機(jī)械失效分析與防護(hù)答案

1、中國(guó)石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院機(jī)械失效分析與防護(hù)期末復(fù)習(xí)題答案一、 名詞解釋1、 失效：構(gòu)件不能正確行使其功能。2、 偏析：金屬在冷凝過(guò)程中，由于某些因素的影響形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。3、疲勞：金屬構(gòu)件在交變載荷作用下，雖然應(yīng)力水平低于金屬材料的抗拉強(qiáng)度，有時(shí)甚至低于屈服極限，但經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)周期后，金屬構(gòu)件發(fā)生突然斷裂，稱為疲勞斷裂。4、內(nèi)應(yīng)力：構(gòu)件在無(wú)外力作用下，存在于內(nèi)部并保持平衡的力。5、應(yīng)力腐蝕斷裂：材料在固定拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的斷裂。6、縮孔：金屬在冷凝過(guò)程中由于體積的收縮而在鑄錠或鑄件心部形成管狀( 或喇叭狀 )或分散孔洞。7、斷裂：金屬構(gòu)件在應(yīng)力作用下材料

2、分離為互不相連的兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的現(xiàn)象。8、應(yīng)力集中：零件截面有急劇變化處，引起局部地區(qū)的應(yīng)力高于零件受到的平均應(yīng)力的現(xiàn)象。9、痕跡：構(gòu)件失效時(shí)，由于力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等環(huán)境因素單獨(dú)或協(xié)同作用，并在構(gòu)件表面或表面層留下了某種標(biāo)記，稱為痕跡。二、 填空題1、 NSR越小，表示材料對(duì)缺口的敏感性越大。2、金屬構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂時(shí)的微觀形貌包括河流花樣、扇形花樣、魚(yú)骨狀花樣等。3、金屬材料的斷裂過(guò)程分為裂紋的萌生、 裂紋的擴(kuò)展和斷裂三個(gè)階段。4、金屬構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形失效的原因是過(guò)載。5、 帶缺口的韌性斷裂斷口的宏觀形貌為：a 代表纖維區(qū)、b 代表最終斷裂區(qū)、 c代表放射區(qū)。abc6、構(gòu)件失效后，

3、對(duì)其進(jìn)行失效分析前，需要對(duì)斷口進(jìn)行保護(hù)，目的是防止搬運(yùn)過(guò)程中的機(jī)械損傷和 化學(xué)損傷。7、構(gòu)件產(chǎn)生裂紋的部位比較特殊，可能因?yàn)闃?gòu)件局部結(jié)構(gòu)形狀引起，也可能與材料缺陷有關(guān)，主要?dú)w結(jié)于應(yīng)力因素。8、構(gòu)件中的夾雜物按其變形能力分脆性?shī)A雜物、塑性?shī)A雜物和半塑性?shī)A雜物。9、金屬構(gòu)件發(fā)生高溫氧化時(shí)，其表面生成的氧化膜是半導(dǎo)體，既能電子導(dǎo)電，又能離子導(dǎo)電。10、金屬構(gòu)件發(fā)生失效時(shí)，有起始態(tài)、中間態(tài)和完成態(tài)，一般以失效的起始態(tài)為分析重點(diǎn)。11、平面應(yīng)變斷裂韌性K IC 表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力12、金屬構(gòu)件在自然條件下發(fā)生的腐蝕包括土壤腐蝕、海水腐蝕和大氣腐蝕。13、典型零件的選材一般遵循的原

4、則有使用性原則、工藝性原則和經(jīng)濟(jì)性原則。14、失效構(gòu)件進(jìn)行理化檢驗(yàn)遵循的原則是先不破壞性或少破壞性檢測(cè)，再做破壞性檢測(cè)。15、構(gòu)件進(jìn)行磁粉檢測(cè)后，要求檢測(cè)對(duì)象具有鐵磁性。16、光滑圓棒狀拉伸試樣斷口三要素包括纖維區(qū)、 放射區(qū)和 剪切唇。17、疲勞斷口的微觀特征有疲勞輝紋、輪胎壓痕花樣。18、金屬構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形失效的原因有過(guò)載、超溫和材料變質(zhì)。19、構(gòu)件發(fā)生韌性斷裂時(shí)，當(dāng)材料含有較多的第二相質(zhì)點(diǎn)或夾雜物時(shí)，形成的韌窩數(shù)量較多，且較淺。20、金屬構(gòu)件失效過(guò)程的特點(diǎn)包括不可逆性、有序性、不穩(wěn)定性和積累性。21、從宏觀看，裂紋的走向是由應(yīng)力原則和強(qiáng)度原則決定的。22、構(gòu)件進(jìn)行磁粉檢測(cè)后，還保留剩余磁

5、性，影響使用，必須退磁處理。23、疲勞斷口中，用肉眼或低倍放大鏡觀察疲勞區(qū)中磨得最亮的地方是疲勞源。24、痕跡形成的三要素包括造痕物、留痕物和發(fā)生相互接觸。25、對(duì)于帶缺口的圓棒狀拉伸試樣的斷口而言，由于缺口處存在應(yīng)力集中，裂紋在此處萌生和擴(kuò)展。26、高溫作用下，金屬構(gòu)件常見(jiàn)的變形失效包括蠕變和應(yīng)力松弛。三、選擇題1、按照產(chǎn)品的失效形態(tài)對(duì)金屬構(gòu)件失效形式進(jìn)行分類，包括過(guò)量變形失效、（ B ）失效、表面損傷失效。A. 疲勞B.斷裂C.腐蝕D.磨損2、金屬在鍛造及軋制過(guò)程中容易產(chǎn)生的內(nèi)部阻止缺陷有粗大的魏氏體組織、網(wǎng)絡(luò)狀碳化物和（D）。A. 夾渣B.冷裂紋C.折疊D.表層脫碳3、構(gòu)件發(fā)生斷裂時(shí)，判

6、別其主裂紋的方法有T 形法、（A）、變形法和氧化法。A.分枝法B.應(yīng)力原則C.痕跡法D.金相法4、消除殘余應(yīng)力的方法有去應(yīng)力退火、回火或自然時(shí)效處理以及（C）。A. 振動(dòng)法 B. 錘擊法C.機(jī)械法 D. 噴丸強(qiáng)化5、失效分析測(cè)試技術(shù)的選用原則是（C）、有效性、可能性和經(jīng)濟(jì)性。A. 重現(xiàn)性B.簡(jiǎn)單性C.可信性D.直觀性6、金屬構(gòu)件發(fā)生微孔聚集型韌性斷裂時(shí)，觀察微觀特征發(fā)現(xiàn)斷口表面有大量的韌窩，形狀有（ A）、剪切形和撕裂形。A.等軸形B.橢圓形C.圓形7、腐蝕電池的工作過(guò)程包括陽(yáng)極過(guò)程、陰極過(guò)程和（A）。A.電流的流動(dòng)B.離子的流動(dòng)C.電解質(zhì)溶液D.電子的流動(dòng)8、裂紋擴(kuò)展的三種基本類型是（A）、

7、滑移型、撕裂型。A.張開(kāi)型B.剪切型C.拋物型D.等軸型9、構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂時(shí)，其斷口與與主應(yīng)力成（A）。A.90°B. 60°C.45°D.30°10、超聲波檢測(cè)對(duì)（B）敏感，對(duì)單個(gè)氣孔檢出率低。A.線缺陷B.面狀缺陷C.體積型缺陷11、構(gòu)件發(fā)生韌性斷裂時(shí)，其宏觀斷口為暗灰色纖維狀，無(wú)閃爍金屬光澤，斷口與與主應(yīng)力成（D）。A.90°B.30°C.60°D.45°12、在焊接生產(chǎn)中遇到的裂紋是多種多樣的，根據(jù)裂紋產(chǎn)生本質(zhì)看，有熱裂紋、再熱裂紋、（ B ）和層狀撕裂四類。A. 縱向裂紋B.冷裂紋C.夾渣D.橫向裂紋四

8、、簡(jiǎn)答下列問(wèn)題1根據(jù)下圖敘述韌性材料斷口的形成過(guò)程。并說(shuō)明何為平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。1、（ a）頸縮( b)空穴形成( c)空穴長(zhǎng)大形成裂紋(d)裂紋擴(kuò)展(e) 最終斷裂形成杯錐斷口平面應(yīng)力狀態(tài)：裂紋尖端處于二向應(yīng)力狀態(tài)，如薄板受力，其平面應(yīng)變狀態(tài)：裂紋尖端處于三向應(yīng)力狀態(tài)，如厚板受力，其z 方向的應(yīng)力為零， z = 0 z 方向的位移被束縛，即z = 0 ， 有 z 方向的應(yīng)力，2.下圖為疲勞斷口示意圖， z = 試說(shuō)明 ( x +a、b 和 c y )分別代表哪個(gè)區(qū)域。當(dāng)斷口有多個(gè)疲勞源萌生時(shí)，如何判斷最先啟裂點(diǎn)？b區(qū)的宏觀形貌特征如何。abc2、 a:疲勞裂紋萌生區(qū)b:疲勞裂紋擴(kuò)展

9、區(qū)c:最終斷裂區(qū)起裂點(diǎn)的判定：有多個(gè)裂紋源時(shí)，疲勞條紋密度大，比較光澤明亮的為最初的。b 區(qū)為疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，其宏觀特征表現(xiàn)為沙灘狀花樣或貝殼狀花樣。3、 簡(jiǎn)述構(gòu)件中的裂紋擴(kuò)展應(yīng)遵循的原則。在一般情況下，當(dāng)材質(zhì)比較均勻時(shí)，應(yīng)力原則起主導(dǎo)作用，裂紋按應(yīng)力原則擴(kuò)展；當(dāng)材質(zhì)存在明顯的不均勻性時(shí)，裂紋按強(qiáng)度原則擴(kuò)展，強(qiáng)度原則起主導(dǎo)作用；當(dāng)應(yīng)力原則和強(qiáng)度原則一致時(shí)，無(wú)疑裂紋將沿著一致的方向擴(kuò)展。這就是存在于最大應(yīng)力部位的缺陷對(duì)裂紋產(chǎn)生的影響很大的原因。4、 簡(jiǎn)述宏觀腐蝕電池的類型。異種金屬接觸電池（電偶電池）；濃差電池；溫差電池。5、 簡(jiǎn)述降低構(gòu)件應(yīng)力集中的措施。1）從強(qiáng)化材料方面降低應(yīng)力集中的作用：表

10、面熱處理強(qiáng)化、薄殼淬火、噴丸強(qiáng)化、滾壓強(qiáng)化2）從設(shè)計(jì)方面降低應(yīng)力集中系數(shù)：變截面部位的過(guò)渡、根據(jù)零件的受力方向和位置選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)孔部位、在應(yīng)力集中區(qū)附近的低應(yīng)力部位增開(kāi)缺口和圓孔6、簡(jiǎn)述構(gòu)件中的夾雜物為何會(huì)形成裂紋源。1）夾雜物造成鋼材局部應(yīng)力集中；2）夾雜物本身斷裂；3）夾雜物與基體交界面產(chǎn)生斷裂而成為裂紋源。7、簡(jiǎn)述斷口三要素的作用及影響因素。1）確定裂紋源位置；2）確定裂紋擴(kuò)展方向；3）根據(jù)三要素所占比例大小，粗略評(píng)價(jià)材料機(jī)械性能。影響因素：零件形狀；試驗(yàn)溫度；加載速率8、簡(jiǎn)述構(gòu)件中形成微觀腐蝕電池的原因。原因：金屬表面的電化學(xué)不均勻性。金屬化學(xué)成分不均勻性；組織結(jié)構(gòu)的不均勻性；物理狀態(tài)

11、的不均勻性；金屬表面膜的不完整性；9、簡(jiǎn)述殘余應(yīng)力的產(chǎn)生途徑。熱處理殘余應(yīng)力；表面化學(xué)熱處理引起的殘余應(yīng)力；焊接殘余應(yīng)力；鑄造殘余應(yīng)力；涂鍍層引起的殘余應(yīng)力；切削加工殘余應(yīng)力10、簡(jiǎn)述痕跡分析的程序。發(fā)現(xiàn)和顯現(xiàn)痕跡；提取、固定、顯現(xiàn)、清洗、記錄和保存痕跡；鑒定痕跡；模擬再現(xiàn)痕跡；綜合分析11、簡(jiǎn)述斷口分析有哪些依據(jù)。斷口的顏色及光澤；斷口上的花紋；斷口上的粗糙度；斷口與最大正應(yīng)力的交角；斷口上的冶金缺陷12、簡(jiǎn)述構(gòu)件發(fā)生彈性變形和塑性變形的區(qū)別。彈性變形的特點(diǎn)：可逆性、單值性、變形量很??；塑性變形的特點(diǎn)：不可逆性、變形量不恒定、慢速變形、伴隨材料性能的變化13、某管道公司在安裝一長(zhǎng)輸管線的法蘭時(shí)，法蘭開(kāi)裂，裂紋長(zhǎng)約三分之二周長(zhǎng)，距環(huán)焊縫有一定距離。該法蘭材質(zhì)為 16Mn，宏觀斷口分析發(fā)現(xiàn)斷口表面呈現(xiàn)閃閃發(fā)光的小刻面，沒(méi)有明顯的塑性變形現(xiàn)象。請(qǐng)根據(jù)失效分析程序制定一失效分析方案，如何才能確定該法蘭斷裂原因。根據(jù)宏觀斷口分析發(fā)現(xiàn)斷口表面呈現(xiàn)閃閃發(fā)光的小刻面， 沒(méi)有明顯的塑性變形現(xiàn)象可以初步判斷法蘭為脆性斷裂。具體分析步