機(jī)電設(shè)備故障與零部件失效機(jī)理

機(jī)電設(shè)備故障與零部件失效機(jī)理第一頁，共128頁。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)不起來，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，汽車剎車失靈等等現(xiàn)象都是機(jī)械故障的表現(xiàn)形式。故障研究的目的是要查明故障模式,追尋故障機(jī)理,探求減少故障的方法,提高機(jī)電設(shè)備的可靠程度和有效利用率故障定義:設(shè)備(系統(tǒng))或零部件喪失了規(guī)定工能的狀態(tài)。故障含兩層含義:一是機(jī)械系統(tǒng)偏離正常功能;二是其功能失效。第二頁，共128頁。1、零件（構(gòu)件）的功能（1）在一定的壓力、溫度、介質(zhì)下，保持規(guī)定的形狀和尺寸；（2）實(shí)現(xiàn)規(guī)定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；（3）傳遞力和能。2、失效的定義和形式定義:零件失去設(shè)計(jì)所要求的效能（功能）稱為失效。常見的失效形式：磨損、腐蝕、過量變形、斷裂第三頁，共128頁。對(duì)故障進(jìn)行研究時(shí)，要注意一下幾個(gè)問題：故障狀況隨規(guī)定對(duì)象的變化而不同。故障狀況是針對(duì)規(guī)定功能而言的。故障狀況應(yīng)達(dá)到一定的程度。第四頁，共128頁。機(jī)械故障可以從不同角度來進(jìn)行分類，不同的分類方法反映了機(jī)械故障的不同側(cè)面，對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行分類的目的是為了更好地針對(duì)不同的故障形式采取相應(yīng)的對(duì)策，以下是各種故障分類方法。第五頁，共128頁。故障分類1.按故障性質(zhì)分間歇性故障：設(shè)備只是在短期內(nèi)喪失某些功能,在對(duì)設(shè)備稍加修理調(diào)試或在外部干擾消失后,功能即可恢復(fù)。多半由機(jī)電設(shè)備外部原因如工人誤操作、氣候變化、環(huán)境設(shè)施不良等因素引起。永久性故障：此類故障必須經(jīng)人工修理才能恢復(fù)功能。該故障一般是因?yàn)槟承┝悴考p壞引起的。第六頁，共128頁。故障分類2.按故障程度分局部性故障：設(shè)備只是某一部功能喪失,不影響設(shè)備其它功能的實(shí)現(xiàn)(如冷卻電機(jī))整體性故障：雖然設(shè)備只是某一部功能喪失,但卻使設(shè)備整體功能不能實(shí)現(xiàn)(如主電動(dòng)機(jī)故障)第七頁，共128頁。故障分類3.按故障形成速度分突發(fā)性故障：故障發(fā)生具有偶然性和突發(fā)性,一般與設(shè)備使用時(shí)間無關(guān),故障發(fā)生前無明顯征兆,通過早期試驗(yàn)或測(cè)試很難預(yù)測(cè),一般是由工藝系統(tǒng)本身不利因素與偶然的外界影響因素共同作用的結(jié)果緩變性故障：故障發(fā)展緩慢,一般在設(shè)備有效壽命的后期出現(xiàn),其發(fā)生概率與使用時(shí)間有關(guān),能夠通過早期試驗(yàn)或測(cè)試進(jìn)行預(yù)測(cè),通常是因零部件的腐蝕磨損疲勞以及老化等發(fā)展形成的第八頁，共128頁。故障分類4.按故障形成原因分操作或管理失誤形成的故障：設(shè)備未按原設(shè)計(jì)規(guī)定的條件使用,形成設(shè)備錯(cuò)用、精機(jī)粗用設(shè)備內(nèi)在原因形成的故障：一般是設(shè)備由于設(shè)計(jì)、制造遺留下的缺陷(如加工殘余應(yīng)力、局部薄弱環(huán)節(jié)等)或材料內(nèi)部潛在的缺陷造成的.該故障無法預(yù)測(cè),是突發(fā)性故障的重要原因自然故障：設(shè)備在有效期內(nèi),因受到外部或內(nèi)部多種自然因素影響而引起的故障,如正常情況下零部件的磨損、斷裂、腐蝕、變形、蠕變以及老化等第九頁，共128頁。故障分類5.按故障造成的后果分致命故障：危及或?qū)е聜觥⒁鹪O(shè)備報(bào)廢或造成重大經(jīng)濟(jì)損失的故障。如機(jī)架或機(jī)體斷裂、車輪脫落、發(fā)動(dòng)機(jī)總成報(bào)廢等嚴(yán)重故障：是指嚴(yán)重影響設(shè)備正常使用,在短期內(nèi)無法排除的故障。如發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦、曲軸斷裂、箱體開裂、齒輪損壞等一般故障：指影響設(shè)備正常使用,但在短期內(nèi)能排除的故障。如V型帶斷裂、操縱手輪手柄損壞、電器開關(guān)損壞、輕微滲漏和一般緊固件松動(dòng)等第十頁，共128頁。故障分類6.按故障表現(xiàn)形式分功能故障和潛在故障7.按故障形成的時(shí)間分

早期故障和隨時(shí)間變化的故障及隨機(jī)故障8.按故障程度和形成快慢分

破壞性故障和漸衰失效性故障第十一頁，共128頁。設(shè)備的任何部分都將在足夠長的使用周期后產(chǎn)生失效。最可靠的產(chǎn)品最終也要發(fā)生故障。故障的發(fā)生受其內(nèi)部隱蔽的規(guī)律所支配，研究和利用故障規(guī)律，便可設(shè)法從根本上預(yù)防故障。工作應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力、人為因素、時(shí)間等都是設(shè)備產(chǎn)生故障的外因。第十二頁，共128頁?？煽啃詸C(jī)電設(shè)備的可靠性是指機(jī)電設(shè)備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，無故障地完成其規(guī)定功能的能力。

規(guī)定時(shí)間：產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到的工作期限。用時(shí)間或相當(dāng)于時(shí)間的指標(biāo)來表示，如運(yùn)轉(zhuǎn)的次數(shù)、行駛里程等?？煽啃缘臄?shù)量指標(biāo)。

設(shè)備的技術(shù)狀況總是隨著時(shí)間的延長而逐漸惡化的因而設(shè)備的使用壽命總是有限的。由此可知，設(shè)備發(fā)生故障的可能性總是隨著時(shí)間的延長而增大的，因而它可以看作是時(shí)間的函數(shù)。但同時(shí)設(shè)備故障的發(fā)生具有隨機(jī)性，即無論哪一種故障、人們都難以預(yù)料它的確切發(fā)生時(shí)間。故設(shè)備發(fā)生故障的情況都只能用概率來表示，稱為故障概率。第十三頁，共128頁。1.可靠度（無故障概率）

機(jī)電設(shè)備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，無故障地完成其規(guī)定功能的概率。用R(t)表示。2.故障概率

機(jī)電設(shè)備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，發(fā)生故障的概率。用F(t)表示。圖1-1可靠度曲線

圖1-2故障概率曲線第十四頁，共128頁。1.可靠度（無故障概率）機(jī)電設(shè)備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，無故障地完成其規(guī)定功能的概率。用R(t)表示。

圖1-1為可靠度曲線。由圖可見，產(chǎn)品的可靠度

R(t)是時(shí)間t的函數(shù)，隨著時(shí)間的增長，產(chǎn)品的可靠度會(huì)越來越低，它是一個(gè)介于1與0之間的數(shù)，即0≤R(t)≤1。圖1-1可靠度曲線

11第十五頁，共128頁。2.故障概率機(jī)電設(shè)備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，發(fā)生故障的概率。用F(t)表示。

圖1-2為故障概率曲線。由圖可見，產(chǎn)品的故障概率F(t)也是時(shí)間t的函數(shù),隨著時(shí)間的推移,產(chǎn)品的故障概率會(huì)越來越大,它是一個(gè)介于0與1之間的數(shù),即0≤F(t)≤1。圖1-2故障概率曲線

11第十六頁，共128頁。無故障概率與故障概率關(guān)系兩者是對(duì)立事件故障概率與無故障概率構(gòu)成了一個(gè)完整的事件組，即第十七頁，共128頁。

從概率的概念出發(fā)，由概率理論可知，故障概率的分布是其密度函數(shù)f(t)積累函數(shù)，即故障發(fā)生的時(shí)間比率，或單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障的概率。它是單調(diào)增函數(shù)。故障概率可用公式表示：

式中F(t)-----故障概率

f(t)-----故障概率分布密度函數(shù)

t-----時(shí)間

當(dāng)t=∞時(shí)，即故障概率又叫累計(jì)故障概率；其密度函數(shù)f(t)又叫單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。有：第十八頁，共128頁。圖1-3故障概率密度函數(shù)f(t)t第十九頁，共128頁。3.故障率故障率是指在每一個(gè)時(shí)間增量里產(chǎn)生故障的次數(shù)或在時(shí)間t之前尚未發(fā)生故障，而在隨后的dt時(shí)間之內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率，用λ(t)來表示，其數(shù)學(xué)關(guān)系式為：

該式說明故障率為某一瞬時(shí)可能發(fā)生的故障，相對(duì)于該瞬時(shí)無故障概率之比。第二十頁，共128頁。故障率瞬時(shí)故障率——產(chǎn)品在某一瞬時(shí)t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率平均故障率——產(chǎn)品在某一段時(shí)間內(nèi)單位時(shí)間發(fā)生故障的概率平均故障間隔時(shí)間（MTBF）——可修復(fù)設(shè)備在相鄰兩次故障間隔內(nèi)正常工作的平均時(shí)間。第二十一頁，共128頁。一些產(chǎn)品的MTBF：電腦產(chǎn)品規(guī)范4000h，大屏幕投影30000h，硬盤30000-40000h，磁盤陣列不低于50000h，方正筆記本電腦70000h，長城電源120000h。第二十二頁，共128頁。例：

設(shè)有一電子產(chǎn)品工作1000小時(shí)，共發(fā)生故障5次，求該產(chǎn)品MTBF。參考答案：MTBF=200h其故障率為λ(t)=5/(1×1000)=0.005/h

MTBF=1/λ(t)第二十三頁，共128頁?！衾耗钞a(chǎn)品MTBF=16萬h≈18年λ=1/MTBF=1/18=5.5%即：某產(chǎn)品1年內(nèi)平均1000太設(shè)備有55臺(tái)會(huì)出故障。第二十四頁，共128頁。例：

設(shè)t=0時(shí)，投入工作1000只燈泡，當(dāng)t=365天時(shí)，發(fā)現(xiàn)有30只燈泡壞了。求：故障概率、無故障概率、瞬時(shí)故障率、平均故障率（天）、MTBF。F(t)=30/1000=0.03R(t)=1-F(t)=0.97=30/(970×365)=0.847×10-4/天

=30/{[(1000+970)/2]×365}=0.834×10-4/天MTBF=1/λ(t)=11806天≈32年第二十五頁，共128頁。大多數(shù)故障出現(xiàn)的時(shí)間和頻率與機(jī)電設(shè)備的使用時(shí)間有密切聯(lián)系。通過工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)電設(shè)備的故障率變化可分為以下三種類型：1）早期故障期2）隨機(jī)故障期3）損耗故障期

第二十六頁，共128頁。特點(diǎn)：故障率較高，但故障隨設(shè)備工作時(shí)間的增加而迅速下降。早期故障一般是由于設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)或裝配中存在缺陷而導(dǎo)致的。設(shè)備進(jìn)行大修或改造后，早期故障會(huì)再次出現(xiàn)。通過運(yùn)轉(zhuǎn)磨合、檢查、排除故障等手段可使其缺陷逐步消除，運(yùn)轉(zhuǎn)趨于正常，從而實(shí)現(xiàn)逐漸減少這類故障的目的。早期故障期故障率曲線Otλ第二十七頁，共128頁。Oλt隨機(jī)故障期故障率曲線特點(diǎn)：故障率低而且穩(wěn)定，近似為常數(shù)。隨即故障是由于偶然因素引起的，它不可預(yù)測(cè)，也不能通過延長磨合期來消除。設(shè)計(jì)上的缺陷、零部件缺陷、維護(hù)不良以及操作不當(dāng)都會(huì)造成隨機(jī)故障。第二十八頁，共128頁。Otλ耗損故障期故障率曲線特點(diǎn)：故障率隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加而增高。損耗故障是由于設(shè)備零部件的磨耗、疲勞、老化、腐蝕等造成的。這類故障時(shí)設(shè)備接近大修期或壽命末期的征兆。第二十九頁，共128頁。1、上述故障率曲線稱為“浴盆曲線”。2、從不同故障出現(xiàn)的時(shí)機(jī)來看，機(jī)械設(shè)備在開始使用階段具有較高的故障率，而且此故障障率是漸減性；機(jī)械設(shè)備到了有效壽命的后期，其故障率便不斷增大，是漸增性；而在其他使用期內(nèi)，故障為恒定性，而且其值甚小。3、對(duì)應(yīng)各不同故障率曲線的時(shí)間范圍分別稱為早期故障期、隨機(jī)故障期和耗損故障期。4、然而，從機(jī)械設(shè)備使用者的角度出發(fā)，對(duì)于曲線所表示的早期故障，由于機(jī)械設(shè)備在出廠前和安裝的過程中經(jīng)過充分調(diào)試，可以認(rèn)為基本得到消除，因而可發(fā)不必考慮。5、隨機(jī)故障通常容易排除，且一般不決定機(jī)械設(shè)備的壽命。惟有耗損故障才是影響機(jī)械設(shè)備有效壽命的決定因素。Oλ(t)t有效壽命早期故障期隨機(jī)故障期耗損故障期第三十頁，共128頁。所謂磨損是指機(jī)械在工作過程中，互相接觸做相互運(yùn)動(dòng)的對(duì)偶表面，在摩擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化的現(xiàn)象。

相接觸的物體相互移動(dòng)發(fā)生阻力的現(xiàn)象稱為摩擦。摩擦是不可避免的自然現(xiàn)象；磨損是摩擦得必然結(jié)果，兩者均發(fā)生在材料表面。摩擦與磨損相伴產(chǎn)生，造成機(jī)械零件的失效。一般機(jī)械設(shè)備中約有80%的零件因磨損而報(bào)廢失效。據(jù)估計(jì)，世界上的能源消耗約有30～50%是由于摩擦和磨損造成。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

第三十一頁，共128頁。32第三十二頁，共128頁。33第三十三頁，共128頁。34第三十四頁，共128頁。35第三十五頁，共128頁。36第三十六頁，共128頁。37第三十七頁，共128頁。38第三十八頁，共128頁。39第三十九頁，共128頁。40第四十頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

一、零件磨損的一般規(guī)律

◆磨合階段

◆穩(wěn)定磨損階段◆急劇磨損階段第四十一頁，共128頁。42磨損特性曲線第四十二頁，共128頁。

新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度，實(shí)際接觸面積小。開始磨合時(shí)，在一定載荷作用下，表面逐漸磨平，磨損速度較大，如圖中的OA線段。隨著磨合的進(jìn)行，實(shí)際接觸面積逐漸增大，磨損速度減緩。在機(jī)械設(shè)備正式投入運(yùn)行前，認(rèn)真進(jìn)行磨合是十分重要的。2023/4/2443第四十三頁，共128頁。經(jīng)過磨合階段，摩擦副表面發(fā)生加工硬化，微觀幾何形狀改變，建立了彈性接觸條件。這一階段磨損趨于穩(wěn)定、緩慢，AB線段的斜率就是磨損速度；B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)時(shí)間就是零件的耐磨壽命。

2023/4/2444第四十四頁，共128頁。階段經(jīng)過B點(diǎn)以后，由于摩擦條件發(fā)生較大的變化，如溫度快速升高、金屬組織發(fā)生變化、沖擊增大、磨損速度急劇增加、機(jī)械效率下降、精度降低等，從而導(dǎo)致零件失效，機(jī)械設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2023/4/2445第四十五頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

二、磨損的類型

◆磨料（粒）磨損

◆疲勞磨損

◆粘著磨損

◆腐蝕磨損

◆微動(dòng)磨損（一）磨料磨損

磨料磨損也稱為磨粒磨損，它是當(dāng)摩擦副的接觸表面之間存在著硬質(zhì)顆粒，或者當(dāng)摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多時(shí)，所產(chǎn)生的一種類似金屬切削過程的磨損。它是機(jī)械磨損的一種，特征是在接觸面上有明顯的切削痕跡。在各類磨損中，磨料磨損約占50％．是十分常見且危害性最嚴(yán)重的一種磨損，其磨損速率和磨損強(qiáng)度都很大，致使機(jī)械設(shè)備的使用壽命大大降低，能源和材料大量消耗。

第四十六頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

第四十七頁，共128頁。垂直分力塑性材料:表面產(chǎn)生密集的壓痕,最終疲勞破壞脆性材料:表面不變形,產(chǎn)生脆性破壞水平分力塑性材料:以耕犁為主,表面被切下一條切屑,犁溝兩側(cè)材料隆起脆性材料:以微切削為主,表面被切下許多切屑產(chǎn)生脆性破壞1、機(jī)理：磨料磨損的過程實(shí)質(zhì)上是零件表面在磨粒作用下發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入(切削)與斷裂的過程。磨粒對(duì)零件表面的作用力分為垂直于表面與平行于表面的兩個(gè)分力。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

第四十八頁，共128頁。第四十九頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

2、影響的主要因素◆摩擦副材料：金屬材料硬度越高，耐磨性越好第五十頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

2、影響的主要因素◆磨料：粒度、幾何尺寸、硬度臨界尺寸（60-100μm）◆壓力：磨損速率與壓力成正比第五十一頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（二）疲勞磨損疲勞磨損是指摩擦副材料表面上局部區(qū)域在循環(huán)接觸應(yīng)力作用下，產(chǎn)生疲勞裂紋，分離出微片或顆粒的一種磨損形式。根據(jù)摩擦副間的接觸和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式可分：◆滾動(dòng)接觸疲勞磨損◆滑動(dòng)接觸疲勞磨損第五十二頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（二）疲勞磨損

1、機(jī)理：(1)滾動(dòng)接觸疲勞磨損滾動(dòng)接觸過程中，材料表層受到周期性載荷作用，引起塑性變形，表面硬化，最后在表面出現(xiàn)初始裂紋，并沿與滾動(dòng)方向呈45°方向由表向里擴(kuò)展。（2）滾滑接觸疲勞磨損兩滾動(dòng)接觸物體在亞表層處切應(yīng)力最大，該處塑性變形最劇烈，在周期性載荷作用下的反復(fù)變形使材料局部弱化，并在該處首先出現(xiàn)裂紋，在滑動(dòng)摩擦力引起的切應(yīng)力和法向載荷引起的切應(yīng)力疊加作用下，使最大切應(yīng)力從亞表層處向表面移動(dòng)。(3)滑動(dòng)接觸疲勞磨損任何固體摩擦表面都存在宏觀或微觀不平性，因而產(chǎn)生表面接觸不連續(xù)性。在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，法相載荷不斷產(chǎn)生壓入或壓平。反復(fù)作用下，形成微粒脫落。第五十三頁，共128頁。第五十四頁，共128頁。2.影響接觸疲勞磨損的主要因素：（1）材質(zhì)（2）接觸表面質(zhì)量適當(dāng)降低表面粗糙度可有效提高抗疲勞磨損能力表面殘余內(nèi)應(yīng)力——表層在一定深度范圍內(nèi)存在有殘余應(yīng)力，不僅可提高彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞抗力，還能提高接觸疲勞抗力，減小疲勞磨損。（過大殘余應(yīng)力反而有害）（3）其他因素配合間隙、潤滑油粘度、潤滑油中的化學(xué)添加劑等鋼內(nèi)含有雜質(zhì)——應(yīng)力集中——裂紋——降低接觸疲勞壽命材料組織狀態(tài)：晶粒細(xì)小、均勻，碳化物成球狀且均勻分布硬度在一定范圍內(nèi)增加，其接觸疲勞抗力將隨之增大第五十五頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（三）粘著磨損

當(dāng)摩擦副表面在互相接觸的各點(diǎn)處發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)使一個(gè)表面的材料遷移到另一個(gè)表面上所引起的磨損，稱之為粘著磨損。第五十六頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（三）粘著磨損

1、機(jī)理：是在外力作用下，摩擦接觸的表面間材料原子鍵的形成（顯微熔接）和分離過程，外力作用下材料原子間的相互作用是主要的。

由于摩擦副之間的真正的接觸只發(fā)生在微凸體的微觀接觸面上，所有微觀接觸面的總和構(gòu)成的真實(shí)接觸面積只是名義接觸面積的一個(gè)很小部分，因此在真實(shí)接觸面積內(nèi)具有很大接觸應(yīng)力。這些應(yīng)力由于切向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)還會(huì)強(qiáng)化，以致受到負(fù)荷作用的微凸體發(fā)生彈性或塑性變形。這樣，若表面上的吸附層和反應(yīng)層遭到破壞，使暴露在表面的原子鍵聯(lián)結(jié)（強(qiáng)短程表面力的作用）得到加強(qiáng)。當(dāng)摩擦副發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種原子鍵又被撕開，為此所需要的力及能量是粘著摩擦的起因。磨損的產(chǎn)生則是由于原子鍵聯(lián)結(jié)并不一定都在原始微觀接觸處斷開，而有可能在摩擦副中較弱方的表面層附近斷開，結(jié)果使材料從摩擦副一方到另一方的轉(zhuǎn)移，經(jīng)常形成松脫的磨屑。

粘著磨損使摩擦副表面的幾何形狀發(fā)生變化，從光學(xué)顯微鏡下可以看到表面擦傷、劃傷、材料轉(zhuǎn)移、咬死焊點(diǎn)和疲勞點(diǎn)蝕等磨損形態(tài)。第五十七頁，共128頁。第五十八頁，共128頁。第五十九頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（三）粘著磨損

2、影響的主要因素：

◆摩擦副表面材料成分與組織：互溶性

◆摩擦副表面狀態(tài)：吸附膜第六十頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（四）微動(dòng)磨損兩個(gè)接觸表面由于受相對(duì)低振幅振蕩運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損叫做微動(dòng)磨損。它產(chǎn)生于名義上相對(duì)靜止的接合零件上，因而往往易被忽視。微動(dòng)磨損的最大特點(diǎn)是在外界變動(dòng)載荷作用下，產(chǎn)生振幅很小(一般為2~20μm)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此發(fā)生摩擦磨損。例如在鍵連接處、軸與孔的過盈配合處、螺栓連接處、鉚釘連接處等結(jié)合面上產(chǎn)生的磨損。微動(dòng)磨損使配合精度下降，使配合部件緊度下降甚至松動(dòng)，連接件松動(dòng)乃至分離，嚴(yán)重者引起事故。此外，也易引起疲勞裂紋的萌生，從而急劇降低零件的疲勞強(qiáng)度。第六十一頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

1、機(jī)理：在相互壓緊的金屬表面間由于小振幅振動(dòng)而產(chǎn)生的一種復(fù)合型式的磨損。摩擦表面間的法向壓力使表面上的微凸體粘著。粘合點(diǎn)被小振幅振動(dòng)剪斷成為磨屑，磨屑接著被氧化。被氧化的磨屑在磨損過程中起著磨粒的作用，使摩擦表面形成麻點(diǎn)或蟲紋形傷疤。這些麻點(diǎn)或傷疤是應(yīng)力集中的根源，因而也是零件受動(dòng)載失效的根源。根據(jù)被氧化磨屑的顏色，往往可以斷定是否發(fā)生微動(dòng)磨損。如被氧化的鐵屑呈紅色，被氧化的鋁屑呈黑色，則振動(dòng)時(shí)就會(huì)引起磨損。有氧化腐蝕現(xiàn)象的微動(dòng)磨損也稱微動(dòng)磨蝕。在交變應(yīng)力下的微動(dòng)磨損稱為微動(dòng)疲勞磨損。在有振動(dòng)的機(jī)械中，螺紋聯(lián)接、花鍵聯(lián)接和過盈配合聯(lián)接等都容易發(fā)生微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損的特點(diǎn)是：在一定范圍內(nèi)磨損率隨載荷增加而增加，超過某極大值后又逐漸下降；溫度升高則磨損加速；抗粘著磨損好的材料抗微動(dòng)磨損也好；零件金屬氧化物的硬度與金屬硬度之比較大時(shí)，容易剝落成為磨粒，增加磨損；若氧化物能牢固地粘附在金屬表面，則可減輕磨損；一般濕度增大則磨損下降。在界面間加入非腐蝕性潤滑劑或?qū)︿撨M(jìn)行表面處理，可減小微動(dòng)磨損。螺紋聯(lián)接加裝聚四氟乙烯墊圈也可減小微動(dòng)磨損。第六十二頁，共128頁。第六十三頁，共128頁。

2、影響的主要因素：

◆載荷

◆材質(zhì)性能第六十四頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（五）腐蝕磨損在摩擦過程中，金屬同時(shí)與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，使腐蝕和磨損共同作用而導(dǎo)致零件表面物質(zhì)的損失，這種現(xiàn)象稱為腐蝕磨損。它是在腐蝕現(xiàn)象與機(jī)械磨損、粘著磨損、磨料磨損等相結(jié)合時(shí)才能形成的一種機(jī)械化學(xué)磨損。第六十五頁，共128頁。第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

（五）腐蝕磨損

1、機(jī)理：

腐蝕磨損可分為氧化磨損和腐蝕介質(zhì)磨損。

◆氧化磨損：除金、鉑等少數(shù)金屬外，大多數(shù)金屬表面都有一層極薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨損速度，則在摩擦過程中極易被磨掉，然后又產(chǎn)生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧化膜不斷產(chǎn)生和磨掉的過程中，零件表面產(chǎn)生物質(zhì)損失，此即為氧化磨損，但氧化磨損速度一般較小。

◆腐蝕介質(zhì)磨損：當(dāng)周圍介質(zhì)中存在著腐蝕物質(zhì)時(shí)，例如潤滑油中的酸度過高等，零件的腐蝕速度就會(huì)很快。和氧化磨損一樣，腐蝕產(chǎn)物在零件表面生成，又在磨損表面磨去，如此反復(fù)交替進(jìn)行而帶來比氧化磨損高得多的物質(zhì)損失，由此稱為腐蝕介質(zhì)磨損這種化學(xué)機(jī)械的復(fù)合形式的磨損過程，對(duì)一般耐磨材料同樣有著很大破壞作用。第六十六頁，共128頁。

2、影響氧化磨損的主要因素：氧化膜生長的速度與厚度金屬表面在摩擦過程中，表面形成氧化物的速度要比非摩擦?xí)r快的多。在常溫下，金屬表面形成的氧化膜厚度非常小。硬度氧化膜硬度越高，載荷作用下變形越小，膜不易破碎，耐磨性好。但大多數(shù)比原金屬硬而脆。（有防止金屬間粘著作用）氧化膜的性質(zhì)氧化膜緊密、完整無孔，與金屬表面結(jié)合的牢固，有利于防止氧化。第六十七頁，共128頁。3、腐蝕介質(zhì)來源常有以下方面：2）摩擦金屬表面受到工作過程中產(chǎn)生的腐蝕性介質(zhì)作用。（排放的廢氣）3）工作介質(zhì)中的添加劑。（極壓齒輪油中由于有極壓添加劑）1）工作介質(zhì)。（水泵中的水）4）潤滑油在工作中因氧化而形成有機(jī)酸。第六十八頁，共128頁。鋼鐵生銹第六十九頁，共128頁。第七十頁，共128頁。銅器生銹銅器表面生成銅綠第七十一頁，共128頁。

金屬跟周圍接觸到的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。本質(zhì)：金屬失去電子被氧化種類：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕第三節(jié)金屬零件的腐蝕

金屬陽離子失e-氧化反應(yīng)金屬原子M–ne-

→Mn+第七十二頁，共128頁。一、金屬零件的化學(xué)腐蝕

金屬化學(xué)腐蝕是由單純化學(xué)作用引起的腐蝕。當(dāng)金屬零件表面材料與周圍的干燥氣體（如O2、Cl2、SO2）或非電解質(zhì)液體中的有害成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，金屬表面形成腐蝕層，在腐蝕層不斷脫落又不斷生成的過程中，零件便被腐蝕。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第七十三頁，共128頁。金屬的化學(xué)腐蝕受哪些因素的影響？燃?xì)鉅t的中心部位最容易生銹罐頭放在南極已差不多90年了，卻很少生銹——溫度第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第七十四頁，共128頁。做飯用的鐵鍋日久天長越用越薄,

你知道為什么嗎？第七十五頁，共128頁。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

◆氧化損耗（普遍）：Fe2O3（紅褐色、紅棕色）

Fe3O4（黑色）

◆特殊條件下（不普遍）：Cl2+Fe→FeCl2

◆防止化學(xué)腐蝕的方法

1.鈍化例如：用鋁罐運(yùn)輸冷濃硝酸

2.電鍍例如：鍍鋅

3.刷隔離層例如：鋼鐵上刷油漆第七十六頁，共128頁。二、金屬零件的電化學(xué)腐蝕

不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。（與化學(xué)腐蝕不同之處在于腐蝕過程中有電流產(chǎn)生）電化學(xué)腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第七十七頁，共128頁。H2O+CO2H2CO3H++HCO3－在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面吸附了一層薄薄的水膜，水膜又溶解來自大氣中的CO2、SO2、H2S，使水膜中含有一定量的H+。（1）析氫腐蝕第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第七十八頁，共128頁。電解質(zhì)溶液與鐵和鐵中少量的碳構(gòu)成了原電池鐵是負(fù)極，碳是正極，在正極，H+得到電子負(fù)極Fe-2e-Fe2+正極2H++2e-H2條件：酸性環(huán)境腐蝕過程中不斷有氫氣放出。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第七十九頁，共128頁。(2)吸氧腐蝕水膜的酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧氣。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第八十頁，共128頁。Fe2++2OH–=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3條件：中性或酸性極弱環(huán)境

負(fù)極：

2Fe-4e-

=2Fe2+

正極：2H2O+O2+4e-=4OH–鐵銹：Fe2O3·nH2O2Fe(OH)3=

Fe2O3+3H2OFe2O3·nH2O總反應(yīng):第三節(jié)金屬零件的腐蝕

第八十一頁，共128頁。析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）析氫腐蝕吸氧腐蝕(更普遍)條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或中性電極反應(yīng)負(fù)極正極2H++2e-=H2↑Fe-2e-=Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-吸氧腐蝕比析氫腐蝕更為普遍第八十二頁，共128頁。課堂練習(xí)1、如圖,水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：（1）若液面上升，則溶液呈性，發(fā)生腐蝕,電極反應(yīng)式為：負(fù)極：,正極：若液面下降，則溶液呈性，發(fā)生腐蝕，電極反應(yīng)式為：負(fù)極：正極：。（2）中性或弱酸吸氧Fe–2e-＝Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸性析氫Fe–2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑第八十三頁，共128頁?；瘜W(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較化學(xué)腐蝕電化腐蝕條件金屬跟氧化劑直接接觸不純金屬跟電解質(zhì)溶液接觸（發(fā)生原電池反應(yīng)）現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化實(shí)例金屬與氧氣、氯氣等物質(zhì)直接反應(yīng)鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍注意的是：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕都是金屬原子失去電子變成陽離子的過程。第八十四頁，共128頁。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

二、金屬零件的電化學(xué)腐蝕常見的電化學(xué)腐蝕形式有：

1、均勻腐蝕：金屬零件表面出現(xiàn)均勻的腐蝕組織?？稍谝后w、大氣或土壤中產(chǎn)生?！舫Ｒ姙榇髿飧g

◆大氣中的腐蝕性氣體：SO2、CO2、H2S、NO2、Cl2

2、小孔腐蝕（點(diǎn)蝕）：金屬零件大部分表面不出現(xiàn)腐蝕，但在局部出現(xiàn)腐蝕小孔并向深處發(fā)展。◆最危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)之一第八十五頁，共128頁。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

二、金屬零件的電化學(xué)腐蝕

3、縫隙腐蝕：金屬零件縫隙處的局部。例如金屬管道的法蘭端面、金屬鉚接件鉚合處等。4、腐蝕疲勞：承受交變應(yīng)力的金屬機(jī)件在腐蝕環(huán)境下疲勞乃至斷裂破壞的現(xiàn)象。

5、其它腐蝕：晶間腐蝕、接觸腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂第八十六頁，共128頁?！舴乐闺娀瘜W(xué)腐蝕的措施思路一：直接隔離即可選用適當(dāng)?shù)牟牧鲜菇饘倥c空氣或其他腐蝕性試劑隔離開，以阻止金屬的腐蝕。（１）給金屬穿上“保護(hù)膜”如：①噴涂漆；②涂油脂；③表面鈍化；④電鍍(在鋼鐵表面形成鉻等耐腐蝕性較強(qiáng)的金屬鍍層)等。第八十七頁，共128頁。思路二：改變本質(zhì)（合金）即改變金屬的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，使其具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能。

（２）加入其他金屬改變其組成在鋼鐵中加入一定比例的鉻和鎳（如14%～18%Cr，7%～9%Ni），改變鋼鐵內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)，可極大程度地提高鋼鐵抗腐蝕性能，這就是常見的“不銹鋼”(合金)?！舴乐闺娀瘜W(xué)腐蝕的措施第八十八頁，共128頁。思路三：因勢(shì)利導(dǎo)

電化學(xué)腐蝕還是用電化學(xué)方法來解決，不回避金屬與氧化劑的直接接觸，采用還原性更強(qiáng)的物質(zhì)或其他替代方式來滿足氧化劑對(duì)電子的需求，從而保護(hù)主體金屬構(gòu)件免受腐蝕。

（３）電化學(xué)防護(hù)法◆防止電化學(xué)腐蝕的措施第八十九頁，共128頁。電化學(xué)防護(hù)法⑴犧牲陽極的陰極保護(hù)法（原電池）

⑵外加電流的陰極保護(hù)法（電解池）

◆防止電化學(xué)腐蝕的措施第九十頁，共128頁。形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。1>犧牲陽極的陰極保護(hù)法原理：犧牲陽極的陰極保護(hù)法示意圖在船身上裝鋅塊以保護(hù)船體◆防止電化學(xué)腐蝕的措施第九十一頁，共128頁。2>外加電流的陰極保護(hù)法原理：輔助陽極（不溶性）外加電流的陰極保護(hù)法示意圖

將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。第九十二頁，共128頁?！舴乐闺娀瘜W(xué)腐蝕的措施思路四：介質(zhì)處理除去介質(zhì)中促進(jìn)腐蝕的有害成分。例如：鍋爐給水的除氧處理；調(diào)節(jié)介質(zhì)的PH值和改變介質(zhì)的濕度；在介質(zhì)中添加阻止和減緩腐蝕的物質(zhì)，例如常在柴油機(jī)冷卻水中添加鉻酸鹽、亞硝酸鹽等無機(jī)緩蝕劑，使在零件金屬表面上形成鈍化膜，抑制陽極腐蝕。此外，還可在冷卻水中添加乳化防銹油。第九十三頁，共128頁?？舅{(lán)涂機(jī)油烤漆涂凡士林鍍鋅鍍鉻[交流研討]自行車的金屬部件采都用了哪些防護(hù)措施?第九十四頁，共128頁。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

三、氣蝕（穴蝕）

◆是水力機(jī)械或機(jī)件與液體相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)在機(jī)件表面上產(chǎn)生的一種破壞。是一種局部腐蝕，特征是金屬表面上聚集著小孔群，呈蜂窩狀或呈分散狀的孔穴?？籽ū砻媲鍧崯o腐蝕產(chǎn)物附著，孔穴直徑一般在1mm以上。例如，柴油機(jī)氣缸套外表面上穴蝕小孔直徑為l～5mm，最大可達(dá)3Omm，孔深可達(dá)2～3mm，嚴(yán)重時(shí)穿透缸壁。

◆機(jī)理：機(jī)件發(fā)生穴蝕的先決條件是機(jī)件浸于液體中，并與液體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或機(jī)件在液體中受到某種能量的傳遞作用，形成液體中的局部瞬時(shí)高壓或瞬時(shí)高真空。在瞬時(shí)高真空區(qū)，液體汽化形成氣泡，或溶于水中的空氣以空泡形式從液體中分離出來；在另一瞬間形成高壓時(shí)，空泡、氣泡被壓縮，泡內(nèi)氣體迅速液化而使氣泡潰滅，這時(shí)周圍液體急速?zèng)_向潰滅處，產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊波作用在金屬表面。頻繁地沖擊，使機(jī)件表面金屬逐漸剝落。與此同時(shí)，金屬表面還產(chǎn)生微觀電化學(xué)腐蝕，兩種腐蝕交替進(jìn)行共同作用致使機(jī)件穴蝕破壞。第九十五頁，共128頁。第三節(jié)金屬零件的腐蝕

三、氣蝕（穴蝕）

◆氣蝕是一種比較復(fù)雜的破壞現(xiàn)象，不但有機(jī)械作用，還有化學(xué)、電化學(xué)作用，液體中含有雜質(zhì)或磨粒時(shí)會(huì)加劇。常發(fā)生在柴油機(jī)氣缸套、軸瓦、噴油泵注塞、螺旋槳漿葉、離心泵葉輪和水泵液壓泵等處。

◆減輕氣蝕的主要措施

①

減少與液體接觸表面的振動(dòng)②選用耐氣蝕材料③

零件表面涂防氣蝕材料④改進(jìn)結(jié)構(gòu)，減小表面粗糙度⑤水中添加乳化油第九十六頁，共128頁。第四節(jié)機(jī)械零件的變形

根據(jù)外力去除后變形能否恢復(fù)，機(jī)械零件或構(gòu)件的變形可分為彈性變形和塑性變形兩大類。

機(jī)械零件或構(gòu)件在外力的作用下，產(chǎn)生形狀或尺寸變化的現(xiàn)象稱為變形。變形量隨著時(shí)間的不斷增加，逐漸改變了產(chǎn)品的初始參數(shù)，當(dāng)超過允許極限時(shí)，將喪失規(guī)定的功能。有的機(jī)械零件因變形引起結(jié)合零件出現(xiàn)附加載荷、相互關(guān)系失?；蚣铀倌p，甚至造成斷裂等災(zāi)難性后果。因此，對(duì)于因變形引起的失效應(yīng)給予足夠重視。第九十七頁，共128頁。第四節(jié)機(jī)械零件的變形

一、彈性變形

◆金屬零件在作用應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的變形稱為彈性變形。

◆彈性后效現(xiàn)象與消除第九十八頁，共128頁。第四節(jié)機(jī)械零件的變形

二、塑性變形

◆塑性變形又稱永久變形，是指機(jī)械零件在外加載荷去除后留下來一部分不可恢復(fù)的變形。

金屬零件的塑性變形從宏觀形貌特征上看，主要有翹曲變形、體積變形和時(shí)效變形三種形式。（1）翹曲變形——當(dāng)金屬零件本身受到某種應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力等）的作用，其實(shí)際應(yīng)力值超過了金屬在該狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度或抗剪強(qiáng)度后，就會(huì)產(chǎn)生呈翹曲、橢圓和歪扭得塑性變形。因此，金屬零件產(chǎn)生翹曲變形是它自身受復(fù)雜應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。常見于細(xì)長軸類、薄板狀零件以及薄壁的環(huán)形或套類零件。第九十九頁，共128頁。第四節(jié)機(jī)械零件的變形

（2）體積變形——金屬零件在受熱與冷卻過程中，由于金相組織轉(zhuǎn)變引起質(zhì)量體積變化，導(dǎo)致金屬零件體積脹縮的現(xiàn)象稱為體積變形。如鋼件淬火相變時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或下貝氏體時(shí)質(zhì)量體積增大，體積膨脹，淬火相變后殘留奧氏體的質(zhì)量體積減小，體積收縮。馬氏體形成時(shí)的體積變化程度，與淬火相變時(shí)馬氏體中的含碳量有關(guān)。鋼件中含碳量越多，形成馬氏體時(shí)的質(zhì)量體積變化越大，膨脹量也越大。此外，鋼中碳化物不均勻分布往往能夠增大變形程度。

●必須指出，由于金相組織轉(zhuǎn)變引起質(zhì)量體積變化而出現(xiàn)的體積變形，如果發(fā)生在金屬零件的局部范圍內(nèi)，則往往是在該區(qū)域產(chǎn)生微裂紋的原因。（3）時(shí)效變形——鋼件熱處理后產(chǎn)生不穩(wěn)定組織，由此引起的內(nèi)應(yīng)力是不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，在常溫或零下溫度較長時(shí)間的放置或使用，不穩(wěn)定狀態(tài)的應(yīng)力會(huì)逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變，并趨于穩(wěn)定，由此伴隨產(chǎn)生的變形稱為時(shí)效變形。第一百頁，共128頁。三、減少變形的措施變形是不可避免的，我們只能根據(jù)它的規(guī)律，針對(duì)變形產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的對(duì)策來減少變形。特別是在機(jī)械設(shè)備大修時(shí)，不能只檢查配合的磨損情況，對(duì)于相互位置精度必須認(rèn)真檢查。（1）設(shè)計(jì)不僅要考慮零件的強(qiáng)度，還要重視零件的剛度和制造、裝配、使用、拆卸和修理等問題。注意應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，減少制造時(shí)的內(nèi)應(yīng)力和變形。（2）加工采取一系列工藝措施來防止和減少變形。如對(duì)毛坯要進(jìn)行時(shí)效以消除其殘余內(nèi)應(yīng)力；高精度零件在精加工過程中必須安排人工時(shí)效。（3）修理在修理中，應(yīng)制定出與變形有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和修理規(guī)范；設(shè)計(jì)簡單可靠、好用的專業(yè)量具和工夾具；盡量減少零件在修理過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。（4）使用加強(qiáng)設(shè)備的管理，制定并嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，不超負(fù)荷運(yùn)行，避免局部超載或過熱，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的檢查和維護(hù)。第四節(jié)機(jī)械零件的變形

第一百零一頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

斷裂是零件在機(jī)械、熱、磁、腐蝕等單獨(dú)作用或者聯(lián)合作用下，其本身連續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。塑性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂第一百零二頁，共128頁。一、塑性斷裂零件在外力的作用下首先產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外力引起的應(yīng)力超過彈性極限時(shí)即發(fā)生塑性變形。外力繼續(xù)增加，應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生塑性變形而后造成斷裂就稱為塑性斷裂。（又叫韌性斷裂或延性斷裂）塑性斷裂的宏觀特點(diǎn)就是斷裂前有明顯的塑性變形，常出現(xiàn)頸縮，斷面有大量的微坑覆蓋。實(shí)際上是顯微空洞形成、長大、連接以致最終導(dǎo)致斷裂。2023/4/24103第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

第一百零三頁，共128頁。2023/4/24104第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

第一百零四頁，共128頁。2023/4/24105第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

第一百零五頁，共128頁。2023/4/24106第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

第一百零六頁，共128頁。1-纖維區(qū)，2-放射區(qū)，3-剪切唇第一百零七頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

二、脆性斷裂

斷裂前無明顯的塑性變形，發(fā)展速度極快的一種斷裂形式?？捎捎诓牧闲再|(zhì)不均勻引起；或由于加工工藝處理不當(dāng)所引起（如在鍛、鑄、焊、磨、熱處理等工藝過程中處理不當(dāng)，就容易產(chǎn)生脆性斷裂）；也可由于惡劣環(huán)境所引起；如溫度過低，使材料的機(jī)械性能降低，主要是指沖擊韌性降低，因此低溫容器（-20℃以下）必須選用沖擊值大于一定值的材料。再如放射線輻射也能引起材料脆化，從而引起脆性斷裂。

◆主要特征：低應(yīng)力脆斷、端口平整光亮且垂直于主應(yīng)力方向（冰糖狀結(jié)晶顆粒）、瞬時(shí)發(fā)生第一百零八頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

齒輪輪齒的脆性斷裂第一百零九頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

脆性斷裂的模具第一百一十頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

斷裂的活塞環(huán)第一百一十一頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

螺栓的塑性斷裂與脆性斷裂的比較第一百一十二頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

脆性斷裂中較有代表性的是氫脆斷裂。氫脆斷裂是工程中一種比較普遍的現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因有一下三種：◆氫壓致斷◆晶格脆化致斷◆氫腐蝕致斷第一百一十三頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

三、疲勞斷裂

◆零件在交變載荷下經(jīng)過較長時(shí)間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

機(jī)械設(shè)備中的軸類、齒輪、凸輪等許多零件，都是在交變應(yīng)力作用下工作的。它們工作時(shí)所承受的應(yīng)力一般都低于材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度，按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)是安全的。但實(shí)際中，在重復(fù)及交變載荷的長期作用下，零件仍會(huì)發(fā)生斷裂，稱為疲勞斷裂。實(shí)際失效中，疲勞斷裂約占80%~90%。第一百一十四頁，共128頁。第五節(jié)機(jī)械零件的斷裂

（一）疲勞斷裂的機(jī)理疲勞破壞可分為3個(gè)階段：①疲勞裂紋萌生階段。在循環(huán)加載下，材料表層局部發(fā)生塑性變形，晶體產(chǎn)生滑移，出現(xiàn)滑移線或滑移帶，滑移積累以后，在表面形成微觀擠入槽與擠出峰。峰底處應(yīng)力高度集中，極易形成微裂紋既疲勞裂源，也稱為疲勞核心。②疲勞裂紋擴(kuò)展階段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。③瞬時(shí)斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時(shí)