机械零件失效形式及简要分析

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1、I断裂脆性断裂是一种构件未经明显的变形而发生的断裂，当零件在外载荷作用下，由于某一危险截面上的应力超过零件的抗拉强度时将会发生脆性断裂，发生脆性断裂时，零件几乎没有发生过塑性变形。如杆件脆断时没有明显的伸长或弯曲，更无缩颈，容器破裂时没有直径的增大及壁厚的减薄。图1. 脆性断裂实例分析：传统力学把材料看成是没有缺陷的、没有裂纹的、均匀的和连续的理想固体，但是，实际工程材料在制备、加工（冶炼、铸造、锻造、焊接、热处理、冷加工等）及使用中（疲劳、冲击、环境温度等）都会产生各种缺陷（白点、气孔、 渣、未焊透、热裂、冷裂、缺口等）。如上图所示的齿轮，由于其内部的缺陷和裂纹会在零件使用过程中产生应力集中

2、，该处所受拉应力为平均应力的数倍。过分集中的拉应力如果超过该齿轮材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。图2. 韧性断裂实例分析：韧性断裂又称延性断裂。断裂前发生过明显的塑性变形的断裂，是塑性变形的终结。消耗较高能量,以金属撕裂为特征的一种断裂，是与脆性断裂相对应的一种断裂模式。物体受力时其最危险截面或区域,从弹性变形逐渐转入塑性变形状态,这时截面的某一邻域内力学参量的某一组合达到临界点,断裂口附近出现明显的宏观塑性变形, 微观断口表面呈韧窝状。图3. 疲劳断裂实例分析：零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象就叫作疲劳断裂。一开始，疲劳微裂纹在零件应力最高强度

3、最低的基体上产生，之后裂纹会稳定扩展，但扩展速度较低，最后，当裂纹尺寸足够大结构有效受力截面小到不足以承受所加载荷时，零件即发生断裂，如图所示。II磨损磨擦副表面的材料微粒，由于机械力与化学腐蚀的作用而脱离母体，使零件尺寸和表面状态改变，最终导致功能丧失，称为磨损失效。磨损是机械的重要失效形式，它包括复杂的化学过程和物理过程，其主要形式有：粘着磨损（材料从一个磨擦表面移到另一个表面）、磨料磨损（硬磨料在摩擦表面犁出沟槽或道痕，使材料从零件表面脱落）、腐蚀磨损（化学腐蚀参与作用下的磨料磨损）和疲劳磨损（接触应力作用使材料表面疲劳剥落）等。 图4. 粘着磨损实例分析：粘着磨损又称咬合磨损，如图所示