机械零件失效形式及诊断.pptx

2010.10.28第二章 机械零件失效形式及诊断 失效分析主要内容2.2 机械零件失效原因概述 2.1 失效分类及诊断 失效分析 失效分析 大型汽轮机 转子 失效分析 轴 叶轮 疲劳断裂破坏 失效分析 转子轴 疲劳开裂 疲劳断裂破坏 失效分析叶片击穿厂房 失效分析 抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力）静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。 失效分析微孔聚合型断口解理型断口晶间断裂晶内断裂 失效分析 失效分析2.1失效分类及诊断失效的宏观形态失效的诱发原因产品的使用过程变形失效断裂失效表面损伤失效机械力 热应力 摩擦力活性介质早期失效期偶然失效期磨损失效期失效机理 2.1.1失效形式的分类 失效分析按失效的宏观形态过量变形失效断裂失效： 变形量——脆性断裂、延性断裂 裂纹走向与晶粒组织的关系——沿晶断裂、穿晶断裂 断裂机制——微孔聚集型、(准)解理型、沿晶断裂、疲劳断裂 断口形貌——宏观和微观形貌 加工工艺和产品类别 断裂模式——过载、疲劳、材料脆性、环境诱发、混合断裂表面损伤失效：磨损、腐蚀 失效分析按失效的诱发原因机械力——弹性变形，塑性变形，断裂，疲劳，剥落热应力——蠕变，热松弛，热冲击，热疲劳，蠕变疲劳摩擦力——粘着磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，冲击磨损，微动磨损，咬合活性介质——化学腐蚀，电化学腐蚀，应力腐蚀，腐蚀疲劳，生物腐蚀，辐照腐蚀，氢致损伤 失效分析根据产品的使用过程失效率：系统或部件在可能发生失效的某一段时间（通常为处于工作状态的时间）内发生失效的次数。浴盆曲线：设备故障率曲线 ，由产品的失效率λ与其工作（使用）时间t的曲线，因形似浴盆，故称为浴盆曲线 。 （1）早期失效期——“幼年期” （2）偶然失效期——“青壮年期” （3）磨损失效期——“老年期” 失效分析2.1失效分类及诊断2.1.2失效形式的诊断失效形式一级失效形式二级失效形式三级失效形式 失效分析 失效分析2.1.2失效形式的诊断失效形式的诊断1.断裂失效形式诊断：1）残骸分析2）应力分析3）失效模拟2.磨损失效形式诊断：1）磨损表面形貌和次表面组织和性能2）磨屑形貌、成分和组织3）磨损系统中各参量的关系和变化 失效分析2.2 机械零件失效原因概述 2.2.1零件的服役条件应力状态:软性应力状态硬性应力状态载荷类型:轴向载荷弯曲载荷扭转载荷剪切载荷接触载荷1.受力状况载荷性质:静载荷冲击载荷交变载荷 失效分析 失效分析 失效分析交变载荷在交变应力作用下，金属材料发生损伤的现象称为疲劳。 承受交变应力典型零件的应力循环特征循环特征零件名称轴齿轮齿根轴承连杆螺栓应力变化循环特征对称循环脉动循环脉动循环大压小拉大拉小压应力性质r =-1r = 0r = -?-? ? r ? -10 ? r ? 1应力状态对称弯曲脉动弯曲脉动压缩不对称不对称 失效分析2.2 机械零件失效原因概述 2.2.1零件的服役条件1.受力状况1）应力状态材料的失效形式和应力状态脆断：断裂前无明显宏观塑性变形。剪断：沿最大剪应力方向发生的断裂。屈服：经过一定的塑性变形后发生的断裂。性能指标屈服强度、抗剪强度、断裂韧性 失效分析2）应力状态对塑性变形的影响 切应力——塑性变形、切断 正应力——脆性断裂应力状态柔度系数（软性系数）软性应力状态：α1α越大，应力状态越软，易引起塑性变形硬性应力状态：α1α越小，应力状态越硬，易引起脆性断裂应力正断一定是脆性断裂？ 失效分析 失效分析 失效分析 单向应力状态纯剪切应力状态对于塑性材料对于脆性材料对于塑性材料对于脆性材料满足是否强度就没有问题了？复杂应力状态 失效分析《失效分析基础与应用》孙智 机械工业出版社2.5 应力分析与失效分析 失效分析2.5.2 单向拉（压）应力 在生产实际中，受拉（压）应力的构件是多种多样的，如连杆、螺栓、钢丝绳等。1、评定单向应力的指标（1）数学表达式 对于脆性材料 对于塑性材料（2）安全系数 2、提高材料强韧性能