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第二十二讲 机件的失效分析与选材 主讲：曹光明 * * 机件的失效分析与选材 3、典型零件的选材与工艺分析 一、机件的失效分析 1、失效形式 2、失效原因 3、失效分析方法 二、机件的选材 1、选材原则 2、选材步骤与方法 机件的失效分析与选材 一、机件的失效 1、失效形式 主要失效形式是断裂、变形、和表面损伤三大类。 （1）断裂失效 ①单调断裂 单纯由于载荷的作用而引起零件的断裂，称为单调断裂。 包括韧性断裂和脆性断裂 。 一般认为与材料内部存在微裂纹有关。 ②疲劳断裂失效 零件在交变循环应力作用下发生的断裂。 包括高周疲劳断裂（≥104）低周疲劳断裂 （＞104）。 机件的失效分析与选材 一、机件的失效 1、失效形式 主要失效形式是断裂、变形、和表面损伤三大类。 （1）断裂失效 （2）变形失效 机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效。 弹性变形、塑性变形。 （3）表面损伤失效 主要是磨损失效。 粘着磨损： 疲劳磨损： 磨粒磨损 ： 腐蚀磨损： 两个相对运动零件表面的微观凸起发生粘合而撕裂。 在交变接触应力作用下，使机件表面产生点蚀而发生磨损。 相对运动的零件表面间嵌入硬质颗粒而造成的磨损。 零件表面与环境中的介质发生电化学或化学反应而产生的磨损。 机件的失效分析与选材 一、机件的失效 1、失效形式 2、失效的原因 （1）设计不当 主要是指零件的强度设计不足，或结构工艺性不当。 （2）选材不合理 ①对零件的失效形式判断错误，所选材料不能满足使用要求； ②选材依据的性能指标不能反映材料对实际失效形式的抗力，错选材料； ③材料冶金质量差，热处理技术要求不合格。 （3）加工不当 零件加工工艺不正确可能造成种种缺陷。 （4）安装使用不当 机件的失效分析与选材 一、机件的失效 1、失效形式 2、失效的原因 3、失效分析方法 实验研究的步骤： 包括逻辑推理和实验研究两个方面。 （1）对失效零件进行观察，测量并记录损坏位置、尺寸变化和断口的宏观特征。 （2）了解零件的工作环境和失效经过， 观察相邻零件的损坏情况， 判断损坏顺序 收集有关零件设计、材料、加工、安装、使用和维修等方面的资料。 （3）根据需要选择以下项目进行试验： ①化学分析 ②断口分析 ③金相分析 ④机械性能测试 ⑤断裂力学分析 ⑥应力分析 机件的失效分析与选材 二、机件的选材 1、选材的原则 （1）满足零件使用性能的要求，防止失效事故的出现。 ①必须考虑材料和机件服役的实际情况。 ②考虑钢材的尺寸效应。 ③综合考虑材料强度、塑性、韧性的合理配合。 （2）满足零件的工艺性能的要求，提高成品率。 （3）满足经济性要求，用最低的成本获取最大的经济效益。 机件的失效分析与选材 二、机件的选材 2、选材步骤与方法 （1）零件选材的步骤 ①通过分析零件的工作条件、形状尺寸与应力状态后，确定零件的技术条件。 ②通过分析或试验，结合同类零件失效分析的结果，确定零件在实际使用中主要的和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。 ③通过力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。 ④决定热处理方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。 ⑤审核所选材料的生产经济性（包括热处理的生产成本等）。 ⑥试验、投产。 机件的失效分析与选材 二、机件的选材 2、选材步骤与方法 （2）零件选材的方法 ①以综合力学性能为主时 ②以疲劳强度为主时 ③以磨损为主时 选材时，应综合考虑材料的淬透性及尺寸效应。 一般可采用调质或正火态的碳钢； 调质或渗碳合金钢； 正火或等温淬火的球铁。 同时结合强韧化热处理新工艺，使材料具有较好的综合力学性能 。 一般选中碳（合金）钢，调质后表面淬火； 或低碳（合金）钢渗C、N等化学热处理。 并采取一些提高疲劳强度的措施。 可采用高碳（合金）钢淬火+低温回火； 或低中碳（合金）钢表面渗C、N等。 机件的失效分析与选材 3、典型零件的选材与工艺分析 （1）齿轮类零件的选材 ①齿轮的工作条件、主要失效形式及性能要求 工作条件：齿面高的接触应力和强烈摩擦；齿根承受高的弯曲应力；有冲击。 主要失效形式：断齿、点蚀、磨损、胶合。 性能要求： 齿面高的接触疲劳抗力 →表面硬、耐磨 →表面淬火、渗碳、碳氮共渗、渗氮。 齿根高的弯曲疲劳抗力 →齿根要韧，具有一定的强度。 ②齿轮的选材 齿轮选材的主要依据：圆周速度、载荷性质及大小、精度。 常用材料：中碳钢及中碳合金结构钢、低碳低合金结构钢（渗碳钢）。 机件的失效分析与选材 3、典型零件的选材与工艺分析 （1）齿轮类零件的选材 ①齿轮