机械零件失效分析，第八章.pptVIP

第8章 工艺因素引起的失效 8.1 概述 金属机械零件所用原材料系经熔炼、脱氧、浇注以及冷热轧制或锻造而成，原材料在机器制造厂又经一系列冷热加工而成为零件。在这些加工过程中都可能造成某种缺陷。这些缺陷容易导致机械零件早期失效。 对于具体失效案例的分析，耍按照具体的服役条件和失效形式，确定合理的失效抗指标，提出不同的强度、塑性、韧性合理配合的思路，进行选材，制定加工工艺，进而对传统的工艺规程和技术条件进行变革，从而达到充分发挥材料性能潜力，提高产品质量，延长使用寿命的目的。 8.2铸造缺陷与失效 铸件缺陷有很多种，但从失效分析角度看，可归纳为两类: 破坏了材料连续性的缺陷，如材料中的孔洞(缩孔，疏松，气孔)、裂纹（热裂纹，冷裂纹）以及与基体结合很弱的夹杂物等。 因材料成分或生产工艺不当。造成不正常的组织(缺陷组织)，导致材料断裂韧性或缺口韧性下降，或者脆性转变温度提高。 8.2.1孔洞 孔洞一般指存在于材料内部的具有三维空间形貌的缺陷。孔洞破坏了材料的连续性。铸件中的孔洞 分为缩孔，气孔和疏松。 缩孔 一般出现在铸件最后凝固的地方，如铸件热节和铸件壁厚最厚的地方； 气孔 往往出现在铸件的表面和皮下的一定深度的地方； 疏松 与缩孔出现的部位相同，多分布于枝晶间，一般肉眼难以看出。 (一)缩孔 形成机理 液态金属凝固时，要发生很大的体积收缩，若凝固过程中缺乏液态金属补充，则会在材料内部形成缩孔。铸件缩孔一般会在最后凝固的部位形成，如铸件（锭）的冒口以及热节处。 特征 内表面粗糙，铸锭中的缩孔经锻轧变形后，随着锻造比的增大会改变其形状，在长度方向伸长，厚度方向压缩，成为二维的内裂缝。 (二)气孔 形成机理 气孔是因为液态金属中气体溶解度比固态金属中大得多，液态金属中溶入气体量多(如在大气中熔化温度过高，则溶入气体更多)，在凝固时，便有气体形成气泡排出，此时如气体来不及从尚未凝固的液态金属中排出，便会以气孔的形式留在固态金属内部。 特征 铸件中气孔大都呈球形或椭球形，内表面光滑。 钢中气孔主要是由氧(钢水脱氧不良)引起的，也可因氢含量高(2×10-4wt％)而出现白点。铝合金铸件中气孔则主要是氢造成的。 8.2.2 裂纹 铸件中的裂纹分为热裂纹和冷裂纹，都属于体积收缩裂纹 。 形成机理 液态金属凝固时要有较大的体积收缩，凝固后的金属在冷却过程中也会有冷却的先后，后冷却部分受已冷却部分的牵制使进一步收缩受到拘束而产生内应力，当这一内应力过大时，就会出现裂纹。在较高温度下产生的裂纹叫热裂纹，在较低温度下产生的裂纹是冷裂纹。 特征 热裂纹多为沿晶开裂，裂纹面有氧化色；冷裂纹多穿晶开裂，裂纹面无氧化色。 8.2.3 缺陷组织 (一)晶界网状组织 亚共析钢或过共析钢的晶界网状组织是在较慢的冷却速度下通过奥氏体温度范围时形成的（前者是铁素体网，比如魏氏组织；后者是渗碳体网）。这种组织会降低铸件的塑性和韧性。 ZGMn13制造的碎石机破碎壁，铸态下常常有渗碳体形成网状。 消除网状组织的方法 亚共析钢或过共析钢：正火 ZGMn13：水韧处理 （二)石墨 铸铁中的石墨形态，数量，分布决定了铸铁的力学性能。铸铁的种类也是根据石墨的形态来划分的。 抗拉强度（MPa） 弹性模量 灰铸铁 100-300 最低 蠕墨铸铁 300-400 较高 可锻铸铁 300-400 较高 球墨铸铁 400-1500 高 8.3锻造缺陷与失效 8.3.1锻造工艺对锻件组织和性能的影响 锻造工艺主要包括加热、成形、锻后冷却和锻后热处理等。对锻件组织和性能发生影响的主要工艺参数有加热温度、加热速度、变形温度、变形程度、冷却条件及应力状态等。 变形程度对锻件质量的影响，主要决定于锻造比，锻造比对钢锭中的孔隙度、非金属夹杂物和钢的韧性有很大影响 8.3.2锻件中的常见缺陷 8.3.3 几种常见的锻造缺陷与失效 对于锻件失效，出现频率比较高的失效原因有过热与过烧、折叠、显微组织(或流线)分布不合理以及氧化与脱碳、锻比太小、铜裂和开裂等。 (一)过热与过烧 过热 由于加热温度过高或保温时间过长引起金属晶粒粗大的现象称为过热（中碳钢形成魏氏组织）。 过烧 加热温度比过热更高，晶粒边界出现氧化或熔化时，称为过烧。 1．过热过烧的产生 过热