機(jī)械零件的失效，會(huì)使機(jī)床失去加工精度、輸氣管道發(fā)生泄漏、飛機(jī)出現(xiàn)故障等，嚴(yán)重地威脅到人身生命和生產(chǎn)的安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，分析機(jī)械零件的失效原因、研究失效機(jī)理、提出失效的預(yù)防措施具有重要意義。

造成失效的原因有很多，如斷裂、變形、表面磨損等。正確的失效分析是解決零件失效、提高承載能力的基本環(huán)節(jié)。失效規(guī)律和機(jī)理是材料強(qiáng)度研究的基礎(chǔ)，從材料角度研究失效原因，進(jìn)而找到防止失效的有效途徑。

1、什么是失效

所謂失效，是指機(jī)械零件在使用過(guò)程中，由于尺寸、形狀或材料的組織和性能的變化而失去預(yù)定功能的現(xiàn)象。

2、失效的形式有哪些

一、變形失效

變形失效主要表現(xiàn)是扭曲、拉長(zhǎng)、漲大、蠕變等，引發(fā)的主要原因是零件在一定載荷條件下發(fā)生過(guò)量變形。

主要分為彈性變形失效和塑性變形失效。

彈性變形失效   

變形量在彈性范圍內(nèi)變化，主要原因是材料的剛度不足。桿、柱、軸類的零件以及靠摩擦力傳動(dòng)的零件，彈性變形會(huì)帶來(lái)失效的問(wèn)題。影響因素:零件形狀、尺寸、材料的彈性模量、零件工作溫度和載荷的大小。

塑性變形失效    

外加應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形。影響因素: 除彈性變形中的因素外，還有材料缺陷、使用不當(dāng)、設(shè)計(jì)失誤等，其中熱處理不良尤為突出

二、斷裂失效

斷裂失效可以分為韌性斷裂失效和脆性斷裂失效。

韌性斷裂 ：材料斷裂前及斷裂過(guò)程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂。

脆性斷裂 ：材料斷裂前基本不產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，表現(xiàn)為突然發(fā)生的斷裂。

疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂和蠕變斷裂均屬脆性斷裂。

一般來(lái)說(shuō)，材料斷面收縮率大于5%為韌性斷裂，小于5%的為脆性斷裂

三、表面損傷失效

由于磨損、疲勞、腐蝕等原因，使機(jī)械零件表面失去正常工作所必需的形狀、尺寸和表面粗糙度造成的失效，稱為表面損傷失效。

磨損失效

磨損是由于機(jī)械作用、化學(xué)反應(yīng)(包括熱化學(xué)、電化學(xué)和力化學(xué)等反應(yīng))，材料表面物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象

腐蝕失效

腐蝕失效是由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕而造成機(jī)械零件尺寸和性能的改變而導(dǎo)致的

表面疲勞失效

表面疲勞失效是指兩個(gè)相互接觸的機(jī)械零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)在交變接觸應(yīng)力作用下，機(jī)械零件表面層材料發(fā)生疲勞脫落所造成的失效

材料的老化

高分子材料在存儲(chǔ)和使用過(guò)程中發(fā)生變脆、變硬或變軟，變黏等現(xiàn)象，從而失去原有性能指標(biāo)的現(xiàn)象，稱為材料的老化

3、失效原因     

█  設(shè)計(jì)不合理

機(jī)械零件設(shè)計(jì)不合理主要表現(xiàn)在機(jī)械零件尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。例如過(guò)渡圓角太小、尖銳的缺口、尖角等會(huì)造成較大的應(yīng)力集中而導(dǎo)致失效;另外，對(duì)機(jī)械零件的工作條件及過(guò)載情況估計(jì)不足，設(shè)計(jì)承載能力不夠，忽略或低估溫度、介質(zhì)等因素的影響，也會(huì)造成零件失效。

█  選材錯(cuò)誤

選材所依據(jù)的性能指標(biāo)，不能反映材料對(duì)實(shí)際失效形式的抗力，不能滿足工作條件的要求，錯(cuò)誤地選擇了材料。另外，材料的冶金質(zhì)量太差，如存在夾雜物、偏析等缺陷，也是失效的源頭。

█  加工工藝不當(dāng)

在加工或加工過(guò)程中，由于采用的工藝不當(dāng)而產(chǎn)生的這種質(zhì)量缺陷，例如較深的切削刀痕、磨削裂紋等，都可能引發(fā)失效。熱處理時(shí)，冷卻速率不夠、表現(xiàn)脫碳、淬火變形和開(kāi)裂，也是引發(fā)失效的重要原因

█  裝配不當(dāng)

在裝配成機(jī)器或裝置的過(guò)程中，由于裝配不當(dāng)、對(duì)中不好、過(guò)緊或過(guò)松都會(huì)使零件產(chǎn)生附近應(yīng)力或振動(dòng)，造成失效。使用維護(hù)不良，不按工藝規(guī)程操作，也會(huì)造成失效。

4、失效分析

5、失效分析的步驟

分析步驟

保護(hù)失效現(xiàn)場(chǎng)

失效現(xiàn)場(chǎng)的取證和收集背景資料

進(jìn)行研究

●  材料成分分析及宏觀與微觀組織分析:

檢查材料成分是否符合標(biāo)準(zhǔn)，組織是否正常(包括晶粒度缺陷，非金屬夾雜物，相的形態(tài)、大小、數(shù)量、分布，裂紋及腐蝕情況)。

●  宏觀和微觀的斷口分析:  確定裂紋源及斷裂形式(脆性or韌性斷裂穿晶or 沿晶斷裂，疲勞or非疲勞斷裂)。

●  力學(xué)性能分析:  測(cè)定與失效形式有關(guān)的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)

●  機(jī)械零件受力及環(huán)境條件分析:

分析機(jī)械零件在裝配和使用中所承受的正常與非正常應(yīng)力，是否超溫運(yùn)行，是否與腐蝕介質(zhì)接觸等。

●  模擬實(shí)驗(yàn):

對(duì)一些重大失效事故，在可能和必要的情況下，應(yīng)做模擬實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證上述分析得出的結(jié)論。

4.得出結(jié)論

6、如何防止失效

防止失效重要的措施是： 設(shè)計(jì)、選材、 工藝。

設(shè)計(jì)：

選材：

工藝：

在進(jìn)行失效分析和提出改進(jìn)措施時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)：

》 設(shè)計(jì)、材料與工藝要三者相結(jié)合

》 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與材料強(qiáng)度相結(jié)合

》 宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理相結(jié)合，斷口宏觀分析與微觀分析相結(jié)合    

    深圳寶得金新材料科技有限公司依托于熱等靜壓粉末合金領(lǐng)域的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，致力于高品質(zhì)粉末合金材料的研發(fā)與加工，具備豐富的粉末合金材料制造經(jīng)驗(yàn)。

    熱等靜壓的粉末合金材料由于具備高純凈度、完全致密化、各向同性且具備優(yōu)異的耐磨性及耐腐蝕性，因此在改善材料性能，避免機(jī)械零件的失效上起到了重要的作用。

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