机械工程材料_沈莲_01章_ 机械零件的失效分析讲解

1、 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第一章机械零件的失效分析 FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTSFAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS 1. 零件的失效：零件的失效：任何机械零件或结构件都具有一定的 功能，如在载荷、温度、介质等作用下保持一定的 几何形状和尺寸，实现规定的机械运动，传递力和 功。零件若失去设计要求的效能即为失效。 2. 零件失效的原因：零件失效的原因：造成零件失效的原因是多方面的， 它涉及到机构设计、材料选择、

2、加工制造、装配调 整及使用与保养等因素，但从本质上看，零件失效 都是由于外界载荷、温度、介质等的损害作用超过 了材料抵抗损害的能力造成的。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第一章机械零件的失效分析 FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTSFAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS 2. 零件失效的原因：零件失效的原因：为了预防零件失效，必须做到设 计正确，选材恰当和工艺合理。为此，我们不仅要 熟悉零件的工作条件，掌握零件的受力和运动规

3、律， 还要把它们和材料的性能结合起来，即从零件的工 作条件中找出其对材料的性能要求，然后才能做到 正确选择材料和合理制定冷、热加工的技术条件及 工艺路线。 而研究零件各种形式的失效是深刻了解零件工作 条件的基础。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第一章机械零件的失效分析 FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTSFAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS 2. 零件失效的原因：零件失效的原因：通过观察零件的失效特征，找出 造成失效的原因

4、，从而确定相应的失效抗力指标， 为制定技术条件、正确选材和制订合理工艺提供依 据。因此，研究零件的失效具有重要的意义。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第一章机械零件的失效分析 FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTSFAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS 3. 常见的失效方式常见的失效方式 过量变形过量变形 Excessive deformation 断裂断裂 Fracture 疲劳疲劳 Fatigue 磨损磨损 Wear 高温

5、蠕变高温蠕变 High temperature creep 腐蚀腐蚀 Corrosion SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第一节 零件在常温静载下的过量变形 一、工程材料在静拉伸时的应力应变行为一、工程材料在静拉伸时的应力应变行为 1. 1. 低碳钢的应力应变行为低碳钢的应力应变行为 OA: : 弹性变形弹性变形 ABC: 屈服屈服 CDE: 塑性变形塑性变形 E: 断裂断裂 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机

6、械工程材料 退火态低碳钢的应力应变曲线退火态低碳钢的应力应变曲线 比例极限 弹性极限 屈服强度 抗拉强度 断裂强度 : p : e : s : b : k SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 2. 其他类型材料的应力应变行为其他类型材料的应力应变行为 其他材料的应力应变曲线其他材料的应力应变曲线 11纯金属纯金属, 2, 2脆性材料脆性材料, 3, 3高弹性材料高弹性材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材

7、料 零（构）件受力时抵抗弹性变形的能力，它 等于材料弹性模量与零（构）件横截面积的乘积。 1. 刚度刚度 二、静载性能指标二、静载性能指标 单向拉伸单向拉伸( (或压缩或压缩):): 纯剪切纯剪切: : F A E F EA :E 弹性模量 FA G F GA :G 切变模量 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。2. 强度强度 比例极限 弹性极限 屈服强度 抗拉强度 断裂强度 : p : e : s : b : k SCHOOL OF ELECTRONICAL

8、AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 是指材料弹性变形的大小。常用弹性变形时 吸收的弹性能u来表示。 3. 弹性弹性 弹性模量 最大弹性应变 弹性能 :E : e :u 2 1 2 e E E 1 2 ee u SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 是指材料断裂前发生塑性变形的能力。常用 断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。 4. 塑性塑性 断后伸长率 0 0 100% LL L 断面收缩率 0 0 100% AA A 显然，断后伸长率和断面收缩率越

9、大，材料的 塑性越好。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 表征材料软硬程度的性能，具体来说是指材 料抵抗压入和刻画的能力。 5. 硬度硬度 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 在刚度设计时，常规定零件的最大弹性变 形 或 （扭转角）必须小于许可的弹性变形量 或 。 有些零件在一定载荷下只允许一定的弹性变形， 若发生过量变形就会造成失效。例如镗床镗杆若发生较 大弹性变形，其镗出的孔径就会偏小或有锥度。 三

10、、过量弹性变形失效三、过量弹性变形失效 1. 现象现象 又如齿轮轴，若其刚度不足，产生过量弹性变形， 则会影响齿轮的正常啮合，加速齿轮磨损，增加噪音。 ll ll 2. 刚度条件刚度条件 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 抗拉条件下 Fl ll EA 扭转条件下 n p M GI 当零件尺寸和外加载荷一定时，材料的弹性模量E （或切变模量G）越高，零件的弹性变形愈小，则刚度 愈好。 选用弹性模量E高的材料。 增大零件的横截面积A。 3. 防止措施防止措施 SCHOOL OF ELECTRONICA

11、L AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 4. 各种材料的弹性模量各种材料的弹性模量 弹性模量以陶瓷材料最高，钢铁材料次之，有色金 属材料再次之，高分子材料最低。 弹性模量E（或切变模量G）主要取决于材料中原 子本性和原子间结合力。熔点高低可以反映原子间结合 力强弱，通常材料的熔点越高，其弹性模量也越高。另 外，弹性模量对温度很敏感，随温度升高而降低。 应该指出，金属材料的弹性模量主要取决于基体金 属的性质，当基体金属一定时，不能通过合金化、热处 理、冷变形等方法使之改变。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATI

12、ON ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 四、过量塑性变形失效四、过量塑性变形失效 绝大多数机器零件在使用过程中都处于弹性变形状态， 不允许产生塑性变形。 实际使用的工程材料大多数是弹塑性材料、弹性极限 和塑性变形并无明显的分界点，很难测出它们的准确数值。 因此采取人为规定的方法，把产生规定的微量塑性伸长率 所对应的应力作为“条件比例/弹性极限”、“条件屈服 强度”，它们之间并无本质区别。 顺便指出，比例极限、弹性极限、屈服极限是对材料 成分、组

13、织敏感的力学性能指标，可以通过合金化、热处 理、冷变形等方法使之改变。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第二节 零件在静载和冲击载荷下的断裂 一、韧断和脆断的基本概念一、韧断和脆断的基本概念 所谓断裂是材料在应力作用下分为两个或两个以上部 分的现象。根据材料断裂前所产生的宏观变形量大小，将 断裂分为韧性断裂和脆性断裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 断裂前发生明显宏观塑性变形的断裂。 断裂前未发

14、生明显 宏观塑性变形的断裂。 1. 1. 韧性断裂韧性断裂 2. 2. 脆性断裂脆性断裂 断口特征：杯锥状，暗灰色。 断口特征：断口平齐，颜色光亮。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 由于韧性断裂前发生明显塑性变形，这就等于预先警 告人们注意，因此不会造成严重事故。 而脆性断裂没有明显征兆，因而危害性极大， 研究表明，无论是韧性断裂还是脆性断裂，其断裂过 程均包含裂纹形成和扩展两个阶段。材料在外力作用下形 成微裂纹或者以原有的内部缺陷（如微裂纹、空孔、杂质 等）作为裂纹源，当裂纹源逐渐扩展到一个临

15、界裂纹长度 时，立刻发生断裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 断裂的整个过程可分为裂纹亚稳扩展阶段和失稳扩展 阶段。 裂纹亚稳扩展阶段：裂纹自形成到扩展至临界裂纹长 度的过程。在这一阶段裂纹扩展阻力大，扩展速度较慢。 对于脆性断裂，裂纹形成后很快达到临界长度，几乎 不经历裂纹亚稳扩展阶段就进入裂纹失稳扩展阶段，裂纹 扩展速度极快，所以脆性断裂前无明显塑性变形。 裂纹失稳扩展阶段：裂纹达到临界裂纹长度后的扩展 阶段。在这一阶段裂纹扩展阻力小，扩展速度很快。 韧性是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸

16、收能量的 能力，它是材料强度和塑性的综合表现。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 所谓冲击韧性，是指材料在冲击载荷作用 下吸收塑性变形功和断裂功的能力，常用标准试样的冲击 吸收功 表示。 二、冲击韧性及其度量指标二、冲击韧性及其度量指标 K A 1. 1. 冲击韧性冲击韧性 2. 2. 冲击实验冲击实验 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 冲击吸收功 或冲击韧度 是衡量材料冲击韧性的 力学性能指标。 3

17、. 3. 冲击韧度冲击韧度冲击吸收功与试样断面面积的比值，用 表示。 K K K K A F 2 J cm g K A K F 冲击功 试样断面面积 K K A 冲击吸收功或冲击韧度是对材料成分、组织敏感的力 学性能指标，可以通过合金化、热处理等方法改变。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 4. 4. 冲击韧度与温度的关系冲击韧度与温度的关系 三种钢的冲击韧度随温度变化曲线示意图三种钢的冲击韧度随温度变化曲线示意图 冲击韧度随温冲击韧度随温 度降低而减小度降低而减小 存在韧脆转变存在韧脆转变 温度

18、温度TK SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 三、影响脆断的因素三、影响脆断的因素 1. 1. 材料本性和加载方式材料本性和加载方式 2. 2. 温度和加载速度温度和加载速度 在拉伸载荷下，屈服 强度随温度降低而升高， 但正断强度基本不变， 为韧脆转变温度。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 3. 3. 应力集中应力集中 当材料有缺口时，缺口 根部有应力集中，改变了该 处三向应力分布，使缺口前 沿切应力

19、减小，导致应力状 态变硬，容易引起材料脆化。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 4. 4. 零件尺寸零件尺寸 零件截面尺寸愈大,愈易脆断。 因为薄件处于平面应力状态，而厚件中心受三向拉 应力，处于平面应变状态而易造成脆断。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 为了防止脆性断裂，过去传统的设计方法是，一 方面要求零件的工作应力 ， 为安全 系数；另一方面要求材料有足够的塑性 、 和 韧 性 和 。 四、断

20、裂韧性及其衡量指标四、断裂韧性及其衡量指标 s kk K A K 即使这样，也不可能保证零件不发生低应力脆断。 因为这种设计思想没有考虑到一般材料中都存在着微 小的宏观裂纹（原材料中的冶金缺陷、热处理裂纹、 焊接裂纹、锻造裂纹、疲劳裂纹等）。正是这种宏观 裂纹的存在，引起材料的低应力脆性断裂，断裂力学 就是在这样的背景下产生的。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 断裂力学提出了材料抵抗脆性断裂的力学性能指 标断裂韧度 ，它是材料抵抗裂纹失稳扩展的 能力，其单位是 或 。 1 2 MPa m IC

21、K 断裂韧度断裂韧度 3 2 MN m 1 2 IIC KY aK I K 12Y : a : 裂纹尖端应力场强度因子 : 裂纹的几何形状因子 : 零件工作应力 : 裂纹半长度 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 : 泊松比 三、影响脆断的因素三、影响脆断的因素 1.1.加载方式和材料本性加载方式和材料本性 工程力学表明，零件在外力作用下，其内部各点的 应力状态都可用三个主应力 、 、 来 表示。根据这三个主应力可以计算出各点所受的最大切 应力和“最大正应力”。 1 2 3 123 最大切应力最大切

22、应力: : “最大正应最大正应 力力”: : max13 2 max123 vv 应力状态软硬系数应力状态软硬系数: : maxmax SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 加载方式不同，材料的应力状态不同，则 不同。 若以最大切应力 为纵坐标，“最大正应力” 为横坐标，就可以画出材料的力学状态图。 max max 从该图可以直接判断加载方式对断裂类型的影响。 例如某材料在三向不等拉伸（即缺口试样拉伸）情 况下，代表该应力状态的射线 直接与 线相 交，故其断裂前只发生弹性变形，表现为宏观正断式的 脆性

23、断裂。 k 0.5 在单向拉伸时 ，表现为宏观正断式的韧性 断裂。 0.5 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 在扭转情况下 ，表现为切断式的韧性断裂。 0.8 应力状态软硬系数 越大，应力状态越软，脆断倾 向愈小。 应力状态软硬系数 越小，应力状态越硬，脆断倾 向愈大。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第三节 零件在交变载荷 下的疲劳断裂 一、疲劳的基本概念一、疲劳的基本概念 1. 1. 交变载荷交

24、变载荷 方向及大小随时间周期性变化的载荷。 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，叫做疲劳断裂。 如轴、齿轮、弹簧等许多零件都是在交变载荷下 工作的。机械零件断裂失效中有80%以上属于疲劳断 裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 应力幅应力幅: : 平均应力平均应力: : maxmin 2 a maxmin 2 m 应力比应力比: : minmax

25、r 最大应力最大应力: : 最小应力最小应力: : max min 描述交变载荷的几个参量： SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 2. 2. 疲劳断裂的特点疲劳断裂的特点 低应力：常常明显低于静载下的屈服强度。 突然性：断裂时无明显的宏观塑性变形，无预 兆而是突然地发生，为脆性断裂，即使在静载和冲击 载荷下有大量塑性变形的塑性材料，发生疲劳断裂时 也显示出脆性断裂的宏观特征因而具有很大的危险性。 疲劳断裂过程： 疲劳裂纹萌生裂纹扩展最终断裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND I

26、NFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 二、疲劳断口的特征二、疲劳断口的特征 分三个区域分三个区域 疲劳源区疲劳源区 疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区 最后断裂区最后断裂区 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 1. 疲劳裂纹源区疲劳裂纹源区 形成于应力形成于应力 集中处集中处 内部缺陷（夹杂物，孔洞）内部缺陷（夹杂物，孔洞） 加工缺陷加工缺陷(刀痕刀痕,微裂纹微裂纹) 不当设计不当设计(截面突然变化截面突然变化) 2. 疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区 有疲劳裂纹前沿线（

27、疲有疲劳裂纹前沿线（疲 劳条纹），呈劳条纹），呈“贝纹状贝纹状” 3. 最后断裂区最后断裂区 有放射状线有放射状线 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 它是材料所承受的 交变应力 或 和相应的断裂循环周次 N之间的关系曲线。 三、无裂纹零（构）件的疲劳抗力指标三、无裂纹零（构）件的疲劳抗力指标 1. 疲劳极限和过负荷持久值疲劳极限和过负荷持久值 1）疲劳曲线疲劳曲线旋转弯曲疲劳实验旋转弯曲疲劳实验 max ( ) s 当应力低于 时， 即使循环无线多次也不 会发生疲劳断裂。 r SCHOOL OF

28、ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 应该指出，材料的疲劳曲线通常用旋转弯曲疲劳试 验方法测定， ，其疲劳极限用 表示。1r 1 条件疲劳极限不存在疲劳极限时，规定循环基数 N0时的断裂应力。对于实际零件来说， N0是根据零件工 作条件和使用寿命来确定的。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 过负荷持久值高于疲劳极限的应力下，在规 定循环周次断裂所对应的应力。 2. 疲劳缺口敏感度疲劳缺口敏感度 q q 由于实际机器零件常常带

29、有台阶、圆角、键槽等， 不可避免地有应力集中存在，从而使零件在较低的应 力或较短的寿命下产生疲劳裂纹，所以必须考虑缺口 对材料疲劳极限的影响。通常用疲劳缺口敏感度q来 衡量缺口对疲劳极限的影响。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 1 01 1 f t K qq K max t m K 1 1 f N K max m 1 1N ：应力集中处的最大应力 ：应力集中处的平均应力 ：光滑试样的疲劳极限 ：缺口试样的疲劳极限 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION EN

30、GINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 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 对于同一种材料而言，所承受的载荷类型不同， 其应力状态不同，故其疲劳极限也不同。疲劳极限 是在旋转弯曲疲劳条件下求得的。但实际零件所承受 的交变载荷有不同类型，如扭转、拉-压、拉-拉等， 这些载荷下的疲劳极限和 有一定的对应关系： 1 1 拉拉- -压疲劳压疲劳 11 0.85 p （钢） 11 0.65 p （铸铁） 扭转疲劳扭转疲劳 11 0.55 （钢） 11 0.8 （铸铁） SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEE

31、RING 电气信息工程学院机械工程材料 2. 材料本质材料本质 1) 不同材料有不同的疲劳极限 1 几种材料的 疲劳曲线 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 2) 材料组织类型对疲劳极限的影响 材料的疲劳极 限和抗拉强度有一 定的经验关系： 中、低强度钢为： 1 0.5 b 灰铸铁为： 1 0.42 b 铸造铜合金为： 1 0.35 0.4 b 高强度钢： 1 700MPa SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程

32、材料 3) 材料纯度对疲劳极限有明显影响 材料中的夹杂物可以成为疲劳裂纹源，导致疲劳 极限降低。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 3. 零件表面状态的影响零件表面状态的影响 1) 零件表明粗糙度 零件在 冷、热加工 过程中所产 生的缺陷均 使疲劳极限 降低。 2) 表面应力状态表面残余压应力有利 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 4. 温度的影响温度的影响 1 ,q ,T 则 1 ,q ,T 则 5

33、. 腐蚀介质的影响腐蚀介质的影响 零件在腐蚀介质（酸碱盐的水溶液、海水、潮湿 空气）中工作时，其表面的腐蚀坑成为疲劳裂纹源， 使疲劳极限降低，并使钢铁材料疲劳曲线上的水平部 分消失。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第四节 零件的磨损失效 粘着磨损粘着磨损 磨粒磨损磨粒磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 接触疲劳接触疲劳 机器运转时，任何在接触状态下发生相对运动 的零件之间都会发生摩擦。零件在摩擦过程中其表 面发生尺寸变化和物质耗损的现象叫做磨损。 磨损是零件失效的一种形式，也是决定机械寿 命的重要因素。

34、SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 一、粘着磨损一、粘着磨损 1. 现象现象如: 螺栓与螺母, 蜗轮与蜗杆 2. 磨损机理磨损机理“冷焊”拉 拽 粘着磨损示意图粘着磨损示意图 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 3. 防止措施防止措施 合理选择摩擦副配对材料。实践表明，异类 材料配对比同类材料配对磨损量小；多相合金配对 比单相合金配对磨损量小；硬度差大的材料配对比 硬度差小的材料配对磨损量小；金属与非金属

35、配对 磨损量小。 采用表面处理减小摩擦系数或提高表面硬度。 减小接触压应力。 减小表面粗糙度值。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 二、磨粒磨损二、磨粒磨损 1. 现象现象如: 内燃机汽缸套 2. 磨损机理磨损机理硬质磨粒嵌入切削 磨粒磨损示意图磨粒磨损示意图 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 磨粒磨损，是指滑动摩擦时，在零件表面摩擦 区存在硬质磨粒（外界进入的磨粒或表面剥落的碎 屑），使磨面发生局部

36、塑性变形、磨粒嵌入和被磨 粒切割等过程，以致磨面材料逐渐损耗的一种磨损。 磨粒磨损的磨损速度较大。例如农业机械和矿 山机械的齿轮经常发生严重的磨粒磨损；汽车、拖 拉机气缸套常因空气滤清器不良带入尘埃，或润滑 油不清洁带入污物而发生磨粒磨损。任何机械若润 滑油滤清装置不良或缺乏，机件本身磨损产物随润 滑油进入磨面，均会造成磨粒磨损。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 3. 防止措施防止措施 除在设计时减小接触压应力、减小滑动摩擦距离、 改进润滑油过滤装置用来清除磨粒外，常采用如下措 施： 合理采用高

37、硬度材料如高碳钢、高碳合金钢、 耐磨铸铁、陶瓷等。材料的硬度越高，磨粒磨损时的 耐磨性越好。 采用表面处理（如表面淬火、渗碳、渗氮、热 喷涂陶瓷和堆焊耐磨合金）和表面加工硬化等方法提 高摩擦副材料表面硬度，可有效提高耐磨性。 材料表面硬度是磨粒硬度的1.3倍，磨粒磨损就不 明显了。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 三、腐蚀磨损三、腐蚀磨损 1. 氧化磨损氧化磨损 零件表面氧化膜反复形成脱落 1）现象 氧化膜疏松、与基体结合力差 2）原因 提高零件表面硬度 3）防止措施 使零件表面形成致密氧化膜

38、SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 2. 微动磨损微动磨损 在机器的嵌合部位（紧配合处），如嵌合连接的 键、销，汽轮机叶片的叶根部位，轴套与轴的配合处， 虽然配合面之间没有明显的相对位移，但在外部交变 载荷作用和振动的影响下产生微小的相对滑动，此时 配合表面产生大量褐/黑色的粉末状磨损产物，称为微 动磨损。 微动磨损的磨损产物不易排出，故兼有氧化磨损、 磨粒磨损和粘着磨损的作用，在微动磨损区形成一定 深度的磨痕蚀坑，引起应力集中，导致疲劳破坏。 1）现象和原因 SCHOOL OF ELECTRONI

39、CAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 紧配合轴微动磨损的发生紧配合轴微动磨损的发生 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 提高零件嵌合处表面硬度 3）防止措施 采用衬垫 减小应力集中 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 四、接触疲劳四、接触疲劳 1. 现象现象 两零件接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在接 触应力和交变应力长期联合作用下，引起的表面疲劳

40、剥落破坏现象。表现为在接触表面出现许多针状或痘 状的凹坑，称为麻点。如齿轮、滚动轴承。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 2. 形成机理形成机理 裂纹形成扩展剥落 3. 防止措施防止措施 提高零件表面硬度 提高材料的纯净度 提高零件的心部

41、强度和硬度，增加硬化层 深度，细化硬化层组织。 减小零件表面粗糙度值，以减小摩擦力。 提高润滑油的粘度。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 第五节 零件在高温下的蠕变变形 和断裂 1）金属材料的强度（屈服强度和抗拉强度）随温 度升高而降低。 高温对金属材料力学性能的影响 2）高温下金属材料的强度随加载时间的延长而降 低。 如20钢在450的短时抗拉强度为330MPa；若试 样承受230MPa的应力，在该温度下能持续工作300h 左右，将应力降至120MPa，持续10000h还会发生断 裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 电气信息工程学院机械工程材料 高温蠕变现象高温蠕变现