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第11章 机械零件的失效与分析 教学提示：机械零件的失效是指其服役期内因受到损伤而使机器低效工作或提前退役的现象。
失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施和引出机械零件选材原则。
教学要求：本章让学生在学习了机械零件失效形式的基础上，通过比较和综合分析各种失效原因，掌握机械零件选材应考虑的主要问题，并通过对各种机械零件常用材料的分析和课堂讨论，进一步熟悉和掌握针对不同应用场合选择机械零件材料的一般原则和方法。
11.1 机械零件的失效与分析失效是机械或机械零件在使用过程中，由于尺寸、形状、材料的性能或组织发生变化而引起的机械或机械零件不能完成指定功能，或机械构件丧失了原设计功能的现象。
机械零件的失效是其服役期内因受到损伤而使机器低效工作或提前退役的现象。
零件具有以下表现均可视为失效：完全破坏而不能工作；虽然能工作但达不到预定的功能；损坏不严重，但继续工作不安全。
常见的失效形式可分为下列三种：变形失效、破断或断裂失效、表面损伤引起的失效。
失效分析的目的是找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施。
零件的损坏往往会带来严重的后果，因此对零件的可靠性将提出越来越高的要求。
此外，从经济性考虑，也要求不断提高零件的寿命。
所以机械或机械零件的失效分析将越来越重要。
失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工以及使用，都有重要的指导意义。
11.1.1 机械零件的失效形式零件在工作时的受力情况一般比较复杂，往往承受多种应力的复合作用，因而造成零件的不同失效形式。
零件的失效形式有断裂、过量变形和表面损伤三大类型。
1. 断裂断裂是金属构件在应力作用下材料分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象，它是金属构件常见的失效形式之一。
断裂是一种严重的失效形式，它不但使零件失效，有时还会导致严重的人身和设备事故。
断裂可分为韧性断裂、低温脆性断裂和疲劳断裂以及蠕变断裂等几种形式。
当零件在外载荷作用下，由于某一危险截面上的应力超过零件的强度极限或断裂强度，将发生前两种断裂；当零件在循环交变应力作用下，工作时间较长的零件，最易发生疲劳断裂，此为机械零件的主要失效形式。
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蠕变断裂在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效；3、表面损伤①磨损失效磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式逐渐磨耗，而使零件尺寸不断变小的一种失效方式。
