机械零件的失效分析思路与基本知识介绍课件.ppt

机械零件的失效分析思路与基本知识介绍 2014 04 18 2 主要内容 失效分析工作在汽车领域中的作用 5 1 术语与失效分析目的 根据公安部提供的数据 截至2013年底 我国汽车保有量达1 37亿辆 是2003年的5 7倍 随着经济社会的发展 汽车快速进入千家万户 近十年汽车年均增加1100多万辆 引言 中国汽车厂及零部件供应商起步晚 产品设计 零部件制造 整车装配 质量管理等环节均在不断提高阶段 零件失效 现状 用户 对汽车保养 正确使用知识及经验欠缺 货车超载现象严重 失效分析是从现在入手着眼于未来 从失败入手着眼于成功的科学 我国于1980年在中国机械工程学会材料分会内成立了失效分析委员会 每二年组织一次全国性的机械行业失效分析学术交流会 组织全国性的失效分析工作 自1983年起 将失效分析课程列为工科院校材料科学与工程类专业的必修课程 清华大学 浙江大学则列为机械类或工科类学生的选修课和研究生课程 1998年成立我国机械工程学会失效分析学会 二级独立学会 如今 失效分析已对提高产品质量和可靠性 改进设计与工艺 新材料的发展 进行事故仲裁 完善技术标准和提高经济效益等方面起着作用 此次培训的主要目的 让从事机械零件的产品 工艺 材料及质量分析人员了解失效分析的工作程序及其作用 以便在产品失效后能正确处理及保护好失效件或在寻找失效原因工作中少走弯路 使从失效分析中找出的原因能为今后的质量改进提供依据 使产品质量不断提高 失效分析工作在我国的现状 名词解释 形状 尺寸 材料性能 1 判断零件失效性质 提高产品质量 2 分析零件失效原因 为事故责任认定 赔偿 保险 修改产品质量标准提供依据 3 质量改进及失效的预防 避免同类零件的失效现象重复发生 4 对缺陷产品的风险评估 为决策者提供参考信息 失效分析的目的 任一产品不可能有无限使用寿命 从技术和经济上考虑 也没有必要要求机械零件永不失效 而是要求生产出的零件在给定的寿命期限内不发生早期失效或者把产品失效限制在给定的范围内 7 分析方法及手段相同 但分析对象 分析目的及判断的依据不同 废品分析 8 2 机械零件失效的类型 9 3 失效分析的基本程序 一个机械零件的失效过程除与受力状态有关外 还与材料性能 温度 介质等环境因素有关 因此 对一个机械零件进行失效分析不仅要了解该件的服役状况 而且还要从产品设计 选材 冷热加工 制造工艺 装配等方面进行调查 分析 验证 找出引起失效的主要原因 显然涉及面较广 但是也并非所有失效件都要全部按这些项目一一分析 对一个简单的失效件 失效分析过程也相应简单 无关因素可相应省略 零件失效的起源来自于零件的最薄弱处 遵循木桶的短板效应 10 失效分析的基本程序及意义 失效分析程序视失效件的具体情况而定 对一个较复杂的失效必须设置一个程序 否则的话 不仅会影响工作进展 还会漏取数据 甚至把先应取的数据被另一提前的步骤给毁掉 例如 对一断裂件 在还未进行断口分析前就把断口破坏进行材质分析 因此而失去了断裂形式的判断机会 对分析的结论也将受到影响 分析报告 材料分析 理化分析 对失效总成件的宏观分析 情况调查 验证试验 失效分析故障树法 12 4 失效分析的常用分析手段及选用原则 13 对失效零件的失效情况调查是失效分析的第一步 也是很重要的一步 了解与失效件有关的背景材料和现场情况 失效件的服役条件 使用功能 设计要求 工作经历等 此阶段的主要工作 对汽车零件失效件而言 即 汽车的使用日期及生产日期 汽车的行驶里程 汽车服役地区及服役中的环境介质情况 与失效件的相关件情况 该零件的设计要求与技术参数等 台架试验的性质 运行寿命等 在有些难以用文字叙述的情况下 对失效件损坏的外貌拍照也是必不可少的一项内容 14 善于对待不同意见 甚至互相矛盾的意见 在调查中各类有关人员 维修服务站 司机 交警 设计 工艺 材料 检验 零件供应商等 中 其在工作经历 工作性质 知识和认识水平 对情况的了解程度等方面有差异 甚至还有涉及个人的责任和利益的问题 所以他们所反映的情况 看法和意见是不同的 在这种情况下不要急于判断其是非 失效情况调查阶段的注意点 不遗漏任何细节 注意收集相关细节 包括断裂后的小碎片 举例说明 做好书面纪录 对那些有关失效因果关系的见解 列举的征兆和症状 根据 疑点和线索等及时记录下来 加以归纳整理 照相技术的正确运用突出拍照的关注点 避开无关内容 考虑照片反差 避免复印件无法识别图像 注意金属零件的反光点 避免造成误解或信息损失 切忌主观臆断或先入为主的偏见 应将了解到的情况进行客观分析不应以是否符合自己的设想而决定其取舍 案例 哥伦比亚失事飞机的调查 为了查清原因 由材料和工艺的工程师及科学家组成调查组 从2003 2月1日到4月4日 共17 400个电话 电子邮件 报告等 见了2 900个目击证人 收到700分照片和录像以及报告 在肯尼迪航天中心 把在得克萨斯州和路易斯安纳州历时四个月收集来的8 4万片大约38 飞机的残骸进行分类和重新组装 分析飞机残骸及碎片的飞离方向 简便 迅速 试样尺寸不受限制 不必破坏断裂零件 观察范围大 能观察与分析破断全貌 裂缝和零件形状的关系 断口与变形方向的关系 断口与受力状态 主应力与切应力 的关系 能够初步判断断裂起源位置 断裂性质与原因 缩小进一步分析研究的范围 可为进一步分析取样部位和数量的确定提供线索和依据 宏观分析方法是破断故障分析中最方便 最常用 最重要的不可缺少的步骤和方法 是整个失效分析的基础 宏观分析法的特点 17 借助肉眼 放大镜及体视显微镜对失效件进行全面观察 并进行首先破坏件的判断 残骸拼凑 裂纹起始位置判断 零件表面状况 油脂损失情况及零件腐蚀情况等 此阶段的主要工作 此阶段注意点 观察故障件是否有变形 弯曲 颈缩及断裂裂纹发展方向等 以初步判断零件工作过程中的受力方向 应力状态 进而初步推断导致失效的几种可能性 观察零件表面有无过烧 摺迭 斑疤裂纹等热加工缺陷 有无机加工刀痕 刮伤 划痕等机加工缺陷 进而判断冷热加工质量 观察零件是否有腐蚀 磨损 接触疲劳麻坑等缺陷 以及其相关件的工作情况 18 痕迹分析不仅可对事故和失效的发生 发展过程作出判断 并可为分析结论提供可靠的依据 痕迹的定义 环境作用于系统 在系统表面留下的标记称为痕迹 在机械失效时 定义中的 系统 即为 机械 而 环境 中的力学 化学 热学 电学等因素 作用 于机械 在机械表面及表面层所留下的损伤性标记 便是痕迹 痕迹标记包括表面形貌 花样 成分 或材料迁移 颜色 表层组织 性能 残余应力以及表面污染状态等的变化 痕迹分析就是对上述变化特征进行诊断鉴别 并找出其变化的过程和原因 为事故和机械失效分析提供线索和证据 19 根据痕迹形成机理和条件的不同 可以把痕迹分成以下几类 机械接触痕迹 如 压痕 划痕 粘着痕迹 摩擦痕等 腐蚀痕迹电侵蚀痕迹 电腐蚀损伤痕迹 电接触粘附 电磨损痕迹等 污染痕迹分离物痕迹热损伤痕迹 热冲击 热腐蚀 低熔点金属的热污染等 加工痕迹 痕迹的分类 断口分析是断裂失效分析中相当关键及重要的一步 因为断口总是忠实地记录着断裂的原因 过程和瞬间的状况 因此断口分析是整个断裂失效分析的重要组成部分和必不可少的步骤 断口学 断口是试样或零件发生断裂所形成的断面 断口以形貌特征记录了材料在载荷和环境作用下断裂前的不可逆变形 以及裂纹的萌生和扩展直止断裂的全过程 断口学就是通过定性和定量分析来识别这些特征 并将这些特征与发生损伤乃至最终失效的过程联系起来 找出与失效相关的内在或外在原因的科学技术 扫描电镜的问世 使断口的微观细节分析成为可能 直接促进了断口学的完善 21 借助放大镜 体视显微镜及电子显微镜对失效件断口进行观察与分析 通过断口分析确定断裂性质 疲劳源位置 寻找首先破坏件 观察断口的颜色 粗糙度 花纹 唇口 边缘情况 微观特征 进而确定断裂失效的方式 断裂源的位置等 如脆断 韧性断及疲劳断 它是受到什么方向和什么种类的载荷而破坏 注意断口保护 避免手指触摸和擦试断口表面 切不可试图把断裂部件的破碎片互相接触对齐以恢复其原状 以免破坏断口表面 尽量避免用水洗涤断口表面 当必须用水洗时 需用丙酮或酒精漂洗吹干后才能储存到干燥器皿中 此阶段注意点 氢脆断口 断口分析阶段主要工作 22 断裂前发生明显的塑性变形 断口表面成纤维状 断口的颜色呈灰暗色 断口外貌呈杯锥状 此时主应力垂直于杯锥低 锥面平行于最大切应力 与主应力呈45 角 断口平行于最大切应力时 与主应力呈45 角的剪切断口 韧性断裂的断口一般能寻见纤维区和剪唇区 韧性断裂一般由超载引起 纤维区一般是断裂源区 剪切唇总是在断口的边缘 并与构件的表面约成45 夹角 在电子显微镜下的微观形貌通常有韧窝 韧性断口特征 23 脆性断口特征 断裂前无塑性变形 断口附近无缩颈现象 断口一般与正应力垂直 断口表面平齐 断口表面无剪切唇 断口颜色有时比较光亮 有时比较暗灰 但仍比韧性金属的纤维状断口要亮 当转动断口时 断口上呈现闪闪反光的小平面 较灰暗的脆性断口则呈现无定型的粗糙表面 有时也出现晶粒的外形 钢板 一种脆性断口断裂源判断方法 脆性断口有时还具有另一种特殊的宏观形貌特征 呈现出裂纹急速扩展形成的放射状撕裂棱形 即所谓人字状条纹 山形条纹或松枝状花样等 它们的交点均指向裂纹源 即山形条纹汇集的方向和人字条纹所指的最终方向即为断裂的起点 而裂纹的扩展方向则为山形或人字扩大方向 脆性断裂的主要特征 1 零件断成两部分或碎成多块2 断裂后的残片能很好地拼凑复原 断口能很好地吻合 在断口附近没有宏观的塑性变形迹象3 脆断时承受的工作应力很低 一般低于材料的屈服强度4 断裂的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始5 温度降低 脆断倾向增加6 脆断断口宏观上平直 断面与正应力垂直 断口上往往能观察到放射状或人字纹条纹 26 疲劳断口特征 疲劳断口示意图 三个区域 低强度钢中疲劳辉纹 疲劳裂纹的形成示意图 1 它可能在名义应力远低于材料的屈服强度 甚至弹性极限以下发生 2 它对材料缺陷 零件形状 表面状态和环境条件等因素都非常密感 3 它属脆性断裂 直至零件突然断裂前 都没有明显的宏观塑性变形 不易被察觉 28 疲劳破坏是工程零件失效的最常见形式 约占失效零件总数的90 同时也是最危险的失效形式之一 零部件疲劳断裂分析评价的三要素 29 各种类型的疲劳断口形态示意图 30 1 一般来说 如果韧性断口 脆性断口 疲劳断口三种断口同时存在时 其中疲劳断口是首先破坏件 首先断裂件的判断原则 4 当各断裂件均为韧性断裂时 则应根据各零件的受力状态 结构特性 断裂的走向 材质与性能等进行综合分析与评定 才能找出首先断裂失效件 3 当存在两个或两个以上的疲劳断裂件时 低应力疲劳断裂件出现在前 而大应力疲劳断裂件出现在后 2 在多个断裂件中 既有韧性断口 又有脆性断口时 一般脆性断裂件发生在前 韧性断裂件发生在后 对材质的冶金质量分析 它包括化学成份 力学性能 物理性能 金相组织及材料缺陷及无损检测等 对这些项目的分析并不一定同时进行 根据对失效情况的初步判断 可首先进行其中的一项或几项 在进行这些项目分析时 取样也是非常关键的一步 最好在外观检查及断口分析之后在能反映失效特征处取样 此阶段主要工作 金相分析是研究材料内部组织和缺陷的主要方法之一 它在材料研究中占有重要的地位 利用金相显微镜将试样放大100 1500倍来研究材料内部组织的方法称为金相显微分析法 是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术 显微分析可以研究材料内部的组织与其化学成分的关系 可以确定各类材料经不同加工及热处理后的显微组织 可以判别材料质量的优劣 如金属材料中诸如氧化物 硫化物等各种非金属夹杂物在显微组织中的大小 数量 分布情况及晶粒度的大小等 金相检验目的 研究材料的内部组织和性能之间的关系 评定材料的内在质量 金相分析 2020 1 30 体式显微镜 体视显微镜又称 实体显微镜 或 立体显微镜 是一种具有正像立体感地显微镜 被广泛地应用于材料宏观表面观察 失效分析 断口分析等工业领域 转向拉杆 低应力双向弯曲疲劳 2020 1 30 金相显微镜 金相显微镜分为倒置式及正置式两种 正置式显微镜 倒置式显微镜 2020 1 30 电子显微镜 电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜 扫描式电子显微镜 反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等 透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构 扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌 也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合 构成电子探针 用于物质成分分析 发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究 在代金相显微分析中 使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜两大类 光学显微镜 电子显微镜 对策 在还原性或保护性气氛中完成零件的热处理影响因素 加热介质 O2 CO2及水蒸气是氧化脱碳性强的气体 危害 是造成淬火软点和开裂的根源 内氧化 部分脱碳 全脱碳 氧化与脱碳 对策 合理的热处理工艺参数 对大型或复杂零件采取预热 分段加热或降低加热速度 消除晶粒长大因素 通过多次的正火或退火细化晶粒影响因素 加热温度 高温保温时间 炉中放置方式 装炉量危害 力学性能显著下降 脆性增加 过热与过烧 过热 过烧 硬度试验 常用布 洛 维硬度的优势及局限 1 30 2020 41 常用硬度试验及适应范围 2020 1 30 常用无损探伤的方法 在不破坏前提下 检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称 无损检测NDT 无损探伤 检测工件宏观缺陷的无损检测 无损检测的最大特点就是非破坏检测 产品的检查率可以达到100 但是 并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测 某些试验只能采用破坏性试验 因此 在目前无损检测还不能代替破坏性检测 也就是说 对一个工件 材料 机器设备的评价 必须把无损检测的结果与破坏性试验的结果互相对比和配合 才能作出准确的评定 隔皮猜瓜是生活中的无损检测 无损检测 磁粉探伤 MT 线圈法 将工件放在通有电流的螺管线圈内磁化的方法 它有利于发现与线圈轴垂直的缺陷 当被磁化的铁磁性材料表面或近表面存在缺陷 或组织状态的变化 从而导致该处的磁阻有足够的变化时 在材料表面空间可形成漏磁场 如图1 1所示 将微细的铁磁性粉末 磁粉 施加在此表面上 漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示出缺陷的存在及形状 磁粉检测 磁粉探伤原理 图1 1不连续性处的漏磁场和磁痕分布 2020 1 30 前处理 磁化 磁粉使用 观察 后期处理 磁粉检测基本步骤 标准试片 是磁粉探伤时必备的工具 可用来检查探伤设备 磁悬液的综合使用性能以及操作方法是否适当 去污垢 退磁 去磁粉 防锈 裂纹与磁力线方向垂直 常用的有可见光下使用的白 黑 红色等颜色的磁粉 以及利用荧光发光的荧光磁粉 荧光磁粉须在紫外线灯下观察 2020 1 30 它是一种表面检测方法 主要用来探测诸如肉眼无法识别的裂纹之类的表面损伤 如检测不锈钢材料近表面缺陷 裂纹 气孔 疏松 分层 未焊透及未熔合等缺陷 也称为PT检测 适用于检查致密性金属材料 焊缝 非金属材料 玻璃 陶瓷 氟塑料 及制品表面开口性的缺陷 裂纹 气孔等 利用毛细现象使渗透液渗入缺陷 工件表面被施涂含有荧光染料或者着色染料的渗透剂后 在毛细作用下 经过一定时间 渗透剂可以渗入表面开口缺陷中 去除工作表面多余的渗透剂 经过干燥后 再在工件表面施涂显像剂 同样在毛细作用下 显像剂将吸引缺陷中残留的渗透剂 即渗透剂回渗到显像中 在一定的光源下 缺陷处的渗透剂痕迹被显示 从而探测出缺陷的形貌及分布状态 着色探伤原理 渗透探伤 着色探伤 PT 2020 1 30 渗透检测基本步骤 预处理 渗透 清洗 显像 观察 后处理 2020 1 30 将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测的金属管外 见图 这时线圈内及其附近将产生交变磁场 使试件中产生呈旋涡状的感应交变电流 称为涡流 涡流的分布和大小 除与线圈的形状和尺寸 交流电流的大小和频率等有关外 还取决于试件的电导率 磁导率 形状和尺寸 与线圈的距离以及表面有无裂纹缺陷等 因而 在保持其他因素相对不变的条件下 用一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化 可推知试件中涡流的大小和相位变化 进而获得有关电导率 缺陷 材质状况和其他物理量 如形状 尺寸等 的变化或缺陷存在等信息 涡流探伤 ET 涡流探伤原理 由于涡流是交变电流 具有集肤效应 所检测到的信息仅能反映试件表面或近表面处的情况 基本概念 利用铁磁线圈在工件中感生的涡流 分析工件内部质量状况的无损检测方法称为涡流检测 2020 1 30 X射线探伤 RT X射线探伤原理 影像形成原理 是由于X线的特性和零件的致密度与厚度之差异所致 利用X射线在介质中传播时的衰减特性 当将强度均匀的射线从被检件的一面注入其中时 由于缺陷与被检件基体材料对射线的衰减特性不同 透过被检件后的射线强度将会不均匀 用胶片照相 荧光屏直接观测等方法在其对面检测透过被检件后的射线强度 即可判断被检件表面或内部是否存在缺陷 异质点 基本概念 X射线探伤是指用X射线穿透试件 以胶片或图像作为记录信息的器材的无损检测方法 该方法是最基本的 应用最广泛的一种非破坏性检验方法 可以获得缺陷的直观图像 定性准确 对长度 宽度尺寸的定量也比较准 对体积型缺陷 气孔 夹渣 烧穿 咬边 焊瘤 凹坑等 检出率很高 对面积型缺陷 未焊透 裂纹等 如果照相角度不适当 容易漏检 被检工件的厚度与检验灵敏度有关 适宜检验对接焊缝 不适宜检验角焊缝以及板材 棒材 锻件等 设备贵 检测成本高 检测速度慢具有辐射生物效应 对人体健康有一定伤害检测结果有直接记录 可长期保存 射线照相法的特点 2020 1 30 超声波探伤 UT 基本概念 超声波在被检测材料中传播时 材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响 通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化 超声波探伤原理 利用超声波在界面 声阻抗不同的两种介质的结合面 出的反射和折射以及超声波在介质中传播过程中的衰减 由发射探头向被检件发射超声波 由接收探头接收从界面 缺陷或本底 处反射回来超声波 反射法 或透过被检件后的透射波 透射法 以此检测备件部件是否存在缺陷 并对缺陷进行定位 定性与定量 超声检测主要应用于对金属板材 管材和棒材 铸件 锻件和焊缝以及桥梁 房屋建筑等混凝土构建的检测 利用声音来检测物体的好坏 这种方法早已被人们所采用 例如 用手拍拍西瓜听听是否熟了 医生敲敲病人的胸部 检验内脏是否正常 用手敲敲瓷碗 看看瓷碗是否坏了等等 声波频率超过人耳听觉 频率比20千赫兹高的声波叫超声波 用于探伤的超声波 频率为0 4 25兆赫兹 其中用得最多的是1 5兆赫兹 2020 1 30 无损检测常用的几种方法及适应范围 2020 1 30 52 5 检验结果的分歧性 4 严格性 3 动态性 2 互容性 1 非破坏性 无损检测特点 是指在获得检测结果的同时 除了剔除不合格品外 不损失零件 因此 检测规模不受零件多少的限制 既可抽样检验 又可在必要时采用普检 因而 更具有灵活性 普检 抽检均可 和可靠性 即指检验方法的互容性 即 同一零件可同时或依次采用不同的检验方法 而且又可重复地进行同一检验 这也是非破坏性带来的好处 无损探伤方法可对使用中的零件进行检验 而且能够适时考察产品运行期的累计影响 因而 可查明结构的失效机理 是指无损检测技术的严格性 首先无损检测需要专用仪器 设备 同时也需要专门训练的检验人员 按照严格的规程和标准进行操作 不同的检测人员对同一试件的检测结果可能有分歧 特别是在超声波检验时 同一检验项目要由两个检验人员来完成 需要 会诊 53 硬度试验 选择正确的硬度试验方法 各种硬度方法适应范围见后附表 理化检验阶段的注意点 化学成分分析 不仅要对合金成份进行分析 更多的是微区成份的分析 尤其是断裂起始部位 此处的成份常常与断裂的原因更具有直接联系 取样部位相当重要 金相检验 取样 制样及腐蚀剂的选择非常关键 应在能反映失效特征处取样 制样时防止假象产生 腐蚀剂应能充分显现出组织的各组成相 有时根据需要会在不同的区域处取多块试样 切忌怕麻烦 否则会失掉很多有用的信息 另外 会缺陷组织的识别及熟知材料冶金缺陷产生原因对正确取样也有相当大的帮助重要 可少走许多弯路 机械性能常由硬度检验开始 在可能的情况下 可做常规的弯曲 拉伸 冲击等 但在作结论判断时注意零件是否已受到的强化影响 54 裂纹和断口均是表述断裂失效过程不同阶段的术语 在力的作用下 零件表面或内部的连续性遭到破坏而未最终破断之前称为裂纹 最终破断的断裂面称为断口 断裂经历裂纹的萌生 扩展直至最终破断等不同阶段 而每一阶段都与内部的 外部的 力学的 化学的以及物理的诸多因素有关 断裂过程的每一阶段会在断口上留下相应的痕迹 形貌与特征 断口和裂纹分析就是通过对这些痕迹 形貌与特征的观察 鉴别及分析 揭示出断裂过程的相关因素 从而判明断裂失效的性质与机理 因此 断口和裂纹分析是断裂失效分析的基础 56 裂纹特性 要注意裂纹的形态 起源位置 裂纹走向 裂纹两侧及尾部的情况 最后确定裂纹性质 工艺裂纹 使用裂纹 裂纹源的判断 通常起源于零件的应力集中处 或在各种工艺过程中所造成的材料缺陷处 当出现多条裂纹时 应找出主裂纹 裂纹源则在主裂纹源头 由应力集中引起的裂纹一般起源于深刀痕 刮伤 园角 台阶 处 由材料缺陷引起的裂纹一般起源于材料的折叠 偏析 夹杂物 缺陷组织 处 工艺裂纹度在生产工艺过程中产生的裂纹 如 铸造裂纹 锻轧裂纹 焊接裂纹 热处理裂纹 磨削裂纹 白点 折叠等 使用裂纹度在使用过程中产生的裂纹 如 疲劳裂纹 蠕变裂纹 韧性撕裂 应力腐蚀裂纹 包括氢脆裂纹 等 热处理淬火裂纹 钢件淬火裂纹的基本形态 纵向裂纹 剥离裂纹 网状裂纹 横向裂纹 在热处理淬火过程中 当淬火产生的内应力大于材料的断裂强度时便会导致裂纹产生 淬火裂纹往往是马氏体转变开始进行后不久产生的 裂纹分一般容易在工件的尖角 截面突变处形成 残余应力 在一定条件下控制残余应力使之合理分布 可以提高零件的机械性能和使用寿命 变有害为有利 例如对齿轮喷丸增加零件表面压应力可提高疲劳寿命 表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视 零件在制造过程中 将受到来自各种工艺等因素的作用在零件内部产生应力 当这些因素消失之后仍有部分应力保留在零件内部 这部分内应力称为残余应力 热处理残余应力是指工件经热处理后最终残存下来的应力 对工件的形状 尺寸和性能都有极为重要的影响 当它超过材料的屈服强度时 便引起工件的变形 超过材料的强度极限时就会使工件开裂 这是它有害的一面 应当减少和消除 残余应力对零件的影响有弊也有利 钢件的淬火变形和裂纹基本上都是由淬火时在钢件中产生的内应力引起的 内应力包括 热应力及组织应力 淬火内应力 热处理中重要概念 热应力 由热胀冷缩产生的应力热应力取决于加热温度 加热速度 零件截面厚薄的差异程度以及加热 冷却的均匀性等 热应力造成的残余应力特点 表层为压应力 心部为拉应力 拉应力可使零件开裂 表面压应力可提高零件的疲劳强度 组织应力 由相变产生的应力组织应力取决于马氏体转变温度 残余奥氏体量 此外 钢的淬透性 原始组织 淬火温度以及冷却速度也是影响组织应力的重要因素 组织应力造成的残余应力特点 表层为拉应力 心部为压应力 实践证明