[精选]第一章 机电设备故障及零件失效机理9566.pptx

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1、第一章 机电设备故障及零部件失效机理本章主要内容本章主要内容机电设备故障的机电设备故障的概念概念 分类分类 规律规律零部件失效主要模式零部件失效主要模式:机械零件的磨损机械零件的磨损 金金属零件的腐蚀属零件的腐蚀 机械零件的变形机械零件的变形 机械零件的断裂机械零件的断裂不同失效模式下不同失效模式下减少或消除减少或消除其失效的其失效的方法方法 和途径和途径1.1 概述故障研究的目的是要查明故障模式故障研究的目的是要查明故障模式,追追寻故障机理寻故障机理,探求减少故障的方法探求减少故障的方法,提高提高机电设备的可靠程度和有效利用率机电设备的可靠程度和有效利用率故障定义故障定义:设备设备(系统系统

2、)或零部件或零部件(完全或完全或局部局部)丧失了规定工能的状态丧失了规定工能的状态.故障含两层含义故障含两层含义:一是机械系统偏离正常功能一是机械系统偏离正常功能;二二是其功能失效是其功能失效关于失效的基本概念关于失效的基本概念1 1 零件（构件）的功能零件（构件）的功能 （1 1）在一定的压力、温度、介质下，）在一定的压力、温度、介质下，保持规定的形状和尺寸；保持规定的形状和尺寸；（2 2）实现规定的机械运动；）实现规定的机械运动；（3 3）传递力和能。）传递力和能。2 2 失效的定义和形式失效的定义和形式 定义定义:零件失去设计所要求的效能零件失去设计所要求的效能（功能）称为失效。（功能）

3、称为失效。常见的失效形式：常见的失效形式：磨损、腐蚀、过磨损、腐蚀、过量变形、断裂量变形、断裂故障分类1.按故障性质分按故障性质分间歇性故障间歇性故障 设备只是在短期内丧失某些设备只是在短期内丧失某些功能功能,在对设备稍加修理调试或在外部在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失后干扰消失后,功能即可恢复功能即可恢复.多半由机电多半由机电设备外部原因如工人误操作、气候变化设备外部原因如工人误操作、气候变化、环境设施不良等因素引起环境设施不良等因素引起永久性故障永久性故障 此类故障必须经人工修理才此类故障必须经人工修理才能恢复功能能恢复功能.该故障一般是因为某些零该故障一般是因为某些零部件损坏引起的部

4、件损坏引起的故障分类2.按故障程度分按故障程度分局部性故障局部性故障 设备只是某一部功能丧失设备只是某一部功能丧失,不影响设备其它功能的实现不影响设备其它功能的实现(如冷却电如冷却电机机)整体性故障整体性故障 虽然设备只是某一部功能丧虽然设备只是某一部功能丧失失,但却使设备整体功能不能实现但却使设备整体功能不能实现(如主如主电动机故障电动机故障)故障分类3.按故障形成速度分按故障形成速度分突发性故障突发性故障 故障发生具有偶然性和突发性故障发生具有偶然性和突发性,一一般与设备使用时间无关般与设备使用时间无关,故障发生前无明显征故障发生前无明显征兆兆,通过早期试验或测试很难预测通过早期试验或测试

5、很难预测,一般是由一般是由工艺系统本身不利因素与偶然的外界影响因工艺系统本身不利因素与偶然的外界影响因素共同作用的结果素共同作用的结果 缓变性故障缓变性故障 故障发展缓慢故障发展缓慢,一般在设备有效寿一般在设备有效寿命的后期出现命的后期出现,其发生概率与使用时间有关其发生概率与使用时间有关,能够通过早期试验或测试进行预测能够通过早期试验或测试进行预测,通常是因通常是因零部件的腐蚀磨损疲劳以及老化等发展形成零部件的腐蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的的故障分类4.按故障形成原因分按故障形成原因分操作或管理失误形成的故障操作或管理失误形成的故障 设备未按原设计规定设备未按原设计规定的条件使用的条件使用

6、,形成设备错用、精机粗用形成设备错用、精机粗用设备内在原因形成的故障设备内在原因形成的故障 一般是设备由于设计、一般是设备由于设计、制造遗留下的缺陷制造遗留下的缺陷(如加工残余应力、局部薄弱环如加工残余应力、局部薄弱环节等节等)或材料内部潜在的缺陷造成的或材料内部潜在的缺陷造成的.该故障无法预该故障无法预测测,是突发性故障的重要原因是突发性故障的重要原因自然故障自然故障设备在有效期内设备在有效期内,因受到外部或内部多种因受到外部或内部多种自然因素影响而引起的故障自然因素影响而引起的故障,如正常情况下零部件如正常情况下零部件的磨损的磨损、断裂断裂、腐蚀、变形腐蚀、变形、蠕变蠕变、疲劳以及老化等疲

7、劳以及老化等故障分类5.按故障造成的后果分按故障造成的后果分致命故障致命故障 危及或导致伤亡、引起设备报废或造成危及或导致伤亡、引起设备报废或造成重大经济损失的故障重大经济损失的故障.如机架或机体断裂、车轮脱如机架或机体断裂、车轮脱落、发动机总成报废等落、发动机总成报废等严重故障严重故障 是指严重影响设备正常使用是指严重影响设备正常使用,在短期内在短期内无法排除的故障无法排除的故障.如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体开裂、齿轮损坏等开裂、齿轮损坏等一般故障一般故障 指影响设备正常使用指影响设备正常使用,但在短期内能排但在短期内能排除的故障除的故障.如如V型带断裂、操纵手轮

8、手柄损坏、电型带断裂、操纵手轮手柄损坏、电器开关损坏、轻微渗漏和一般紧固件松动等器开关损坏、轻微渗漏和一般紧固件松动等故障分类6.按故障表现形式分按故障表现形式分功能故障功能故障和和潜在故障潜在故障7.按故障形成的时间分按故障形成的时间分 早期故障早期故障和和随时间随时间变化的故障变化的故障及及随机故障随机故障8.按故障程度和形成快慢分按故障程度和形成快慢分 破坏性故障和破坏性故障和渐衰失效性故障渐衰失效性故障故障的规律T1早期故障期 T2随机故障期 T3耗损故障期(设计、制造)(设计、零部件缺陷 (耗损)维护不良、操作不当)1.2 机械零件的磨损机械零件的磨损是零件失效的主要模式机械零件的磨

9、损是零件失效的主要模式,设备设备零件失效报废零件失效报废80是由磨损引起的是由磨损引起的1.跑合（磨合）磨损阶段磨合的初期摩擦副表面具有微观波峰,使得零件间实际接触面积较小,接触应力很大,因此零件表面的塑性变形大、磨损速度快选择合理的载荷速度和润滑等参数是缩短磨合期的关键因素零件磨损的一般规律零件磨损的一般规律零件磨损的一般规律零件磨损的一般规律2.稳定磨损稳定磨损(正常工作正常工作)阶段阶段 随着磨合的进行表面粗糙峰逐渐磨平随着磨合的进行表面粗糙峰逐渐磨平,实际接触面逐渐实际接触面逐渐增大增大,另一方面由于塑性变形导致冷作硬化另一方面由于塑性变形导致冷作硬化,因此磨损因此磨损速率下降至稳定状

10、态速率下降至稳定状态,正常磨损条件已建立正常磨损条件已建立,该阶段的该阶段的持续时间较长持续时间较长 合理地使用保养与维护设备是延长该阶段的关键合理地使用保养与维护设备是延长该阶段的关键零件磨损的一般规律零件磨损的一般规律3.急剧急剧(崩溃崩溃)磨损阶段磨损阶段 随着磨合的长期进行随着磨合的长期进行,实际接触面间隙逐渐增大实际接触面间隙逐渐增大,造成造成润滑条件改变润滑条件改变,配合间隙增大配合间隙增大,几何变形几何变形,易产生冲击等易产生冲击等因素使磨损速率加快乃至急剧增加因素使磨损速率加快乃至急剧增加.此时此时,机械效率明机械效率明显下降显下降,精度降低精度降低,若不采取相应措施有可能导致

11、设备若不采取相应措施有可能导致设备故障或意外事故故障或意外事故 及时发现和修复将进入该阶段工作的零部件是关键及时发现和修复将进入该阶段工作的零部件是关键磨损的类型磨损的类型根据磨损结果根据磨损结果点蚀磨损胶合磨损擦伤磨损磨料磨损疲劳磨损粘着磨损腐蚀磨损微动磨损根据磨损机理根据磨损机理第一节第一节 零件在常温静载下的过量变形零件在常温静载下的过量变形材料的静载性能指标有哪些材料的静载性能指标有哪些?什么是过量弹性变形失效什么是过量弹性变形失效?发生过量弹性发生过量弹性变形的原因是什么变形的原因是什么?设计时应选择什么性设计时应选择什么性能指标能指标?发生过量塑性变形的原因是什么发生过量塑性变形的

12、原因是什么?抗力指抗力指标有哪些标有哪些?问问 题题一、材料的静载性能指标一、材料的静载性能指标刚度和强度指标刚度和强度指标弹性和塑性指标弹性和塑性指标硬度指标硬度指标韧性指标（放在断裂中讲）韧性指标（放在断裂中讲）1、刚度、刚度刚度：刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。刚度越大，零构件发生的弹性变形越小。（在同样的载荷下）（在同样的载荷下）2、强度、弹性塑性指标、强度、弹性塑性指标试样的静拉伸过程试样的静拉伸过程弹性变形、弹性变形、塑性变形塑性变

13、形弹性变形弹性变形非线性弹非线性弹性变形性变形（1）强度：）强度：材料抵抗变形或者断裂的能力材料抵抗变形或者断裂的能力比例极限比例极限s sp弹性极限弹性极限s se屈服强度屈服强度s ss抗拉强度抗拉强度s sb断裂强度断裂强度s sk强度指标单位：强度指标单位：MPa（2）弹性和塑性指标）弹性和塑性指标弹性：材料发生弹性变形的大小。弹性：材料发生弹性变形的大小。塑性塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力。材料断裂前发生塑性变形的能力。弹性指标：弹性能（弹性比功）弹性指标：弹性能（弹性比功）m m塑性指标：断后伸长率塑性指标：断后伸长率d d 断面收缩断面收缩 3硬度硬度硬度：表征材料软硬程度的

14、一种性能。硬度：表征材料软硬程度的一种性能。硬度指标：物理意义与试验方法有关硬度指标：物理意义与试验方法有关滑痕法硬度值（莫氏硬度）滑痕法硬度值（莫氏硬度）弹性回跳法硬度值（肖氏硬度）弹性回跳法硬度值（肖氏硬度）压入法硬度值（工业中应用广泛）压入法硬度值（工业中应用广泛）布氏硬度（布氏硬度（HBS)淬火钢球淬火钢球洛氏硬度洛氏硬度(HRC)（锥角为（锥角为120的金刚石圆锥体）的金刚石圆锥体）维氏硬度维氏硬度(HV)（锥面角为（锥面角为136 的金刚石四棱锥体为压头的金刚石四棱锥体为压头二、过量变形失效二、过量变形失效1过量弹性变形及抗力指标过量弹性变形及抗力指标2（1）零构件发生过量弹性变形

15、失效：零构件发生过量弹性变形失效：3 D Dl D Dl (拉压或者弯曲条件下）拉压或者弯曲条件下）4或者或者 q q q q（扭转条件下）（扭转条件下）5（2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够6（3）抗力指标：弹性模量）抗力指标：弹性模量E或者切变模量或者切变模量G2过量塑性变形及抗力指标过量塑性变形及抗力指标3（1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量）发生条件：塑性变形量超过允许变形量4（2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑性变形的能力不够性变形的能力不够5（3）抗力指标：比例极限、弹性极限和屈服）抗力指标：比

16、例极限、弹性极限和屈服极限极限总总 结结零构件发生过弹性变形的原因：零构件发生过弹性变形的原因：刚度不足刚度不足抗力指标：抗力指标：弹性模量弹性模量E或者或者切变模量切变模量G强强 调！调！金属和合金的金属和合金的弹性模量不能弹性模量不能通过合金化和热处理、通过合金化和热处理、冷变形等方法改变。冷变形等方法改变。本节中本节中所讲的所讲的材料的材料的力学性力学性能指标能指标及应用及应用刚度刚度：在设计中，考虑构件在在设计中，考虑构件在受力时发生的弹性变形量，需受力时发生的弹性变形量，需要用刚度。主要力学性能是材要用刚度。主要力学性能是材料的料的弹性模量弹性模量。如镗床的镗杆、。如镗床的镗杆、齿轮

17、轴等齿轮轴等弹性指标弹性指标：弹性极限和弹性弹性极限和弹性模量是设计弹性零件考虑的模量是设计弹性零件考虑的性能指标性能指标。如汽车板簧和各。如汽车板簧和各类弹簧等类弹簧等强度和塑性指标：屈服强度强度和塑性指标：屈服强度和塑性和塑性用于一般零件的抗断用于一般零件的抗断裂设计。裂设计。硬度硬度：在耐磨零件中必须考虑的在耐磨零件中必须考虑的性能指标。如滚珠轴承、活塞环性能指标。如滚珠轴承、活塞环等等.第二节第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂零件在静载和冲击载荷下的断裂问问 题题1断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？断裂可分为几类？韧性断裂和脆性断裂如何区分？2断裂过程分为几个阶段？韧性断裂

18、和脆性断裂的断断裂过程分为几个阶段？韧性断裂和脆性断裂的断裂过程的区别在哪里？裂过程的区别在哪里？3什么是材料的韧性？评价材料韧性的力学性能指标什么是材料的韧性？评价材料韧性的力学性能指标有哪些？有哪些？4材料韧性指标的含义及应用？材料韧性指标的含义及应用？一、基本概念一、基本概念静载荷和冲击载荷静载荷和冲击载荷断裂：材料在外力作用下发生局部开裂或分裂断裂：材料在外力作用下发生局部开裂或分裂为两个或者两个以上部分的现象。为两个或者两个以上部分的现象。断裂的分类：脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、断裂的分类：脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、过载断裂过载断裂断裂过程：裂纹萌生和裂纹扩展断裂过程：裂纹萌生

19、和裂纹扩展韧性：韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。能量的能力。韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌韧性韧性断口断口脆性脆性断口断口二、冲击韧性及衡量指标二、冲击韧性及衡量指标1冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综合表现。合表现。2衡量指标：冲击吸收功衡量指标：冲击吸收功Ak3冲击韧度冲击韧度ak(ak Ak/Fk)3应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结合用于一般

20、零件抗断裂设计。合用于一般零件抗断裂设计。4低温冲击试验：低温冲击试验：(材料的韧脆转变温度材料的韧脆转变温度TK)材料韧脆转变温度材料韧脆转变温度TK的确定和应用的确定和应用三、断裂韧性及衡量指标三、断裂韧性及衡量指标1断裂韧度断裂韧度KIC:是评定材料抵抗脆性断裂的力学性是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。单位：单位：MPam 1/2 或者或者 MN m-3/22应用应用（判断构件是否安全，合理选材）（判断构件是否安全，合理选材）KI KIC 构件发生脆性断裂构件发生脆性断裂 KI KIC 构件发生低应力脆性断裂

21、的临界条件构件发生低应力脆性断裂的临界条件3应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、大型发电机转子等。大型发电机转子等。四、影响脆性断裂的因素四、影响脆性断裂的因素温度和加载速度温度和加载速度应力集中应力集中零件尺寸零件尺寸总总 结结材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂材料的断裂分为：韧性断裂和脆性断裂材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材料材料的韧性指标：冲击吸收功、冲击韧度、材料韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用于评价材料韧脆转变温度和断裂韧度，前三个用

22、于评价材料韧性的好坏；断裂韧度可用于材料抵抗低应力脆韧性的好坏；断裂韧度可用于材料抵抗低应力脆性断裂的设计。性断裂的设计。材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等方材料的以上韧性指标均可用合金化和热处理等方法改变。法改变。第三节第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂零件在交变载荷下的疲劳断裂问问 题题1什么是疲劳断裂？什么是疲劳断裂？2疲劳断口由哪几个部分组成？疲劳断口由哪几个部分组成？3疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使用这些指标？用这些指标？一、基本概念一、基本概念1交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。变化的

23、载荷。2疲劳断裂：金属零件在交变载荷下经过长时疲劳断裂：金属零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。间工作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。3疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最终瞬间断裂。最终瞬间断裂。二、疲劳断口的特点二、疲劳断口的特点疲劳断口示意图示意图疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌一个疲一个疲劳源劳源两个疲两个疲劳源劳源微裂纹微裂纹疲劳疲劳条纹条纹疲疲劳劳裂裂纹纹扩扩展展区区疲疲劳劳源源区区三、疲劳抗力指标三、疲劳抗力指标1无裂纹构件的疲劳抗力指标无裂纹构件的疲劳抗力指标：疲劳极限疲劳极限过载持久值过载持久值疲劳极限：材料经

24、过无限次应力循环不发生断裂的最大应力。对应于疲劳曲线上水平部分对应的应力值。疲劳曲线 图图111 两种类型的疲劳曲线两种类型的疲劳曲线a)钢铁材料钢铁材料 b)部分有色金属（如铝合金）部分有色金属（如铝合金）条件疲劳极限疲劳极限过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力作用下发生疲劳断裂的循环周次。高周疲劳：高周疲劳：Nf105低周疲劳低周疲劳:Nf1052带裂纹构件的疲劳抗力指标带裂纹构件的疲劳抗力指标裂纹扩展速率（裂纹扩展速率（da/dN)疲劳裂纹扩展门槛值疲劳裂纹扩展门槛值(DKDKth）四、影响疲劳抗力的因素四、影响疲劳抗力的因素1载荷类型载荷类型2材料本质材料本质3零件表面状态零件表面状态

25、4工作温度工作温度5腐蚀介质腐蚀介质五、减少断裂失效的措施五、减少断裂失效的措施1优化零件形状结构设计优化零件形状结构设计,合理合理选择零件材料选择零件材料2合理选择零件加工方法合理选择零件加工方法3安装使用方面安装使用方面总总 结结1疲劳断裂是零构件常见的一种失效形式，它是一疲劳断裂是零构件常见的一种失效形式，它是一种脆性断裂，危害很大种脆性断裂，危害很大。2无裂纹零构件设计中常用的疲劳抗力指标是疲劳无裂纹零构件设计中常用的疲劳抗力指标是疲劳极限、过载持久值和疲劳缺口敏感度。极限、过载持久值和疲劳缺口敏感度。3 工作应力工作应力sss疲劳极限，构件在一定的周次下疲劳极限，构件在一定的周次下断

26、裂，该周次称为过载持久值。断裂，该周次称为过载持久值。工作应力越大，工作应力越大，过载持久值越低。过载持久值越低。5 53 3 疲劳断口上可清楚显示疲劳裂纹源、疲劳裂纹疲劳断口上可清楚显示疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区。所以，根据断口就可判断扩展区和最后断裂区。所以，根据断口就可判断是否发生疲劳断裂。是否发生疲劳断裂。第四节第四节 零件的磨损失效零件的磨损失效 本节主要讲粘着磨损、磨粒磨损和疲劳本节主要讲粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损的发生过程、机理以及防止措施。磨损的发生过程、机理以及防止措施。一、磨损的基本概念磨损的基本概念1产生磨损的条件产生磨损的条件2磨损的定义：在摩擦过程中零件

27、表面发生尺寸磨损的定义：在摩擦过程中零件表面发生尺寸变化和物质耗损的现象叫做磨损。变化和物质耗损的现象叫做磨损。二、磨损的过程和机理二、磨损的过程和机理1粘着磨损粘着磨损2（1）又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩）又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦幅的接触面发生金属粘着擦幅的接触面发生金属粘着(冷焊冷焊)，在随后，在随后的相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒被的相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来或者是金属表面被擦伤或相互之间拉拽下来或者是金属表面被擦伤或相互之间发生材料迁移的一种磨损形式。发生材料迁移的一种磨损形式。（2）过程）过程滑动滑动（3）粘着磨损的特点：磨损速度大；破坏严重。

28、）粘着磨损的特点：磨损速度大；破坏严重。（4）防止措施）防止措施合理选材，摩擦幅配对材料选用硬度差较大的异类合理选材，摩擦幅配对材料选用硬度差较大的异类材料材料；例如蜗杆用40Cr,蜗轮用铜材;提高表面硬度；提高表面硬度；合理设计减小接触压应力；合理设计减小接触压应力；减小表面粗糙度。减小表面粗糙度。局部粘着局部粘着粘着处粘着处被撕掉被撕掉金属表面被划金属表面被划伤或者金属屑伤或者金属屑粒脱落或迁移粒脱落或迁移2磨粒磨损磨粒磨损3（1）定义：）定义：又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件表面又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件表面存在硬质磨粒存在硬质磨粒(例空气中的尘土、磨损造成的金属微例空气中的尘土、磨损

29、造成的金属微粒、切屑等粒、切屑等)，使磨面发生局部塑性变形，磨粒嵌入、，使磨面发生局部塑性变形，磨粒嵌入、磨粒切割金属表面从而使两个表面的一面或两面的磨粒切割金属表面从而使两个表面的一面或两面的材料发生转移而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。材料发生转移而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。（2）过程）过程金金 属属 表表 面面发发 生生 局局 部部塑性变形塑性变形磨磨粒粒嵌嵌入入金金属属表表面面，切切割割金金属表面属表面表表 面面 被被 划划伤伤(3)磨粒磨损的特点磨粒磨损的特点磨料磨损的过程实质上是零件表面在磨磨料磨损的过程实质上是零件表面在磨粒作用粒作用下下发生局部塑性变形，磨粒嵌入发生局部塑

30、性变形，磨粒嵌入(切削切削)与断与断裂的过程。磨粒对零件表面的裂的过程。磨粒对零件表面的作用力分为作用力分为垂直于垂直于表面与平行于表面的两个分力。表面与平行于表面的两个分力。垂直垂直分力分力塑性材料:表面产生密集的压痕,最终疲劳破坏脆性材料:表面不变形,产生脆性破坏水平水平分力分力塑性材料:以耕犁为主,表面被切下一条切屑,犁沟两侧材料隆起脆性材料:以微切削为主,表面被切下许多切屑产生脆性破坏（4）防止措施）防止措施提高表面硬度（从选材方面）；提高表面硬度（从选材方面）；减少磨粒数量（从工作状况方面）减少磨粒数量（从工作状况方面）。3接触疲劳（疲劳磨损，麻点磨损）接触疲劳（疲劳磨损，麻点磨损）

31、4（1）定义：）定义：零件工作面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在零件工作面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力的长期作用下引起的表面疲劳剥落破坏交变接触压应力的长期作用下引起的表面疲劳剥落破坏的现象。的现象。5 5（2 2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。（3）主要防止措施主要防止措施提高材料硬度；提高材料纯度；提高零件心部和表面强度；提高材料硬度；提高材料纯度；提高零件心部和表面强度；减小表面粗糙度。减小表面粗糙度。总 结磨损是机械零件常见的一种失效形式，总是从零件表面开始发生。各种磨损的过程和机理不同，因此其主要的预防措施也不同。

32、提高零件表面硬度，合理设计减小压应力，以及提高表面光洁度等对降低磨损都有利。第五节第五节 零件的腐蚀失效零件的腐蚀失效问问 题题1 什么是腐蚀？可分为几类？什么是腐蚀？可分为几类？2高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热钢为什么具有抗高温氧化能力？钢为什么具有抗高温氧化能力？3发生电化学腐蚀的条件是什么？发生电化学腐蚀的条件是什么？4改善零件腐蚀抗力的主要措施是什么改善零件腐蚀抗力的主要措施是什么一、腐蚀的定义和分类一、腐蚀的定义和分类1腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反应或者电化学反应所引起的表面损伤现应或者电化学反应所引起

33、的表面损伤现象。象。2分类：分类：3化学腐蚀化学腐蚀4电化学腐蚀电化学腐蚀二、腐蚀过程及防止二、腐蚀过程及防止1化学腐蚀过程（以高温氧化腐蚀为主）高温氧化过程：高温氧化过程：（1）金属失去电子成为金属离子）金属失去电子成为金属离子（2）氧原子吸收电子成为氧离子）氧原子吸收电子成为氧离子（3）金属离子和氧离子结合为金属氧化物）金属离子和氧离子结合为金属氧化物基体金属能否继续氧化，取决于氧化物薄膜是否致密。基体金属能否继续氧化，取决于氧化物薄膜是否致密。提高钢抗氧化能力：加入提高钢抗氧化能力：加入Al、Si、Cr等元素，与氧结等元素，与氧结合形成致密的氧化物膜，防止基体金属进一步氧化。合形成致密的

34、氧化物膜，防止基体金属进一步氧化。2电化学腐蚀电化学腐蚀3条件：存在电极电位差，并且相互接触并处于相条件：存在电极电位差，并且相互接触并处于相互联通的电介质溶液中形成微电池。互联通的电介质溶液中形成微电池。电化学腐蚀的过程电化学腐蚀的过程阳极：失去电子，阳极：失去电子，MM n+ne(被腐蚀）被腐蚀）阴极：发生析氢反应或者吸氧反应阴极：发生析氢反应或者吸氧反应三、零件防止腐蚀的措施三、零件防止腐蚀的措施对于化学腐蚀，常采用以下方式：选择对于化学腐蚀，常采用以下方式：选择抗氧化材料如耐热钢、高温合金、陶瓷抗氧化材料如耐热钢、高温合金、陶瓷材料等；零件表面涂层。材料等；零件表面涂层。对于电化学腐蚀

35、：选择耐腐蚀材料；表对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表面涂层；电化学保护；加缓蚀剂面涂层；电化学保护；加缓蚀剂第六节第六节 零件在高温下的蠕变变形和零件在高温下的蠕变变形和断裂失效断裂失效问问 题题金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？什么是蠕变？什么是蠕变？评价金属材料高温力学性能指标有哪些？评价金属材料高温力学性能指标有哪些？高温下零件的失效方式有哪些？如何防止？高温下零件的失效方式有哪些？如何防止？一、材料在高温下的力学行为一、材料在高温下的力学行为1 材料的强度随温度的升高而降抵。材料的强度随温度的升高而降抵。2 高温下材料的强度随时间的延长而降抵

36、。高温下材料的强度随时间的延长而降抵。3 高温下材料的变形量随时间的延长而增加。高温下材料的变形量随时间的延长而增加。4 蠕变：材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑蠕变：材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。性变形的现象称为蠕变。二、评价材料高温力学性能指标二、评价材料高温力学性能指标1蠕变极限：高温长期载荷作用下材料对塑性变形蠕变极限：高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标成为蠕变极限。的抗力指标成为蠕变极限。2表示方法表示方法（1）在规定温度下）在规定温度下使试样产生规定使试样产生规定稳态蠕变速率的应力值稳态蠕变速率的应力值，符号为，符号为 （2）给定温度下，在规定时间

37、内使试样产生一给定温度下，在规定时间内使试样产生一定蠕变总变形量定蠕变总变形量d d的应力值，符号为：的应力值，符号为：2持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。的能力。3表示方法：表示方法：用给定温度和规定时间内试样发生用给定温度和规定时间内试样发生断裂时的应力表示，断裂时的应力表示，s sT Tt t t-t-时间；时间；T-T-温度温度；三、三、高温下零件的失效和防止高温下零件的失效和防止高温下零件的高温下零件的失效形式失效形式：过量塑性变形（蠕变变形）、断裂、：过量塑性变形（蠕变变形）、断裂、磨损、氧化腐蚀等。磨损、氧化腐蚀等。防止措施防止措施：正确选材；（选熔点高、组织稳定的材料）：正确选材；（选熔点高、组织稳定的材料）表面处理（表面渡硬铬、热喷涂铝和陶瓷等）表面处理（表面渡硬铬、热喷涂铝和陶瓷等）