

发生晶面断裂时，断口特征：纹理粗，中灰色，商碳钢断口反光，软金属出现　

人字形条纹，人宇头直指裂源：发生晶界断裂时，断口特征：纹理粗，中灰色，断　口不反光，有人字形条纹，硬金属没有塑性变形。　

２．２塑性断裂通常在单一负载作用下断裂，断裂前晶体有拉伸变形的趋　

势　

拉伸塑性断裂断口特征：纹理粗，暗灰或黑色，具有剪切唇或剪切脊，出现　

“缩颈”现象，裂源位于零件断面中央。弯曲塑性断裂断口特征：纹理粗，暗　灰或黑色，剪切唇发生在受压侧，剪切唇的对面是裂源。剪切塑性断裂断口特　

征：纹理光滑，银色，裂源处凹陷，裂尾处凸出。扭转塑性断裂断口特征：发生　

横向剪切时，纹理光滑，银色，中心断裂区粗：发生纵向剪切时，可见纤维流，木　

目录

第一章 机械零件的失效及分析 ........................................... 3

第一节 基本概念 .......................................................................................................... 3

一、失效的概念 ..................................................................................................... 3

二、失效的危害 ..................................................................................................... 3

三、机械零件失效的基本形式 ............................................................................. 3

四、失效分析 ......................................................................................................... 4

第二节 零件的磨损失效 .............................................................................................. 4

一、磨损的一般规律 ............................................................................................. 4