说说材料的失效的那些事

机械零件的失效，会使机床失去加工精度、输气管道发生泄漏、飞机出现故障等，严重地威胁到人身生命和生产的安全，造成巨大的经济损失。因此，分析机械零件的失效原因、研究失效机理、提出失效的预防措施具有重要意义。

造成失效的原因有很多，如断裂、变形、表面磨损等。正确的失效分析是解决零件失效、提高承载能力的基本环节。失效规律和机理是材料强度研究的基础，从材料角度研究失效原因，进而找到防止失效的有效途径。

1、什么是失效

所谓失效，是指机械零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织和性能的变化而失去预定功能的现象。

2、失效的形式有哪些

一、变形失效

变形失效主要表现是扭曲、拉长、涨大、蠕变等，引发的主要原因是零件在一定载荷条件下发生过量变形。

主要分为弹性变形失效和塑性变形失效。

弹性变形失效   

变形量在弹性范围内变化，主要原因是材料的刚度不足。杆、柱、轴类的零件以及靠摩擦力传动的零件，弹性变形会带来失效的问题。影响因素:零件形状、尺寸、材料的弹性模量、零件工作温度和载荷的大小。

塑性变形失效    

外加应力超过材料的屈服强度时发生明显的塑性变形。影响因素: 除弹性变形中的因素外，还有材料缺陷、使用不当、设计失误等，其中热处理不良尤为突出

二、断裂失效

断裂失效可以分为韧性断裂失效和脆性断裂失效。

韧性断裂 ：材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂。

脆性断裂 ：材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，表现为突然发生的断裂。

疲劳断裂、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳断裂和蠕变断裂均属脆性断裂。

一般来说，材料断面收缩率大于5%为韧性断裂，小于5%的为脆性断裂

三、表面损伤失效

由于磨损、疲劳、腐蚀等原因，使机械零件表面失去正常工作所必需的形状、尺寸和表面粗糙度造成的失效，称为表面损伤失效。

磨损失效

磨损是由于机械作用、化学反应(包括热化学、电化学和力化学等反应)，材料表面物质不断损失或产生残余变形和断裂的现象

腐蚀失效

腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀而造成机械零件尺寸和性能的改变而导致的

表面疲劳失效

表面疲劳失效是指两个相互接触的机械零件相对运动时在交变接触应力作用下，机械零件表面层材料发生疲劳脱落所造成的失效

材料的老化

高分子材料在存储和使用过程中发生变脆、变硬或变软，变黏等现象，从而失去原有性能指标的现象，称为材料的老化

3、失效原因     

█  设计不合理

机械零件设计不合理主要表现在机械零件尺寸和结构设计上。例如过渡圆角太小、尖锐的缺口、尖角等会造成较大的应力集中而导致失效;另外，对机械零件的工作条件及过载情况估计不足，设计承载能力不够，忽略或低估温度、介质等因素的影响，也会造成零件失效。

█  选材错误

选材所依据的性能指标，不能反映材料对实际失效形式的抗力，不能满足工作条件的要求，错误地选择了材料。另外，材料的冶金质量太差，如存在夹杂物、偏析等缺陷，也是失效的源头。

█  加工工艺不当

在加工或加工过程中，由于采用的工艺不当而产生的这种质量缺陷，例如较深的切削刀痕、磨削裂纹等，都可能引发失效。热处理时，冷却速率不够、表现脱碳、淬火变形和开裂，也是引发失效的重要原因

█  装配不当

在装配成机器或装置的过程中，由于装配不当、对中不好、过紧或过松都会使零件产生附近应力或振动，造成失效。使用维护不良，不按工艺规程操作，也会造成失效。

4、失效分析

5、失效分析的步骤

分析步骤

保护失效现场

失效现场的取证和收集背景资料

进行研究

●  材料成分分析及宏观与微观组织分析:

检查材料成分是否符合标准，组织是否正常(包括晶粒度缺陷，非金属夹杂物，相的形态、大小、数量、分布，裂纹及腐蚀情况)。

●  宏观和微观的断口分析:  确定裂纹源及断裂形式(脆性or韧性断裂穿晶or 沿晶断裂，疲劳or非疲劳断裂)。

●  力学性能分析:  测定与失效形式有关的各项力学性能指标

●  机械零件受力及环境条件分析:

分析机械零件在装配和使用中所承受的正常与非正常应力，是否超温运行，是否与腐蚀介质接触等。

●  模拟实验:

对一些重大失效事故，在可能和必要的情况下，应做模拟实验，以验证上述分析得出的结论。

4.得出结论

6、如何防止失效

防止失效重要的措施是： 设计、选材、 工艺。

设计：

选材：

工艺：

在进行失效分析和提出改进措施时应注意几点：

》 设计、材料与工艺要三者相结合

》 结构强度与材料强度相结合

》 宏观规律与微观机理相结合，断口宏观分析与微观分析相结合    

    深圳宝得金新材料科技有限公司依托于热等静压粉末合金领域的专业团队，致力于高品质粉末合金材料的研发与加工，具备丰富的粉末合金材料制造经验。

    热等静压的粉末合金材料由于具备高纯净度、完全致密化、各向同性且具备优异的耐磨性及耐腐蚀性，因此在改善材料性能，避免机械零件的失效上起到了重要的作用。

<深圳宝得金新材料科技有限公司>

PM-HIP热等静压粉末合金材料专家

info@pm-alloy.com

www.pm-alloy.com

来源：文章内容来源热处理生态圈，本文仅做分享

声明：本文采用的视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们会立即删除！