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
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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
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第讲机械零件失效分析概述
北京科技大学机械工程学院。朱孝录
一、机械零件的失效与失效分析
据新华社消息“今年年月日,东
航的一架仆飞机执行上海至北京航班飞行任
务时,因前起落架故障,最后迫降在上海虹桥机场。
事故原因是前起落架曲柄连杆的销子因制造质量
题而折断,致使操作失灵专家经反复调查并对
同类飞机的销子进行金相分析鉴定得出结论是销
子内的某种金属成分含量过高,造成销子产生裂纹
而断裂。”这是一起典型的因机械零件失效而造成飞
机安全事故的实例。这个例子也说明了失效分析的
基本任务和内容。
一个销子的作用是联接两个构件,这就是销子
应具有的规定功能如果销子失去此规定的功能
如断裂等,销子就失效了。按照国际通用的定义
产品丧失其规定功能的现象称为失效。在上述的例
子中,因销子失效引起起落架故障因起落架故障
造成飞机不得不迫降的飞行安全事故。在失效分析
中,术语“事故”强调后果“失效”强调零件本身
的功能状态“故障”可以理解为含义更厂的失
效
上述飞行事故中,虽然由于迫降成功,未造成
生命财产的重大损失,但是事后必须进行严格的事
故调查,找到首先失效的零件,对零件进行失效分
析,查明失效的原因提出改进和预防的措施,防
止同类事故的再次发生这就是失效分析的任务和
要达到的目的。
在实际的生产活动中,虽然象上述重大失效事
故并不多见,但是因机械零件失效而使机器甚至
生产线停车待修的事故,或者因零件经常失效而
造成产品质量不佳的现象是屡见不鲜的因此,在
现代化生产的工厂企业中,机械零件的失效分析已
成为保持正常生产,提高产品质量的重要技术措施。
目前,产品或零件的失效分析和研究工作在国内外都非常活跃,并且已逐步发展成为一门绦
合性的学科。它涉及机械学、材料学、工程力学、断
裂力学、粥塑性力学、摩擦学、腐蚀学和机械制造
工艺等多方面的知识。在国外、某些国家已将它命
名为失效学加以研究。
