机械零件失效分析
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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。
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。
机械零部件的失败分析与预测近年来,机械行业发展迅速,机械零部件作为机械设备的基础和核心组成部分,其性能和可靠性对机械设备的正常运行起着至关重要的作用。
然而,由于各种因素的影响,机械零部件的失效现象时有发生。
本文将探讨机械零部件的失败分析与预测,以期提高机械设备的可靠性和使用寿命。
一、机械零部件的失效现象机械零部件的失效现象主要包括疲劳断裂、塑性变形、磨损、腐蚀等。
其中,疲劳断裂是最常见的失效形式之一。
疲劳断裂主要是由于零部件在长期受到交替加载的作用下,造成材料内部的微裂纹逐渐扩展,最终导致断裂。
塑性变形则是由于零部件在受力作用下发生形变超过其材料的弹性极限,从而导致变形或破裂。
磨损是因为零部件在摩擦过程中逐渐丧失材料表面,进而影响其正常使用。
腐蚀则是由于环境中的氧气、水分以及化学物质的作用,使零部件表面产生腐蚀现象,降低其力学性能和耐久性。
二、机械零部件失效的原因机械零部件失效的原因可以归纳为设计缺陷、材料问题、制造质量和运行条件等方面。
设计缺陷是指零部件在设计过程中出现的问题,如强度计算不准确、尺寸过小或过大等。
材料问题主要表现为材料的强度不足、硬度不均匀等。
制造质量是指零部件在加工过程中可能出现的问题,如加工精度不高、表面粗糙度过大等。
运行条件则是指零部件在工作环境中受到的影响,如温度过高、振动过大等。
三、机械零部件的故障分析方法为了找出机械零部件失效的原因,需要进行故障分析。
故障分析主要包括收集故障信息、现场调查、样品分析和实验验证。
首先,需要收集有关故障的信息,包括工作环境、工作条件、使用时间、维护记录等。
其次,进行现场调查,观察故障部位的状态和周围环境,以获得更多的细节信息。
接下来,对故障零部件进行样品分析,可以借助一些工具和设备,如金相显微镜、扫描电子显微镜等。
最后,进行实验验证,模拟故障条件和工作状态,以证实故障原因。
四、机械零部件失效的预测方法机械零部件失效的预测是为了及时采取相应的保养和维护措施,以延长机械设备的使用寿命和提高可靠性。
机械结构的失效模式与原因分析导言机械结构在工程领域起着重要的作用,其可靠性直接关系到设备的使用寿命和安全性。
然而,随着机械结构的长期使用和外界环境的变化,失效问题也不可避免地出现。
本文将探讨机械结构的失效模式和其潜在的原因,为工程师和设计者提供有益的信息和指导。
一、疲劳失效疲劳失效是机械结构最常见的失效模式之一。
在长期的工作过程中,机械结构会不断地受到振动和应力的作用,导致材料的微观变形和疲劳破坏。
这种破坏方式通常是逐渐发展,不易察觉,直到最终发生失效。
疲劳失效的原因可以归结为两个方面:一是结构设计的不合理,包括应力集中、材料选择不当等;二是运行工况的变化以及外界环境的影响,如温度、湿度、腐蚀等因素。
为了避免疲劳失效,设计者应该合理选择材料和结构形式,减少应力集中,加入过载或阻尼装置等。
此外,定期进行结构检测和维护工作也是必不可少的。
二、磨损和腐蚀失效除了疲劳失效之外,磨损和腐蚀失效也是机械结构常见的失效模式。
磨损失效是指机械零件在摩擦和磨削作用下逐渐丧失其原有形状和尺寸的现象。
而腐蚀失效则是机械零件因为受到化学物质或者电化学作用而逐渐腐蚀和破坏。
磨损失效的原因主要是由于工作面之间的相对运动产生的摩擦力和应力,这些力和应力会逐渐磨损机械零件表面,导致失效。
而腐蚀失效则是由于工作环境中存在的腐蚀介质,如酸、碱、盐等,侵蚀了机械零件的表面,导致破坏。
为了防止磨损和腐蚀失效,设计者可以采用耐磨涂层、选择抗腐蚀材料等方法。
此外,定期进行机械零件的维护和润滑也能够有效延长结构的使用寿命。
三、断裂失效断裂失效是机械结构最严重的一种失效模式,其通常由于结构的强度不足或者材料的质量问题导致。
在受到剧烈的负荷作用下,机械结构会发生脆性断裂或韧性断裂。
脆性断裂是指材料在受到应力集中和高应力的情况下,发生不可逆的、迅速的、无伸长的断裂。
这种断裂方式通常是突然发生的,极易引起严重的事故。
而韧性断裂则是材料在受到高应力情况下,发生可逆的、有塑性伸长的断裂。
机械零部件失效机理与分析引言机械零部件是构成机械设备重要组成部分,其失效可能导致设备无法正常运行,给生产和工作带来不利影响。
因此,理解机械零部件失效的机理并能进行合理的分析和预防措施对于保障设备的稳定运行至关重要。
本文将探讨机械零部件失效的机理和分析方法。
一、机械零部件失效的机理机械零部件失效的机理主要包括以下几个方面。
1.疲劳失效在机械装置中,通常会不断受到交变的载荷作用,使得零部件产生应力和应变的变化。
长时间内反复交替的应力作用会导致疲劳失效。
疲劳裂纹的产生和扩展是疲劳失效的重要原因。
2.磨损失效磨损失效是机械零部件常见的一种失效形式,主要包括磨粒磨损、磨磨损和疲劳磨损等。
机械零部件由于长时间的摩擦会出现表面变得粗糙,导致零部件之间的相互接触面积增大,从而加速磨损过程。
3.材料腐蚀机械零部件在工作过程中,可能会受到一些介质的侵蚀,导致材料表面的腐蚀和损害。
腐蚀会使材料表面产生裂纹和孔隙,降低其强度和耐久性,最终导致失效。
4.过载失效过载失效是指机械零部件在超出其正常工作范围的载荷作用下发生力学性能的突然变化,从而导致零部件失常甚至破裂。
过载失效通常发生在突发事件或设计错误等情况下。
二、机械零部件失效的分析为了准确分析机械零部件失效的原因,可以采取以下方法。
1.外观检查首先进行外观检查,检查零部件的外观是否有裂纹、变形或腐蚀等情况。
通过观察表面痕迹和形貌,可以初步判断零部件可能的失效原因。
2.材料分析通过对零部件材料的成分分析和显微组织观察,可以判断材料的性能是否符合要求,是否有明显的缺陷或异物存在。
这对于进一步了解零部件失效的原因非常重要。
3.断裂分析如果零部件发生断裂,可以进行断裂分析,分析其断口的形貌和特征。
通过断口分析,可以了解断裂发生的形式,如韧性断裂、脆性断裂等,从而进一步判断失效原因。
4.力学性能测试针对机械零部件的失效,可以通过力学性能测试来检测零部件的强度、硬度和韧性等参数。
机械零件的失效分析与选材一、机械零件失效的原因1.腐蚀:机械零件在使用过程中遭受外界环境的腐蚀作用,如氧化、化学腐蚀等,导致零件表面产生锈蚀、腐蚀,从而影响零件的机械性能。
2.疲劳:机械零件在长期交替加载作用下,会出现疲劳现象,导致零件发生裂纹和断裂,失去原有的强度和稳定性。
3.磨损:机械零件在使用过程中与其他零件摩擦接触,长期摩擦会导致零件表面磨损,进而影响零件的功能和寿命。
4.劈裂:机械零件在使用过程中遭受冲击或受到异常载荷作用,会出现劈裂现象,造成零件失效。
5.热胀冷缩:机械零件在温度变化过程中,由于材料的热胀冷缩性能差异,会导致零件产生形变和应力集中,从而导致零件失效。
这些失效原因都会导致机械零件的性能下降甚至完全失效,因此,对机械零件的失效分析是非常重要的。
二、机械零件选材的考虑因素机械零件选材是指选择合适的材料用于制造机械零件,以满足设计要求和使用条件。
在进行机械零件选材时,需要考虑以下几个因素:1.强度和刚度:机械零件需要具备足够的强度和刚度,以承载和传递力量和扭矩,保证零件的正常工作。
2.耐磨性:机械零件在使用过程中经常摩擦接触,需要具备一定的耐磨性,以延长零件的使用寿命。
3.耐腐蚀性:机械零件在一些工作环境下可能会受到腐蚀作用,需要选择具有良好耐腐蚀性的材料,以防止零件损坏和失效。
4.热稳定性:机械零件在高温环境下工作时,需要选择具有良好的热稳定性的材料,以防止零件变形和失效。
5.成本和可加工性:机械零件的选材还需要考虑材料的成本和可加工性,避免材料成本过高或者难以加工造成生产成本的增加。
根据以上因素,可以选择各种合适的材料,如金属材料、塑料材料、复合材料等,以满足机械零件的设计和使用要求。
三、机械零件失效分析与选材的方法1.失效分析:对机械零件失效进行分析,可以通过观察零件的损坏情况、痕迹以及使用条件等来判断失效原因,从而采取相应的措施来避免类似失效的再次发生。
2.材料测试:在进行机械零件选材时,可以对不同材料进行物理力学性能测试,如强度、硬度、韧性等,以确定材料是否符合设计要求。
目录3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4四、失效分析4第二节零件的磨损失效4 一、磨损的一般规律5 二、磨料(粒)磨损6 三、粘着磨损8 四、疲劳磨损9 五、微动磨损10 六、冲蚀磨损11第三节零件的断裂失效11 一、断裂的分类11 二、过载断裂12 三、疲劳断裂14四、脆性断裂15 五、断裂失效分析的步骤16第四节零件的腐蚀失效17 一、腐蚀与腐蚀失效危害的严重性17 二、金属的化学腐蚀与电化学腐蚀18 三、腐蚀失效主要表现形态20第五节零件的畸变失效21 一、弹性畸变失效21 二、塑性畸变失效22 三、翘曲畸变失效23四、畸变失效分析23第二章设备的使用与维护第一节设备的使用24一、合理安排生产任务24二、配备合格的设备操作人员24三、设备操作的基本功培训24四、建立健全的设备使用管理规章制度25第二节延长机械的使用寿命的方法26一、优秀的设计是延长机械使用寿命的首要环节26二、提高机械产品的质量使之经久耐用27三、正确合理使用是延长施工机械的寿命的关键2828四、实行定期保养五、掌握正确的机械维修的方法有效地延长使用寿命28六、其它29第三节润滑保养29一、润滑油检测的传统方法30二、油品的报废判断31三、传统润滑油检测方法的不足之处31四、专业、科学的润滑油检测方法32六、设备润滑的作用33七、润滑管理的基本要求3434参考文献第一章机械零件的失效及分析第一节基本概念一、失效的概念机械设备中各种零件或构件都具有一定的功能,如传递运动、力或能量,实现规定的动作,保持一定的几何形状等等。
当机件在载荷(包括机械载荷、热载荷、腐蚀及综合载荷等)作用下丧失最初规定的功能时,即称为失效。
一个机件处于下列三种状态之一就认为是失效:①完全不能工作;②不能按确定的规范完成规定功能;③不能可靠和安全地继续使用。
这三个条件可以作为机件失效与否的判断原则。
第一章
失效:产品丧失其规定功能的现象。
常见失效形式:有变形、断裂、损伤失效。
失效分析:研究机械装备的失效诊断、失效预测和失效预防的理论、技术、方法及其工程应用的一门学科。
(综合性、实用性)
引起失效的因素是复杂的,归纳为两个方面:
材料因素:内因,包括材料品质及加工工艺方面的各种因素;
环境因素:外因,包括受载条件、时间、温度及环境介质等因素。
产品的失效都是在材料或零件的强度(韧性)与应力因素和环境条件不相适应的条件下发生的。
失效总是从产品对服役条件最不适应的环节开始的,而且失效产品或零件的残骸上必然会保留有失效过程的信息。
产品的可靠度:
产品在规定的条件下和规定的时间内满意地完成规定功能的概率。
四个含义:即功能、时间、使用条件和满意地完成规定功能的概率。
第二章
按失效的宏观特征作为一级失效形式分类,分为变形失效、断裂失效和表面损伤失效。
机械零件失效原因概述
1.服役条件---受力状况(载荷类型、载荷性质、应力状态)和环境(介质和温度)
2.材料因素
3.设计和工艺因素
4.使用和维修
α越大,应力状态越软,易引起塑性变形
硬性应力状态:α<1
α越小,应力状态越硬,易引起脆性断裂
第三章 P25+P69
常见失效形式(11种):过量弹性变形失效、屈服失效(塑性变形失效)、塑性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂失效、腐蚀失效、应力腐蚀失效、氢脆失效、腐蚀疲劳失效、磨损失效、蠕变失效。
脆性断裂失效:构件在断裂前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂形式。
断裂应力低于材料屈服强度,因此称为低应力脆断。
工作条件: 高速、高压、高温和低温导致材料的服役条件越来越苛刻。
低温脆性断裂主要发生于体心立方和密排六方金属材料中,这些材料称为低温脆性材料,低碳钢是其典型代表。
脆性断裂特征:
(1)断裂部位在宏观上几乎看不出或者完全没有塑性变形,碎块断口可以拼合复原。
(2)起裂部位常在变截面处即应力集中部位,或者存在表面缺陷或内部缺陷处。
(3)形成平断口,断口平面与主应力方向垂直。
(4)断口呈细瓷状,较光亮,对着光线转动,可看到闪光刻面,无剪切唇。
(5)断裂常发生于低温条件下,或受冲击载荷作用时。
(6)断裂过程瞬间完成,无预兆。
金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下,由于累积损伤而引起的断裂现象称为疲劳。
疲劳断裂特点
⑴疲劳断裂是低应力循环延时断裂,即具有寿命的断裂。
⑵疲劳断裂是突然断裂,即脆性断裂。
断裂前没有明显的征兆,疲劳是一种潜在的突发性断裂。
⑶对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感。
典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域:疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬时断裂区。
疲劳裂纹有贝纹线,贝纹线是以疲劳源为圆心的一簇同心圆弧;间距不同,近源者密,远源者疏。
贝纹线的宽窄不同。
与过载程度、材质有关,过载大、韧性差的线粗而不明显。
贝纹线和疲劳辉纹的区别:
◆形成原因不同。
贝纹线是交变应力的频率、幅度变化或载荷停歇等原因造成的。
疲劳辉纹是一次交变应力循环使裂纹尖端塑性钝化形成的。
◆二者可以同时出现,也可以不同时出现。
有时在宏观断口上看不到贝纹线;
在电子显微镜下也不一定看到疲劳辉纹。
氢脆失效的类型及特征
1.白点:又称发裂,是由于钢中存在的过量的氢造成的。
2.氢蚀:如果氢与钢中的碳发生反应,生成CH4气体,也可以在钢中形成高压,并导致钢材塑性降低,这种现象称为氢蚀。
3.氢化物致脆:在纯钛、α-钛合金、钒、锆、铌及其合金中,氢易形成氢化物,使塑性、韧性降低,产生脆化。
4. 氢致延滞断裂
由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。
这类氢脆是目前工程上所说的大多数氢脆。
防止氢脆的措施
1. 环境因素,设法切断氢进入金属内的途径
2.力学因素,在机件设计和加工过程中应避免各种产生残余拉应力的因素。
3.材料因素,含碳量较低且硫、磷含量较少的钢,氢脆敏感性低。
钢的强度等级越高,对氢脆越敏感。
因此,对在含氢介质中服役的高强度钢的强度应有所限制。
磨损失效:由磨损导致的功能丧失。
磨损:相互接触并作相对运动的物体由于机械、物理和化学作用,物体表面形状、尺寸或质量发生变化的过程。
分类:氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒磨损、接触磨损、微动损伤。
蠕变失效:金属零件在应力和高温的长期作用下,缓慢产生永久变形而导致的失效。
第四章 P81
故障树是表示事件因果关系的树状逻辑图
故障树分析(F T A)就是以故障树(F T)为模型对系统进行可靠性分析的方法。
如何建立故障树:
1.熟悉系统在建树之前,应该对所分析的系统进行深入的了解。
为此,需要广泛收集有关系统的设计、运行、流程图、设备技术规范等技术文件和资料,并进行仔细的分析研究。
2.选择和确定顶事件通常把最不希望发生的系统故障状态作为顶事件。
它可以是借鉴其他类似系统发生过的重大故障事件,也可是指定的事件。
任何需要分析的系统故障事件都可作为顶事件。
但顶事件必须有明确的含义,而且一定是可以分解的。
3.定义故障树的边界条件即要对系统的某些组成部分(部件、子系统)的状态、环境条件等作出合理的假设。
第五章
T型法则:
如果零件上有一条裂纹与另一条裂纹相遇或垂直的情况,因为在同一零件上,后来产生的裂纹不可能穿越原有裂纹而扩展,所以这条裂纹是晚生的。
金属断口三要素:纤维区、放射区、剪切唇
主裂纹与裂纹源区位置的确定
裂纹的走向与主应力垂直(即所谓的裂纹走向的应力原则);
且总是希望沿最小阻力路线——即材料的薄弱环节(或缺陷)处扩展(即所谓裂纹走向的强度原则);
而实际裂纹走向就是这两个因素综合作用的结果。
第六章 P126+P128。