《機械工程材料》PPT課件.ppt

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緒論,材料科學與社會發(fā)展工程材料及其類別機械工程材料本課程的目的本課程的主要內容,一、材料科學與社會發(fā)展,材料與人類生活人類社會依據(jù)制造生產(chǎn)工具的材料來進行歷史劃分,舊石器時代新石器時代青銅器時代鐵器時代,一、材料科學與社會發(fā)展,舊石器時代（250萬年前）人類在地球上出現(xiàn)之后，最早使用的工具是石頭。,一、材料科學與社會發(fā)展,新石器時代（1萬年前）原始社會末期，開始用火燒制陶器，發(fā)展成陶瓷。,一、材料科學與社會發(fā)展,青銅器時代（4000年前）奴隸社會，青銅冶煉技術得到很大發(fā)展。我國青銅冶煉始于夏代，商周時代，達到較高水平青銅（銅錫合金）人類發(fā)明的第一種合金,,一、材料科學與社會發(fā)展,鐵器時代（1400年前，春秋戰(zhàn)國）,生產(chǎn)工具由青銅器過渡到鐵器，其重大發(fā)展對社會進步起了巨大的推動作用。漢代“先煉鐵后煉鋼”技術居世界領先地位。,一、材料科學與社會發(fā)展,其他材料,與陶瓷材料和金屬材料發(fā)展的同時,天然高分子材料棉、麻、絲綢材料功能材料磁鐵—指南針,一、材料科學與社會發(fā)展,2.材料科學發(fā)展與現(xiàn)代文明的聯(lián)系,18世紀世界工業(yè)迅速發(fā)展，對材料提出了更高要求。1863年光學顯微鏡，1912年X射線衍射技術和1932年電子顯微鏡等儀器出現(xiàn)金屬學日趨完善，大大推動了金屬材料的發(fā)展,一、材料科學與社會發(fā)展,2.材料科學發(fā)展與現(xiàn)代文明的聯(lián)系,現(xiàn)代社會文明的三大支柱：能源、信息和材料信息時代是建立在材料的基礎上硅半導體→晶體管→集成電路→計算機磁性材料→信息貯存激光材料+光導纖維→信息傳輸→信息網(wǎng)絡能源技術以材料為支撐再生能源、核能、燃料電池等,,信息時代,一、材料科學與社會發(fā)展,3.現(xiàn)代材料學,現(xiàn)代材料學是以金屬學、高分子材料、陶瓷材料為基礎，研究所有固體材料的成分、組織和性能之間關系的的一門科學?，F(xiàn)代社會對材料的要求：具有高性能或具有特殊性能的金屬、非金屬及復合材料。,一、材料科學與社會發(fā)展,信息社會的材料產(chǎn)業(yè)結構及材料發(fā)展趨勢：從工業(yè)社會向信息社會過渡中,產(chǎn)業(yè)結構從勞動密集型、資金密集型向技術密集型和知識密集型發(fā)展勞動對象的結構中金屬材料比重下降、而無機非金屬材料、有機合成材料的比重越來越大。,一、材料科學與社會發(fā)展,新材料新技術的應用的程度決定一個國家和地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平。,硅片的發(fā)展及現(xiàn)狀集成度越來越高直徑越來越大國外：16英寸以上中國：6-8英寸為主流,二、工程材料及其類別,工程材料的含義：,工程材料是以用于工程結構和機器零件及元器件的材料為研究對象。主要包括：機械、船舶、化工、建筑、車輛、儀表、航空航天等工程領域中用于制造工程構件和機械零件的材料。,二、工程材料及其類別,2.工程材料的類別：,工程材料是以用于工程結構和機器零件及元器件的材料為研究對象。主要包括：機械、船舶、化工、建筑、車輛、儀表、航空航天等工程領域中用于制造工程構件和機械零件的材料。,二、工程材料及其類別,2.工程材料的類別：,二、工程材料及其類別,2.工程材料的性能：,使用性能：材料在使用條件下具有的性能,（力學性能、物理性能、化學性能及生物功能）,工藝性能：材料在加工過程中下具有的性能,（且削加工性能、鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能和熱處理性能等）,三、機械工程材料,1.機械工程材料含義：,機械工程材料顧名思義就機械工程中應用的材料問題，應該是跨越機械和材料兩個學科，以機械工業(yè)的需求出發(fā)，推動材料科學技術的發(fā)展，同時材料科學的新進展又推動了機械工程技術的革新和發(fā)展。,三、機械工程材料,2.材料技術對機械工程發(fā)展的促進：,四、課程的目的,隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對于產(chǎn)品要求越來越高，無論是制造機床還是建造輪船、石油化工設備、都要求產(chǎn)品技術先進，質量高、壽命長、造價低。因此在產(chǎn)品設計和制造過程中，會遇到越來越多的材料和材料加工方面的問題。這就要求機械工程技術人員掌握必要的材料科學和材料工程知識，具備準確的選擇材料和加工方法，合理安排加工工藝路線。,四、課程的目的,機械制造與材料：結構—性能—加工工藝,內部結構與性能：材料的性能來源于該材料的內部結構，這是對工程師和學者最具有重要價值的一個原則。加工工藝與性能：材料必須進行加工，以滿足工程師對所設計產(chǎn)品的要求，目的是要了解結構變化的本質，以便于制定適當?shù)墓に嚵鞒?。使用行為：在材料的選用中，不僅要考慮初始要求，而且要考慮使那些材料內部結構發(fā)生變化，從而導致材料性能發(fā)生變化的使用條件。,四、課程的目的,課程的目的：,獲得有關工程結構和機器零件常用的金屬材料，非金屬材料的基本理論知識和性能特點，并初步具備根據(jù)零件工作條件和失效方式，合理選材與使用材料，正確制定零件的冷、熱加工工藝路線的能力。,了解材料的性能與設計的關系了解各種材料的基本特性和應用范圍,四、課程的目的,五、課程的主要內容,機械零件的失效形式；金屬材料的基本知識、熱處理基本原理、常用金屬材料的性能特點及應用；非金屬材料（高分子材料、陶瓷材料、復合材料）和功能材料的基本知識和性能特點及引用；材料改性新技術；機械零（構）件設計、選材的基本方法及工程材料在典型機械上的應用。,主要參考文獻,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第一章機械零件（或器件）的失效分析,失效的基本概念,1.零件（構件）的功能：,（1）在一定的載荷、介質、溫度作用下保持一定幾何形狀和尺寸；（2）實現(xiàn)規(guī)定的機械運動；（3）傳遞力和能量。,2.失效的定義和形式：,定義：零件失去設計所要求的效能即為失效。,應用前、應用中、突發(fā),第一章機械零件（或器件）的失效分析,學習失效的目的,機械設計者→→為了防止零件失效↓↓,設計正確,選材恰當,工藝合理,,工作條件-對材料的性能要求→→正確選材→→制定工藝路線→→確定失效的抗力指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,失效的例子,第一章機械零件（或器件）的失效分析,失效的例子,第一章機械零件（或器件）的失效分析,失效的例子,斷裂的大橋,第一章機械零件（或器件）的失效分析,失效的原因,結構設計,多方面因素,材料選擇,加工制造,裝配調整,使用與保養(yǎng),第一章機械零件（或器件）的失效分析,失效的本質,1.失效的本質：,外界載荷、溫度、介質等損害作用超過了材料抵抗損害的能力。,2.常見的失效形式：,過量變形、斷裂、磨損和腐蝕,第一章機械零件（或器件）的失效分析,本章主要內容,過量變形斷裂疲勞斷裂磨損失效腐蝕失效蠕變變形和斷裂失效,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,變形：材料在外力作用下產(chǎn)生的形狀或尺寸的變化,第一章機械零件（或器件）的失效分析,外力去除,變形恢復,？,,彈性變形：變形能夠恢復塑性變形：變形不能夠恢復,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,由,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,低碳鋼拉伸試驗,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,低碳鋼拉伸試驗,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,低碳鋼拉伸時應力-應變曲線,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,oa段比例極限,ab段彈性極限,（一）四個階段,1、彈性階段ab,cc’應力不增加變形不斷增加稱為屈服，該段的最低應力稱為屈服應力，在材料屈服后若卸載出現(xiàn)不能恢復的變形成為塑性變形。,2、屈服階段cc’,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,（一）四個階段,3、強化階段ce,4、局部變形階段ef,材料恢復抵抗變形的能力稱為強化強度極限,變形集中于某一局部范圍頸縮斷裂,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.低碳鋼的應力-應變行為,（一）四個階段,低碳鋼在拉伸應力作用下的變形過程分為：彈性變形、屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形四個階段。,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,,低碳鋼拉伸曲線的4個階段、3個特征點,?OB：彈性階段（卸載可逆）,A：比例極限?PB：彈性極限?e,?BC’：屈服階段（出現(xiàn)塑性變形）,（兩者很接近）,,?=E?,C：屈服極限?s,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,,?C’D:強化階段,D：強度極限?b,?DE：縮頸階段（局部收縮階段）,?e:彈性應變，?p:塑性應變（不可逆的殘余應變）,卸載曲線,卸載后再加載曲線,屈服極限提高：冷作硬化,，在C’D段內卸載曲線為彈性直線,E：斷裂點,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,一.工程材料在靜拉伸時的應力-應變行為,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.其他類型材料的應力-應變行為,彈性變形、塑性變形,彈性變形,非線性彈性變形,1—純金屬（Al、Cu、Ag等）2—脆性材料（陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼）3—高彈性材料（橡膠）,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.其他類型材料的應力-應變行為,1、錳鋼2、硬鋁3、退火球墨鑄鐵4、低碳鋼,特點：d較大，為塑性材料。,無明顯屈服階段。,,無明顯屈服階段的，規(guī)定以塑性應變=0.2%所對應的應力作為名義屈服極限，記作,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,剛度和強度指標彈性和塑性指標硬度指標,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.剛度和強度指標,（1）剛度定義：剛度是指零（構）件在受力時抵抗彈性變形的能力等于材料彈性模量與零（構）件截面積的乘積。,單向拉伸時：,即,純剪切時：,即,EA（或GA）為零件的剛度，代表產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。彈性模量E(或切變模量G)是表征材料剛度的性能指標(why),第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.剛度和強度指標,（2）強度定義：強度是指材料抵抗變形或斷裂的能力,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.剛度和強度指標,（2）強度,是材料應力和應變成正比的最大應力,是不產(chǎn)生塑性變形的最大應力,是材料開始產(chǎn)生塑性變形的應力,是材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應力,是材料發(fā)生斷裂的應力,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,（1）彈性：指材料彈性變形的大小。,彈性能為應力-應變曲線下面彈性變形部分所包圍的面積。,通常用彈性變形時的吸收能u來表示。,材料的彈性極限越高，彈性模量E越低，彈性能越大，材料的彈性越好。,彈性指標→彈性能,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,（2）塑性：指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。,δ、ψ越大，材料的塑性越好。,通常用斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ來衡量。,伸長率,塑性指標→伸長率δ和斷面收縮率ψ,斷面收縮率,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,國家標準規(guī)定《金屬拉伸試驗方法》,（GB228—2002),L=10dL=5d,對圓截面試樣：,對矩形截面試樣：,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,（3）硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。,物理意義由試驗方法決定。,莫氏硬度—表示礦物硬度的一種標準。應用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的表面而發(fā)生劃痕用測得的劃痕的深度分十級來表示硬度,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,莫氏硬度—表示礦物硬度的一種標準。,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,肖氏硬度—彈性回跳法硬度值表征材料彈性功的大小。應用彈性回跳法將撞銷從一定高度落到所試材料的表面上而發(fā)生回跳。撞銷是一只具有尖端的小錐，尖端上常鑲有金剛鉆。用測得的撞銷回跳的高度來表示硬度。,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,壓入法硬度值—表征材料的塑性變形抗力及應變硬化能力,（3）硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。,工業(yè)中應用最廣泛,,以硬質合金或金剛石錐體為壓頭,布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,（3）硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。,布氏硬度—HBW,,P,材料為淬火鋼和硬質合金,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,（3）硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。,洛氏硬度—HRC,常用洛氏硬度為C級，用150kgf的載荷將一個120圓錐形金剛石壓頭壓入金屬表面,A級載荷為60kgf,B級為100kgf,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,二.靜載性能指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.彈性和塑性指標,（3）硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。,維氏硬度—HV,以一定大小的載荷P,將一個金剛石四棱錐壓入金屬表面，單位壓痕面積上的載荷即為金屬的維氏硬度，單位kgf/mm,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,三.過量變形失效,第一章機械零件（或器件）的失效分析,概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導致零（構）件失效,1.過量彈性變形及其抗力指標,鏜床鏜桿,,被加工零件的精度,較小彈性變形,,本身由于剛度不足,過量彈性變形,,鏜出的孔偏小、錐度，影響加工精度、廢品,齒輪軸過量變形,,加速齒輪磨損，增加噪聲,彈簧過量變形,,不能達到承載能力,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,三.過量變形失效,第一章機械零件（或器件）的失效分析,概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導致零（構）件失效,1.過量彈性變形及其抗力指標,剛度：零構件受力時抵抗彈性變形的能力。,（一）零構件過量彈性變形的條件,拉壓條件下：,彎曲條件下：,扭轉條件下：,[許可彈性變形量，扭轉角],第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,三.過量變形失效,第一章機械零件（或器件）的失效分析,概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導致零（構）件失效,1.過量彈性變形及其抗力指標,（二）過量彈性變形的原因,零構件的剛度不夠,（三）抗力指標,彈性模量E或切變模G,（三）不同材料的彈性模量,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,三.過量變形失效,第一章機械零件（或器件）的失效分析,概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導致零（構）件失效,1.過量彈性變形及其抗力指標,彈性模量E或切變模G,主要取決于材料中原子本性和原子間結合力。熔點越高，彈性模量也越高，隨溫度升高而降低。金屬材料的E取決于基體金屬的性質，不能通過合金化、熱處理、冷變形等方法使之改變。,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,三.過量變形失效,第一章機械零件（或器件）的失效分析,概念：由于彈性或塑性變形超過了允許量而導致零（構）件失效,2.過量塑性變形及其抗力指標,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,總結,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第一節(jié)零件在常溫靜載下的過量變形,應用,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,斷裂：材料在應力作用下分為兩個或兩個以上的部分現(xiàn)象,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,宏觀變形量的大小,,,,,韌性斷裂,脆性斷裂,斷裂前發(fā)生明顯的宏觀塑形變形,斷裂前不發(fā)生塑形變形,斷裂前,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,韌性斷裂,脆性斷裂,脆性斷裂沒有明顯征兆，危害性極大。,斷裂前發(fā)生明顯塑性變形，警告人們注意，不會造成嚴重事故,兩種斷裂的危害性對比,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,韌性斷裂,脆性斷裂,斷裂后斷口齊平，由無數(shù)的小平面組成,足夠的伸長量才斷裂，斷口為杯形，呈暗灰色纖維狀,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,韌性斷裂,脆性斷裂,裂紋源或微裂紋逐漸擴展到一臨界長度的過時，立刻發(fā)生斷裂,1.材料在外力下的微裂紋2.原有的內部缺陷（微裂紋、空孔、雜質等）,,裂紋源,,,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,韌性斷裂,脆性斷裂,裂紋萌生和裂紋擴展的過程,,裂紋亞穩(wěn)擴展階段：裂紋自形成到擴展至臨界擴展階段特點：裂紋擴展阻力大，擴展速度較慢失穩(wěn)擴展階段：裂紋達到臨界長度后的擴展階段特點：裂紋擴展阻力小，擴展速度快，可達聲音在該材料中的傳播速度,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,韌性斷裂,脆性斷裂,裂紋萌生和裂紋擴展的過程,,裂紋亞穩(wěn)擴展階段：裂紋自形成到擴展至臨界擴展階段特點：裂紋擴展阻力大，擴展速度較慢失穩(wěn)擴展階段：裂紋達到臨界長度后的擴展階段特點：裂紋擴展阻力小，擴展速度快，可達聲音在該材料中的傳播速度,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,一、韌斷和脆斷的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,韌性：材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是材料輕度和塑性的綜合表現(xiàn)。,評定材料韌性的力學性能是：沖擊韌性和斷裂韌性,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,二、沖擊韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別：在加載速率不同，前者加載速率高，后者加載速率低。應變速率增加，使材料變脆傾向增大。,沖擊韌性：用來評定材料在沖擊載荷下的脆斷傾向。,沖擊韌性：用指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。用標準試樣的沖擊吸收功Ak表示。,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,二、沖擊韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,沖擊韌性試驗：,基本原理：用一定質量的物體以一定的速度沖擊一定形狀的試樣，測量斷裂試樣需要的能量，以此能量值表示該材料的沖擊韌性。,勢能,擺錘的運動速率為5m/s,試樣的應變速率約為,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,二、沖擊韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,沖擊韌度：,→衡量材料沖擊韌性的力學性能指標,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,三、斷裂韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,針對防止脆性斷裂：,傳統(tǒng)的設計方法要求：,,1.要求零件的工作應力,2.要求材料有足夠的塑性δ、ψ和韌性,,不可能可靠地保證零件不發(fā)生低應力脆斷。原因：沒考慮一般材料中都存在著微小的宏觀裂紋。,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,三、斷裂韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,斷裂力學的發(fā)展：,提出評定材料抵抗脆性斷裂的力學性能指標：—斷裂韌度,度,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,三、斷裂韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,斷裂韌度：材料的固有特性，基本力學常數(shù)，對成分、組織敏感，可以通過合金化、熱處理來改變。,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,三、斷裂韌性及衡量指標,第一章機械零件（或器件）的失效分析,斷裂力學的發(fā)展：,提出評定材料抵抗脆性斷裂的力學性能指標：—斷裂韌度,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,,,一定條件,決定材料斷裂類型的主要因素：,加載方式和材料本質：溫度和加載速度應力集中零件尺寸,,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,決定材料斷裂類型的主要因素：,1.加載方式和材料本質：,,以主平面為單元體的各面則稱為主單元體,從變形體內任意點取出的單元體稱為原始單元體,主單元體的各表面上只有正應力，沒有切應力,對平面應力狀態(tài)，z平面也為一個主平面，其上的主應力為零。,故平面應力狀態(tài)有三個主應力：???????,按代數(shù)值大小排列為?1??2??3,分別稱為第一主應力，第二主應力，第三主應力，,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,決定材料斷裂類型的主要因素：,1.加載方式和材料本質：,最大切應力：,最大正應力：,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,決定材料斷裂類型的主要因素：,2.溫度和加載速度：,屈服強度：,正斷強度：,韌脆轉變溫度,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,決定材料斷裂類型的主要因素：,3.應力集中：,由于構件幾何形狀突變造成局部應力急劇增高,,應力集中的程度由應力集中因數(shù)K表示,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,決定材料斷裂類型的主要因素：,3.應力集中：,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,四、影響脆斷的因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,決定材料斷裂類型的主要因素：,平面應力狀態(tài)，在Z方向可以自由變形。平面應變狀態(tài)，Z方向彈性約束阻止了該方向的變形。,第二節(jié)零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂,總結,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,一.疲勞的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,一.疲勞的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。,參量：,最大應力,最小應力：,應力幅,平均應力,應力比,應力變程,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,一.疲勞的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。,火車軸（彎曲）曲軸（扭轉）,連桿小拉大壓,,,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,一.疲勞的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。,,齒輪齒根（彎曲）,缸蓋螺釘大拉小壓,,,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,一.疲勞的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。,,齒輪齒根（彎曲）,缸蓋螺釘大拉小壓,,,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,一.疲勞的基本概念,第一章機械零件（或器件）的失效分析,疲勞斷裂之特點（較之靜載和沖擊載荷下的斷裂）,①引起疲勞的應力很低，通常低于靜載下的屈服強度；②斷裂時無明顯的宏觀塑性變形；即使在靜載和沖擊載荷下有大量塑性變形的塑性材料，疲勞斷裂也表現(xiàn)出脆斷的宏觀特征，危險性極大③疲勞斷口能清楚地顯示出裂紋的形成、擴展和最后斷裂三個階段,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,二.疲勞斷口的特征,第一章機械零件（或器件）的失效分析,典型的疲勞斷口形貌由疲勞源區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)三部分組成。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,二.疲勞斷口的特征,第一章機械零件（或器件）的失效分析,1.疲勞源區(qū):材料內部缺陷→零件局部區(qū)域造成應力集中→該區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋,2.疲勞裂紋擴展區(qū):疲勞裂紋形成后→繼續(xù)擴展長大→載荷大小的改變→裂紋張開和閉合→擴展區(qū)留下一條條光亮的弧線（疲勞裂紋前沿線）貝殼狀—海灘狀,3.最后斷裂區(qū):疲勞裂紋不斷擴展→零件有效截面逐漸減小→應力增加→超過材料斷裂強度時→放射狀斷裂。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,無裂紋零件的疲勞,帶裂紋零件的疲勞,經(jīng)歷擴展和最后斷裂兩個階段,經(jīng)歷裂紋形成、擴展和最后斷裂三個階段,疲勞,不同的抗力指標,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,疲勞極限、過載持久值、疲勞缺口敏感度,材料承受的交變應力與斷裂循環(huán)周次之間的關系曲線,1.無裂紋零件的疲勞抗力指標,σ愈大，循環(huán)周次愈小；σ愈小，斷裂循環(huán)周次愈大。,低周疲勞,高周疲勞,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,（1）疲勞極限和過載持久值,1.無裂紋零件的疲勞抗力指標,疲勞極限：當應力低于時，即使循環(huán)無限多次也不會發(fā)生疲勞斷裂，曲線水平部分對應的應力，就是疲勞極限。,,,,過載持久值：材料在高于疲勞極限的應力作用下發(fā)生疲勞斷裂的應力循環(huán)周次。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,（2）疲勞缺口敏感度,1.無裂紋零件的疲勞抗力指標,疲勞缺口敏感度：,缺口類型：,孔、圓角、槽、臺階等,,應力集中系數(shù)：,疲勞缺口系數(shù)：,光滑件疲勞極限：缺口件疲勞極限：,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,（2）疲勞缺口敏感度,1.無裂紋零件的疲勞抗力指標,,q=0時：,缺口不降低疲勞極限,q=1時：,缺口嚴重降低疲勞極限,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,含有原始裂紋或缺陷的零件，裂紋擴展是決定疲勞壽命的主要因素,2.帶裂紋零件的疲勞抗力指標,疲勞裂紋擴展曲線：裂紋長度隨應力循環(huán)周次N的變化。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.帶裂紋零件的疲勞抗力指標,疲勞裂紋擴展曲線：裂紋長度隨應力循環(huán)周次N的變化。,疲勞裂紋擴展速率：,,,增大到無限大,裂紋失穩(wěn)擴展，試樣斷裂，斷裂循環(huán)周次為,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.帶裂紋零件的疲勞抗力指標,與應力幅Δσ、裂紋長度a有關。,疲勞裂紋擴展速率：,,裂紋尖端應力場強度因子：,疲勞裂紋尖端應力場強度因子幅ΔK：,控制疲勞裂紋擴展的力學參數(shù),做出曲線：,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.帶裂紋零件的疲勞抗力指標,曲線分為三個階段：,1.裂紋初始擴展階段,為交變應力作用下裂紋不擴展的最大應力場強度因子幅值,稱為疲勞裂紋擴展門檻值。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,2.帶裂紋零件的疲勞抗力指標,曲線分為三個階段：,2.疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展階段,兩條直線,3.疲勞裂紋失穩(wěn)擴展階段,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,3.影響疲勞抗力的因素,（1）.載荷類型,同種材料，載荷類型不一樣，其應力狀態(tài)不一樣，疲勞極限也不同。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,3.影響疲勞抗力的因素,（2）.材料本質,材料不同，其疲勞曲線不同，則疲勞極限和過載持久值不同。材料的疲勞極限主要取決于材料的抗拉強度。,材料一定時，其純度和組織狀態(tài)對疲勞抗力有顯著影響。夾雜物成為疲勞裂紋源，導致疲勞抗力下降。組織狀態(tài)不同，強度高者，疲勞極限高。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,3.影響疲勞抗力的因素,（3）.零件表面狀態(tài),零件在冷、熱加工過程中產(chǎn)生的缺陷：脫碳、裂紋、刀痕、碰傷等，使疲勞極限降低。,零件表面粗糙，還使疲勞曲線左移，即縮短了過載下的疲勞壽命。,第三節(jié)零件在交變載荷下的疲勞斷裂,三.疲勞抗力指標及其影響因素,第一章機械零件（或器件）的失效分析,3.影響疲勞抗力的因素,（4）.工作溫度,高溫使材料的屈服強度降低，疲勞裂紋易形成和擴展，顧降低了疲勞極限和疲勞裂紋擴展值，增加了疲勞裂紋擴展速率。,（5）.腐蝕介質,零件在腐蝕介質（酸、堿、鹽水、海水等）中工作時，表面的腐蝕坑成為疲勞裂紋源，使疲勞極限和門檻值，裂紋擴展率提高。使鋼鐵材料疲勞曲線上的水平部分消失。,第四節(jié)零件的磨損失效,磨損：零件在摩擦過程中其表面發(fā)生尺寸變化和物質損耗的表現(xiàn),磨損是零件失效的一種形式，也是決定機械壽命的重要因素。,發(fā)動機中氣缸套的磨損量超過允許值或活塞環(huán)受磨損后其開口間隙明顯增大，都引起發(fā)動機功率不足，耗油量增加，產(chǎn)生噪音和故障等，此時必須更換氣缸套和活塞環(huán)。汽缸套筒磨損量大小決定發(fā)動機的大修期。,第四節(jié)零件的磨損失效,磨損的基本類型：粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、麻點磨損（接觸疲勞）,1.粘著磨損：滑動摩擦時摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。,一.磨損的基本類型,第四節(jié)零件的磨損失效,磨損的基本類型：粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、麻點磨損（接觸疲勞）,粘著磨損是在滑動摩擦條件下，力學性能相差不大的兩種金屬之間發(fā)生的最常見的磨損形式。如圖,一.磨損的基本類型,第四節(jié)零件的磨損失效,2.磨粒磨損：也叫磨料磨損，是指滑動摩擦時，在零件表面摩擦區(qū)存在硬質磨粒（外界進入的磨料或表面剝落的碎屑）使磨面發(fā)生局部塑性變形、磨粒嵌入和被磨粒切割等過程，以致磨面材料逐漸損耗的一種磨損，如圖,第四節(jié)零件的磨損失效,2.磨粒磨損：,磨粒磨損是機械零件中普遍存在的一種磨損形式，磨損速度較大，可達,例子：,1.農(nóng)業(yè)機械和礦山機械的齒輪常發(fā)生嚴重的磨粒磨損；2.汽車、拖拉機氣缸進入灰塵，潤滑油帶入污物發(fā)生磨粒磨損。,第四節(jié)零件的磨損失效,3.腐蝕磨損：腐蝕磨損是在摩擦力和環(huán)境介質聯(lián)合作用下，金屬表層的腐蝕產(chǎn)物剝落和金屬磨面間的機械磨損（粘著磨損和磨粒磨損）相結合的一種磨損。,腐蝕氣氛的腐蝕磨損,氧化磨損,機件嵌合部位的微動磨損,水利機中的沖蝕磨損,包括：,,第四節(jié)零件的磨損失效,氧化磨損：當摩擦副表面相對運動時，在發(fā)生塑性變形的同時，零件表面已形成的氧化膜在摩擦接觸點處遭到破壞，緊接著又在該處立即形成新的氧化膜，這種氧化膜不斷從金屬表面脫離又反復形成，造成金屬表面物質不斷損耗的過程。,普遍性：1.不論任何摩擦過程；任何摩擦速度；2.接觸壓力大小；3.是否存在潤滑油,都會發(fā)生,,第四節(jié)零件的磨損失效,2).微動磨損：在機械的嵌合部位，如嵌合連接的汽輪機葉片的葉根部位，以及緊配合處，如軸套與軸的配合處（圖）雖然配合面之間沒有明顯的相對位移，但在外部交變載荷作用和震動的影響下卻產(chǎn)生微小的相對滑動dl(2-20μm),此時配合表面上產(chǎn)生大量褐色（鋼質機件表面）或黑色（鋁或鎂合金機件表面）的粉末狀磨損產(chǎn)物。,特點：微動磨損集中在局部區(qū)域，兩摩擦表面不脫離，磨損物不容易排除，兼有氧化磨損、磨粒磨損和黏著磨損的作用。,危害:在微動磨損區(qū)形成一定深度的磨痕蝕坑，叫咬蝕。精度、性能下降、引起應力集中，促使疲勞。,第四節(jié)零件的磨損失效,4.接觸疲勞：零件（如齒輪、滾動軸承、鋼軌和輪箍等）兩接觸面作滾動或滾動加滑動摩擦時，在交變接觸壓應力的長期作用下，引起的一種表面疲勞剝落破壞而使物質損耗的現(xiàn)象，表現(xiàn)為接觸表面上出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點也叫麻點磨損或疲勞磨損。,少數(shù)麻點時，仍能工作，麻點剝落嚴重時，零件失效。后果：齒輪有大量麻點后，嚙合惡化，噪聲增大，振動增加，附加沖擊力，磨損加劇，齒根折斷,第四節(jié)零件的磨損失效,接觸疲勞也是裂紋形成和擴展的過程，其破壞的三種形式：1、裂紋源于表層的麻點剝落：它是零件在有滾動并滑動，其表面有沿滾動方向的摩擦力時，并有潤滑油存在的情況下產(chǎn)生的。零件表面切應力大，裂紋首先在表面形成，潤滑油進入裂紋被封閉時，裂紋內壁產(chǎn)生很大內應力，加速裂紋擴展引起麻點剝落。2、裂紋源于次層的麻點剝落：它是裂紋在純滾動或光潔、摩擦力很小、接近于純滾動的情況下產(chǎn)生的。零件次表面處的切應力最大，發(fā)生塑性變形而形成，在交變切應力作用下裂紋不斷向表面擴展而造成剝落，留下一個比較平直的坑。,第四節(jié)零件的磨損失效,接觸疲勞也是裂紋形成和擴展的過程，其破壞的三種形式：3、硬化層剝落：這種剝落只發(fā)生在經(jīng)過表面硬化處理如表面淬火表面化學熱處理的零件上。零件經(jīng)表面硬化后，硬化層中形成殘留壓應力，和心部和交界處發(fā)生殘留壓應力向殘留拉應力的轉移，當殘留應力與接觸應力引起的綜合切應力大于材料的屈服極限時，該處產(chǎn)生塑性變形形成裂紋，向表面而造成大塊剝落。,第四節(jié)零件的磨損失效,1、粘著磨損（1）合理選擇摩擦副配對材料異類材料比同類材料配對磨損量??；多相合金比單相合金配對磨損量小。硬度差大的比硬度差小的配對磨損量?。唤饘倥c非金屬配對磨損量小。,減小接觸壓力和摩擦系數(shù)、增加材料硬度、改善潤滑條件都有利于提高零件零件的抗磨損能力,三。提高零件磨損抗力的途徑：,第四節(jié)零件的磨損失效,（2）采用表面處理減小摩擦因數(shù)或提高表面硬度磷化、滲碳、滲氮、滲硅、滲流、表面淬火，熱噴涂等方法提高黏著磨損抗力。（3）減小接觸壓應力粘著磨損量隨接觸壓應力增大而增加，接觸壓力超過材料硬度值的1/3時，黏著磨損加劇。（4）減小表面粗糙度值零件表面粗糙度減小可增加接觸面積，從而減小接觸壓應力,三。提高零件磨損抗力的途徑：,第四節(jié)零件的磨損失效,2、磨粒磨損1）設計時，減小接觸壓力和滑動摩擦距離及改善潤滑2）合理選用高硬度材料圖高碳鋼、高碳合金鋼、耐磨鑄鐵、陶瓷等3）采用表面處理（如表面淬火、滲碳、滲氮、熱噴涂陶瓷和堆焊耐磨合金等）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,三。提高零件磨損抗力的途徑：,第四節(jié)零件的磨損失效,3、氧化磨損氧化磨損速度取決于氧化膜性質及氧化物與基體金屬的結合力。凡提高基體金屬表面硬度或形成與基體金屬牢固結合的致密氧化膜的一切表面處理方法，如滲碳、滲氮蒸汽處理等,三。提高零件磨損抗力的途徑：,第四節(jié)零件的磨損失效,4、微動磨損（圖1-22）1）表面處理提高零件表面硬度；2）采用襯墊—加橡膠、塑料等減小振動和滑動距離3）減小應力集中—對壓配合處采取卸載槽。,三。提高零件磨損抗力的途徑：,第四節(jié)零件的磨損失效,5、接觸疲勞1）提高材料的硬度，以增加塑性變形抗力，延緩裂紋形成和擴展，如采用整體淬火、表面淬火、表面化學熱處理（如滲碳、滲氮等）2）提高材料的純度，減小夾雜物，從而減少裂紋源3）提高零件的心部強度和硬度，增加硬化層深度，細化硬化層組織4）減小零件表面粗糙度值，以減小摩擦力5）提高潤滑油的粘度以降低油楔作用,三。提高零件磨損抗力的途徑：,第五節(jié)零件的腐蝕失效,腐蝕：材料表面和周圍介質發(fā)生化學反應或電化學反應引起的表面損傷現(xiàn)象，分別稱之為化學腐蝕和電化學腐蝕。,高溫氧化腐蝕電化學腐蝕應力腐蝕,第五節(jié)零件的腐蝕失效,高溫化學腐蝕：除少數(shù)金屬如金、鉑外，大多數(shù)金屬在空氣中都會發(fā)生氧化，形成氧化膜。在室溫或者溫度不高時，氧化過程進行很慢，然而在較高溫度下，氧化過程明顯加快。由于氧化膜教脆，其力學性能明顯低于基體金屬，而且氧化也造成零（構）件有效截面減小，從而降低了零（構）件的承載能力。,高溫氧化腐蝕,第五節(jié)零件的腐蝕失效,金屬的氧化過程（以+2價金屬為例）：1、金屬原子失去電子成為離子；2、氧原子吸收電子成為氧離子；3、金屬離子和氧離子結合形成氧化物；,高溫氧化腐蝕,第五節(jié)零件的腐蝕失效,電化學腐蝕：金屬發(fā)生電化學腐蝕的條件是不同金屬或同一金屬的不同組成部分之間存在著電極電位差，而它們是相互接觸并處于互相聯(lián)通的電解質溶液中構成微電池。,二.電化學腐蝕,第五節(jié)零件的腐蝕失效,電化學腐蝕：在機器或金屬結構中,兩種金屬相互接觸的情況經(jīng)常發(fā)生,它們接觸潮濕空氣,或電解質就會發(fā)生電化學腐蝕.,二.電化學腐蝕,第五節(jié)零件的腐蝕失效,例、鋼中珠光體在硝酸酒精中的腐蝕鋼中珠光體是由鐵素體（α）和滲碳體（Fe3C）層片相間組成，在硝酸酒精溶液中就構成了無數(shù)個微電池，有（圖1-23a）所示，鐵素體（α）的電極電位較低，成為陽極，α中的鐵原子變成離子進入溶液（α）被腐蝕；滲碳體（Fe3C）電極電位較高，成為陰極，它將電子傳導給算中的氫離子（H+），變成氫氣逸出，即發(fā)生氫反應公式上述電化學腐蝕結果，使α片不斷被腐蝕而凹陷,(Fe3C)片不斷受腐蝕而凸起，從而使原來平滑表面變得凸凹不平（圖1-23b），顯示出珠光體層片狀形貌。這是觀察金屬顯微組織之前必須進行腐蝕的原因。,,,第五節(jié)零件的腐蝕失效,2.局部腐蝕：1）電偶腐蝕：異類材料連接在一起，由于電極電位不同而發(fā)生的電化學腐蝕。2）小孔腐蝕：金屬表面微小區(qū)域因氧化膜破損或析出相和夾雜物剝落，引起該處電極電位降低而出現(xiàn)小孔并向深度發(fā)展的現(xiàn)象，又稱點蝕。3）縫隙腐蝕：指電解質進入零件的縫隙中出現(xiàn)縫內金屬加速腐蝕的現(xiàn)象。,二.電化學腐蝕,第五節(jié)零件的腐蝕失效,1.應力腐蝕：零件在拉應力和特定的化學介質聯(lián)合作用下作用所產(chǎn)生的低應力脆性斷裂現(xiàn)象。,三.應力腐蝕,1）引起應力腐蝕的拉應力很小，如果沒有腐蝕介質存在，零件在該應力作用下長期工作不發(fā)生斷裂；2）引起應力腐蝕的介質的腐蝕性較弱，如果沒有拉應力，零件在該介質中耐腐蝕；,第五節(jié)零件的腐蝕失效,2.應力腐蝕斷裂過程：,三.應力腐蝕,裂紋形成和擴展過程：,1）在拉應力作用下，零件表面鈍化膜在應力集中點被破壞，該處稱為陽極，鈍化膜為陰極，構成微電池形成腐蝕坑，裂紋萌生2）在拉應力和介質的聯(lián)合作用下裂紋不斷擴展導致斷裂。,第五節(jié)零件的腐蝕失效,3.材料抵抗應力腐蝕的力學性能指標：KISCC,三.應力腐蝕,應力腐蝕臨界應力場強度因子，物理意義：表示拉應力和特定腐蝕介質聯(lián)合作用下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力,第五節(jié)零件的腐蝕失效,1.抗氧化腐蝕措施：,四.改善零件腐蝕抗力的措施,1）選擇抗氧化材料，如耐熱鋼、高溫合金、耐熱鑄鐵、陶瓷材料。2）表面涂層如噴涂鋁、陶瓷。,2.抗電化學腐蝕措施：,1）選擇耐腐蝕材料，如不銹鋼、耐蝕合金、陶瓷材料、高分子材料。2）表面涂層如電鍍Ni、Cr，熱噴涂陶瓷。3）電化學保護，如犧牲陽極保護、外加電位陰極保護4）加緩蝕劑降低電解質腐蝕性。,第五節(jié)零件的腐蝕失效,3.抗應力腐蝕措施：,四.改善零件腐蝕抗力的措施,1）設計時，減小拉應力和應力集中；2）進行去應力退貨消除殘余拉應力；3）根據(jù)工作介質選擇在該介質中對應力腐蝕不敏感材料；4）改變介質條件，清除有害化學離子。,第六節(jié)零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效,長期在高溫條件下運轉,一.高溫對金屬力學性能的影響,高壓蒸汽鍋爐，汽輪機、燃氣輪機、柴油機等,,材料,,材料既要考慮室溫力學性能也要考慮高溫性能,1)高溫下材料的強度隨溫度升高而降低2）高溫下材料強度隨加載時間延長而降低,,第六節(jié)零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效,二.蠕變極限和持久強度,1)高溫下材料的強度隨溫度升高而降低2）高溫下材料強度隨加載時間延長而降低,建立評定材料高溫性能的指標：蠕變極限和持久強度,