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机械零件的失效方式有哪些?

2023-08-03 阅读 1229
当机械零件在设计预定的期间内和规定条件下,不能完成正常的功能,则称之为失效。一般机械零件的失效形式是按失效件的外部形态特征来分类的,大体包括:磨损失效、断裂失效、腐蚀失效和畸变失效。

01磨损失效

磨损失效是由于零件之间的相对摩动产生的磨损,导致零件几何尺寸和形状改变的失效。可以分为黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损等。

黏着磨损:

发生于两个相对滑动的表面,在摩擦力作用下摩擦表面发生塑性变形,使两个表面发生焊合,剪切发生在强度较低的摩擦表面,导致强度较高的材料表面黏附对磨件的金属,形成黏着磨损,常见的形式为胶合,第一类胶合为:黏焊,第二类胶合为:热黏着。



磨粒磨损:
由于硬质物体或硬质颗粒的切削或刮擦作用导致的磨损,包括二体磨损和三体磨损,典型特征为“犁沟”磨损形貌,主要的影响因素如磨粒硬度、尺寸、大小及材料的力学性能等。

疲劳磨损:

也称表面疲劳磨损和接触疲劳磨损,指两个接触体相对运动,在接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度,导致表层材料剥落下来的磨损过程,常见形式为:点蚀、剥落、剥层、擦伤。

02 断裂失效

断裂是金属构件在应力作用下材料分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象,它是金属构件常见的失效形式之一。断裂是一种严重的失效形式,它不但使零件失效,有时还会导致严重的人生和设备事故。断裂可以分为韧性断裂、低温脆性断裂和疲劳断裂以及蠕变断裂等几种形式。


孔蚀的剖面特征形貌

韧性断裂失效:
断裂前零件有明显的塑性变形,断口呈纤维状。

低温脆性断裂失效:

零件在低于其材料的韧脆转变温度以下工作时,韧性和塑性大大降低并发生脆性断裂而失效。

疲劳断裂失效:

零件在承受交变载荷时,一定周期后仍会发生断裂,疲劳断裂为脆性断裂。

蠕变断裂失效:

在高温下工作的零件,当蠕变变形量超过一定范围时,零件内部产生裂纹而导致快速断裂。

环境破裂失效:

在负载条件下,由于环境因素(例如腐蚀介质)的影响,往往出现低应力下的延迟断裂使零件失效。

03 腐蚀失效

腐蚀失效是由于腐蚀环境引起零部件与腐蚀介质的化学或电化学反应,导致材料表面或内部性能及形貌变化,以至零部件不能实现预期功能。腐蚀的形式包括:化学腐蚀、电化学腐蚀。

孔蚀的剖面特征形貌

化学腐蚀:
金属零件表面材料与周围的干燥气体或非电解质液体中的有害成分直接发生化学反应,形成腐蚀层,这种腐蚀称为化学腐蚀。

电化学腐蚀:

电化学腐蚀是一种复杂的物理与化学腐蚀过程。金属发生电化学腐蚀需要几个基本条件,有电解质溶液存在;腐蚀区有电位差;腐蚀区电荷可以自由流动。

04 畸变失效

畸变是一种不正常的变形。畸变失效的零件,不能承受规定载荷,起不到规定的作用,同时也会与其他零件的运转发生干扰。

弹性畸变失效:

弹性畸变失效是在弹性范围内的失效,它与零件的刚度有关,即材料在受力时抵抗弹性形变的能力,也就是说当外力去掉后能否恢复到原来的形状和尺寸。



轴类零件弹性畸变失效时,会使轴上零件工作失常及支承过载;对箱体类零件而言,就会造成系统的振动。如果失效件的固有频率与载荷频率成整数倍数关系时,就会引起共振,是设备根本无法工作。

塑性畸变失效:

当零件在宏观上出现了明显的塑性畸变,并超过了允许值时,即为塑性畸变失效。

翘曲畸变失效:

形状比较复杂的零件出现大小和方向都不均匀的变形、出现翘曲状外形,使形位精度丧失,这种情况称为翘曲畸变失效。

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