機械零件的失效形式
?任何機械零件或部件使用一段時(shí)(shí)間后都要損傷或損壞,其損傷的程度有三種情況:
1、零件徹底破壞,不能再使用;如軸斷裂。
2、嚴重損傷繼續使用不安全;如有裂紋產(chǎn)(chǎn)生、表面磨損。
3、雖然還能安全工作,但已達不到預定的作用。
只要發(fā)(fā)生上面情況中的任何一種都可以認為零件已經(jīng)(jīng)失效。對機器零件或部件進(jìn)(jìn)行失效分析的目的就是要找出零件破壞的原因,并且提出相應的改進(jìn)(jìn)措施。失效分析的結果對于零件的設計、選材、加工及使用都具有很大的指導意義。
一、機械零件失效的方式
零件失效的形式多種多樣,按零件的工作條件及失效的宏觀(guān)(guān)表現與規律可分為:變形失效、斷裂失效、表面損傷失效等。
二、機械零件失效的原因
失效原因有多種,在實(shí)(shí)際生產(chǎn)(chǎn)中,零件失效很少是由于單一因素引起的,往往是幾個(gè)(gè)因素綜合作用的結果。歸納起來(lái)(lái)可分為設計、材料、加工和安裝使用四個(gè)(gè)方面??贍艿腦蠐腥縵攏?nbsp;
1、設計原因
一是由于設計的結構和形狀不合理導致零件失效,如零件的高應力區存在明顯的應力集中源(各種尖角、缺口、過(guò)(guò)小的過(guò)(guò)渡圓角等;二是對零件的工作條件估計失誤,如對工作中可能的過(guò)(guò)載估計不足,使設計的零件的承載能力不夠。
2、材料方面的原因
選材不當是材料方面導致失效的主要原因。最常見(jiàn)(jiàn)的是設計人員僅根據材料的常規性能指標來(lái)(lái)作出決定,而這些指標根本不能反映出材料所受某種類(lèi)(lèi)型失效的搞力;材料本身的缺陷(如縮孔、疏松、氣孔、夾雜、微裂紋等)也導致零件失效。
3、加工方面原因
由于加工工藝控制不好會(huì )(huì )造成各種缺陷而引起失效。如熱處理工藝控制不當導致過(guò)(guò)熱、脫碳、回火不足等;鍛造工藝不良帶狀組織、過(guò)(guò)熱或過(guò)(guò)燒現象等;冷加工工藝不良造成光潔度太低,刀痕過(guò)(guò)深、磨削裂紋等都可導致零件的失效。
有些零件加工不當造成的缺陷與零件設計有很大的關(guān)(guān)系,如熱處理時(shí)(shí)的某些缺陷。零件外形和結構設計不合理會(huì )(huì )促使熱處理缺陷的產(chǎn)(chǎn)生(如變形、開(kāi)(kāi)裂)。為避免或減少零件淬火時(shí)(shí)發(fā)(fā)生或開(kāi)(kāi)裂,設計零件時(shí)(shí)應注意:截面厚薄不均勻,否則容易在薄避處易開(kāi)(kāi)裂;結構對稱(chēng)(chēng),盡量采用封閉結構以免發(fā)(fā)生大的變形;變截面處均勻過(guò)(guò)渡,防止應力集中。
4、安裝使用與失效
零件安裝時(shí)(shí),配合過(guò)(guò)緊、過(guò)(guò)松、對中不良、固定不緊等,或操作不當均可造成使用過(guò)(guò)程中失效。
三、零件失效分析的方法步驟
1、現場(chǎng)(chǎng)調查研究
這是十分關(guān)(guān)鍵的一步。盡量仔細收集失效零件的殘骸,并拍照記錄實(shí)(shí)況,從而確定重點(diǎn)(diǎn)分析的對象,樣品應取自失效的發(fā)(fā)源部位。
2、詳細記錄并整理失效零件的有關(guān)(guān)資料,如設計圖紙、加工方式及使用情況。
3、對所選定的試樣進(jìn)(jìn)行宏觀(guān)(guān)和微觀(guān)(guān)分析,確定失效的發(fā)(fā)源點(diǎn)(diǎn)和失效的方式。掃描電鏡斷口分析確定失效發(fā)(fā)源地和失效方式;金相分析,確定材料的內部質(zhì)(zhì)量。
4、測定樣品的有關(guān)(guān)數據:性能測試、組織分析、化學(xué)(xué)成份分析及無(wú)(wú)損探傷等。
5、斷裂力學(xué)(xué)分析。
6、最后綜合各方面分析資料作出判斷,確定失效的具體原因,提出改進(jìn)(jìn)措施,寫(xiě)(xiě)出分析報告。