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1、第三章第三章第三章第三章 失效理失效理失效理失效理论论论论概述概述概述概述ContentsClick to add Title1Click to add Title2Click to add Title3Click to add Title4第一第一节节 概念概念v一、失效的定失效的定义义：v机械零件在使用机械零件在使用过过程中，由于程中，由于设计设计、材料、材料、工工艺艺及装配等各方面原因，使其及装配等各方面原因，使其丧丧失失规规定的功定的功能，无法能，无法继续继续工作的工作的现现象称失效。象称失效。v 一般机械设备中，一般机械设备中，80%失效来源于磨损。失效来源于磨损。 v二、分类二、分
2、类v1、按失效原因分、按失效原因分:v误用失效、本质失效、独立失效、从属失效。误用失效、本质失效、独立失效、从属失效。v2、按工作时间：、按工作时间：v早期失效、偶然失效、耗损失效。早期失效、偶然失效、耗损失效。v3、按发生速度分：、按发生速度分：v突变失效、退化失效、间隙时效。突变失效、退化失效、间隙时效。v4、按失效程度分：、按失效程度分：v完全失效、部分失效、完全失效、部分失效、v5、按危害程度分：致命失效、严重实效、一般失效、按危害程度分：致命失效、严重实效、一般失效、轻度失效。轻度失效。v6、不可预测失效，可预测失效。、不可预测失效，可预测失效。三、诱发因素：三、诱发因素：应力应力
3、环境环境 时间时间四、形式四、形式：变变形、断裂、形、断裂、损伤损伤（磨（磨损损和腐和腐蚀蚀、气、气蚀蚀）及其它（松及其它（松动动、打滑、老化、泄漏、打滑、老化、泄漏、烧伤烧伤）等）等形式，形式，见见表表3-1所示。所示。v第二第二节节 变变 形形v 一、一、变变形的概念形的概念 v 机械机械设备设备在工作在工作过过程中，由于受力的作程中，由于受力的作用而使用而使零件的尺寸零件的尺寸或或形状形状发发生生改改变变的的现现象称象称变变形。形。v分分类类：变变形分形分弹弹性性变变形形和和塑性塑性变变形形两种。两种。v v弹弹性性变变形是指外力去除后能完全恢复的那一部形是指外力去除后能完全恢复的那一部
4、分分变变形。形。v弹弹性性变变形特点：形特点：v1)具有可塑性，当外力去除后具有可塑性，当外力去除后变变形完全消失；形完全消失；v2)弹弹性性变变形量很小，一般不超形量很小，一般不超过过材料原来材料原来长长度度的的%；v3)在在弹弹性性变变形范形范围围内，内，应应力和力和应变应变成成线线性关系，性关系，符合虎克定律。符合虎克定律。1弹弹性性变变形形v弹弹性后效：性后效：许许多金属材料在低于多金属材料在低于弹弹性极限性极限应应力力作用下，会作用下，会产产生生应变应变并逐并逐渐渐恢复，但恢复，但总总是落后是落后于于应应力，力，这这种种现现象称象称弹弹性滞后或性滞后或弹弹性后效。性后效。v因素：因素
5、：取决于取决于金属材料的性金属材料的性质质、应应力大小和状力大小和状态态、以及温度等、以及温度等v经过经过校直的校直的轴类轴类零件零件过过了一段了一段时间时间后又会后又会发发生生弯曲，就是弯曲，就是弹弹性后效的表性后效的表现现，进进行行回火回火处处理理。v2塑性塑性变变形形塑性塑性变变形形是指外力去除后不能恢复的那部分是指外力去除后不能恢复的那部分永久永久变变形。形。特点特点是：是：v引起材料的引起材料的组织结组织结构和性能构和性能发发生生变变化化。v表表现现出各向异性，金属出各向异性，金属产产生加工硬化生加工硬化现现象象。v多晶体在塑性多晶体在塑性变变形形时时，各晶粒及同一，各晶粒及同一晶粒
6、内部的晶粒内部的变变形是不均匀的，当外力去除后形是不均匀的，当外力去除后各晶粒的各晶粒的弹弹性恢复也不一性恢复也不一样样，因而，因而产产生内生内应应力力。v 金属的耐腐金属的耐腐蚀蚀性下降性下降。v二、二、变变形的危害形的危害 v变变形将使其它零件加速磨形将使其它零件加速磨损损，甚至断裂，甚至断裂，还还有可能有可能导导致整台机械致整台机械设备设备被破坏，极大被破坏，极大地降低使用寿命，所以地降低使用寿命，所以变变形的危害是十分形的危害是十分严严重的。重的。v三、三、变变形的原因形的原因v主要原因是零件的应力超过材料的屈服强主要原因是零件的应力超过材料的屈服强度所致。度所致。v1外外载载荷荷v当
7、外当外载载荷荷产产生的生的应应力超力超过过材料的屈服材料的屈服强强度度时时，则则零件将零件将产产生生过应过应力力，永久永久变变形。形。如如经经常常满载满载或超或超载载工作、工作、频频繁制繁制动动、停、停车车和起和起动动，有振，有振动动和冲和冲击击，结结构布置不合理构布置不合理等情况下很容易出等情况下很容易出现现。v2温度温度v1)温度升高金属材料的原子温度升高金属材料的原子热热振振动动增增大大，临临界切界切变变抗力下降容易抗力下降容易产产生滑移生滑移变变形，使材料屈服形，使材料屈服强强度降低。度降低。长长期在期在400以上使用的以上使用的铸铁铸铁，反复加，反复加热热与冷却会使体与冷却会使体积积
8、膨膨胀胀而而发发生生变变形，温度愈高，形，温度愈高，变变形愈形愈厉厉害。害。这这是由是由于珠光体中的于珠光体中的Fe3C在高温下分解在高温下分解为铁为铁素体和石墨，引素体和石墨，引起体起体积积增大的增大的结结果；同果；同时时各各处处体体积积膨膨胀胀不均匀不均匀还还会会产产生内生内应应力。力。v2)当温度超当温度超过过一定程度一定程度时时在一定温度和在一定温度和应应力作用下，力作用下，随着随着时间时间的增加，金属材料将的增加，金属材料将缓缓慢地慢地发发生塑性生塑性变变形，形，这这种种现现象称蠕象称蠕变变，叫，叫高温蠕高温蠕变变。例如碳。例如碳钢钢的温度高于的温度高于300350时时就会就会产产生
9、蠕生蠕变变。当温度更高。当温度更高时时；产产生生蠕蠕变变的的应应力力则则相相应变应变小。小。v 3)如果零件受如果零件受热热不均各不均各处处温差温差较较大，会大，会产产生生较较大的大的热应热应力和内力和内应应力而引起零件力而引起零件变变形形.v 3内内应应力力v尤其是尤其是铸铸造毛坯，形状复造毛坯，形状复杂杂、尺寸、尺寸较较大大、厚薄不均，在、厚薄不均，在浇铸浇铸后冷却后冷却过过程中，形成拉伸、程中，形成拉伸、压缩压缩等不同的等不同的应应力状力状态态。内内应应力影响零件的静力影响零件的静强强度和尺寸的度和尺寸的稳稳定性，不定性，不仅仅使其使其弹弹性极限降低，性极限降低，还还会会产产生减小内生减
10、小内应应力的塑性力的塑性变变形，形，严严重重时时将引起断裂。毛坯的内将引起断裂。毛坯的内应应力是不力是不稳稳定的，通常在定的，通常在1220个月的个月的时间时间内逐步消失。但随着内逐步消失。但随着应应力的重新分布，零件力的重新分布，零件将将产产生生变变形。形。v 虽虽然然对对毛坯安排了消除内毛坯安排了消除内应应力的工序，即力的工序，即时时效效处处理理，但内但内应应力不一定消除得那么力不一定消除得那么彻彻底，将有部分残存下来。底，将有部分残存下来。在残余在残余应应力的力的长长期作用下，使期作用下，使弹弹性极限降低，性极限降低，产产生减少生减少内内应应力的塑性力的塑性变变形，形，这这种种现现象称内
11、象称内应应力松弛。尤其是箱力松弛。尤其是箱体体类类零件和大的基零件和大的基础础件件，厚薄厚薄过过渡很多渡很多，为残余应力的，为残余应力的产生创造了条件，所以内应力松弛引起的变形问题也突产生创造了条件，所以内应力松弛引起的变形问题也突出。出。v4结结晶缺陷晶缺陷v 产产生生变变形的内在原因是材料内部缺陷、如位形的内在原因是材料内部缺陷、如位错错、空位等，特、空位等，特别别是位是位错错其移其移动动和和扩扩散，构散，构成影响成影响变变形的主要内在因素。形的主要内在因素。v零件零件变变形的原因是多方面的，往往是几种原形的原因是多方面的，往往是几种原因共同作用的因共同作用的结结果。果。较小的应力也能产生
12、变较小的应力也能产生变形，这种变形不是一次产生的，实际上是多形，这种变形不是一次产生的，实际上是多次变形累计的结果。次变形累计的结果。v 四、减少四、减少变变形的措施形的措施 v 1设计设计： 2加工加工： 3修理修理： 4使用使用： v 1设计设计：内：内应应力和力和变变形形设计时设计时不不仅仅要考要考虑虑零件的零件的强强度，度，还还要重要重视视零件的零件的刚刚度和制度和制造、装配、使用、拆卸、修理等造、装配、使用、拆卸、修理等问题问题。正确。正确选选用材料用材料、注注意工意工艺艺性能，如性能，如铸铸造的流造的流动动性、收性、收缩缩性；性；锻锻造的可造的可锻锻性；性；焊焊接的冷裂、接的冷裂、
13、热热裂裂倾倾向；机加工的可切削性；向；机加工的可切削性；热处热处理的淬理的淬透性、冷脆性等。要合理布置零部件，透性、冷脆性等。要合理布置零部件，选择选择适当的适当的结结构尺构尺寸，如避免尖角、棱角改寸，如避免尖角、棱角改为圆为圆角、倒角；厚薄角、倒角；厚薄悬悬殊的部分殊的部分可开工可开工艺艺孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔改改为为通孔等。形状复通孔等。形状复杂杂的零件在可能条件下的零件在可能条件下，采用采用组组合合结结构、构、镶镶拼拼结结构构，改善受力状况。在改善受力状况。在设计设计中注意中注意应应用新技用新技术术、新工新工艺艺和新材料，减少
14、制造和新材料，减少制造时时的内的内应应力和力和变变形。形。v2加工加工v 在加工中要采取工在加工中要采取工艺艺措施来防止和减少措施来防止和减少变变形。形。对对毛坯要毛坯要进进行行时时效效处处理，以消除其残余内理，以消除其残余内应应力。力。可以将生可以将生产产出来的毛坯在露天存放出来的毛坯在露天存放12年，利年，利用内用内应应力在力在1 22 0月逐月逐渐渐消失的特点消失的特点进进行自行自然然时时效，效果最佳，但周期太效，效果最佳，但周期太长长；也可使毛坯；也可使毛坯受到高温退火、保温受到高温退火、保温缓缓冷而消除内冷而消除内应应力即力即进进行行人工人工时时效；效；还还可利用振可利用振动动的作用
15、来消除内的作用来消除内应应力。力。复复杂杂零件和精密零件在粗加工后仍要零件和精密零件在粗加工后仍要进进行人工行人工时时效，高精度零件在精加工效，高精度零件在精加工过过程中程中继续继续要安排要安排人工人工时时效。效。v3修理修理v 在修理中，不在修理中，不仅仅要要满满足恢复零件的尺寸、配足恢复零件的尺寸、配合精度、表面合精度、表面质质量等量等还还要要检查检查和修复主要零和修复主要零件的形状及位置件的形状及位置误误差；制定出与差；制定出与变变形有关的形有关的标标准和修理准和修理规规范，范，设计简单设计简单可靠、好用的可靠、好用的专专用量用量具和工具和工夹夹具；大力推广具；大力推广“三新三新”技技术
16、术，特，特别别是是新的修复工新的修复工艺艺，如刷，如刷镀镀、粘接等，用来代替、粘接等，用来代替传传统统的的焊焊接，尽量减少零件在修理中接，尽量减少零件在修理中产产生的生的应应力力和和变变形。形。v4使用使用 v 加加强强生生产产技技术术管理，制定并管理，制定并严严格格执执行操作行操作规规程，不超程，不超负负荷运行，避免局部超荷运行，避免局部超载载或或过热过热，加，加强强机械机械设备设备的的检查检查和和维护维护。第三第三节节 断断 裂裂断裂定断裂定义义：是物体在机械力、是物体在机械力、热热、磁、声响、腐、磁、声响、腐蚀蚀等等单单独作用或独作用或联联合合作用下，使其本身作用下，使其本身连续连续遭到
17、破坏，从而遭到破坏，从而发发生局部开裂或分生局部开裂或分成几部分的成几部分的现现象。象。断裂形式断裂形式：（1）疲）疲劳劳断裂：机械零件在循断裂：机械零件在循环应环应力作用下会力作用下会发发生疲生疲劳劳断裂断裂。（2）蠕）蠕变变断裂：在高温持久断裂：在高温持久应应力作用下出力作用下出现现蠕蠕变变断裂断裂。（3）腐）腐蚀蚀疲疲劳劳：在腐在腐蚀环蚀环境下境下产产生生应应力腐力腐蚀蚀或腐或腐蚀蚀疲疲劳劳。 断裂失效的几率比断裂失效的几率比变变形小形小，但是断裂会造成重大事故，但是断裂会造成重大事故，产产生生严严重的后果，具有更大的危重的后果，具有更大的危险险性。性。一、分一、分类类 1按零件断裂后的
18、自然表面即断口的宏按零件断裂后的自然表面即断口的宏观观形形态态特征分特征分类类。v (1)韧韧性断裂性断裂 v零件在外力作用下，若零件在外力作用下，若应应力超力超过过强强度极限度极限时发时发生生韧韧性性变变形形，而后造成断裂而后造成断裂，称称韧韧性断裂。性断裂。v它的断口其宏它的断口其宏观观形形态态是呈杯是呈杯锥锥状，状，或或鹅鹅毛毛绒绒状，状，颜颜色色发发暗，暗，边缘边缘有剪切唇，有剪切唇，断口附近有明断口附近有明显显的塑性的塑性变变形形。v v (2)脆性断裂脆性断裂v 它一般它一般发发生在生在应应力达到屈服力达到屈服强强度前，度前，没有或只有少量的塑性没有或只有少量的塑性变变形，多形，多
19、为为沿晶界沿晶界扩扩展而突然展而突然发发生，又称晶界断裂。它的断生，又称晶界断裂。它的断口呈口呈结结晶状，常有人字晶状，常有人字纹纹或放射花或放射花样样，平，平滑而光亮，且与正滑而光亮，且与正应应力垂直，称解理面，力垂直，称解理面，因此因此这这种断裂也称解理断裂。它多种断裂也称解理断裂。它多见见于体于体心立方、密排六方的金属及其台金。低温、心立方、密排六方的金属及其台金。低温、应应力集中、冲力集中、冲击击、晶粒粗大和脆性材料均、晶粒粗大和脆性材料均有利于有利于发发生解理断裂。生解理断裂。v2按断口的微按断口的微观观形形态态特征分特征分类类v(1)穿晶断裂穿晶断裂 这这是指裂是指裂纹纹穿穿过过晶
20、粒内部的断晶粒内部的断裂，它可以是延性的，也可以是脆性断裂。裂，它可以是延性的，也可以是脆性断裂。v(2)晶晶间间断裂断裂 这这种断裂的裂种断裂的裂纹纹是沿着晶界是沿着晶界扩扩展，多数属于脆性断裂。展，多数属于脆性断裂。v3按按载载荷性荷性质质分分类类v (1)一次加一次加载载断裂断裂 零件在一次静拉伸、零件在一次静拉伸、静静压缩压缩、静扭、静扭转转、静弯曲、静剪切或一次冲、静弯曲、静剪切或一次冲击击能量作用下的断裂称一次加能量作用下的断裂称一次加载载断裂。断裂。v (2)疲疲劳劳断裂断裂 经历经历反复多次的反复多次的应应力作用力作用或能量或能量负负荷循荷循环环后才后才发发生断裂的生断裂的现现
21、象叫作疲象叫作疲劳劳断裂。疲断裂。疲劳劳断裂占整个断裂的断裂占整个断裂的8090，它的它的类类型很多，包括拉型很多，包括拉压压疲疲劳劳、弯曲疲、弯曲疲劳劳、接触疲接触疲劳劳，扭，扭转转疲疲劳劳、振、振动动疲疲劳劳等。疲等。疲劳劳又又根据循根据循环环次数的多少分高周和低周疲次数的多少分高周和低周疲劳劳。v二、疲二、疲劳劳断裂断裂v 疲疲劳劳断裂的特点是断裂断裂的特点是断裂时应时应力低于材料的抗力低于材料的抗拉拉强强度或屈服度或屈服强强度。不度。不论论是脆性材料是脆性材料还还是塑性材是塑性材料，疲料，疲劳劳断裂在宏断裂在宏观观上均表上均表现为现为脆性断裂脆性断裂。v 1疲疲劳劳裂裂纹纹的的产产生生
22、v 材料的表面或内部缺陷起着尖缺口的作用，金属材料的表面或内部缺陷起着尖缺口的作用，金属材料的第二相材料的第二相质质点、非金属点、非金属夹杂夹杂物与基体引起疲物与基体引起疲劳劳断裂的断裂的产产生。生。v措施：（措施：（1）降低交）降低交变载变载荷、（荷、（2）减少零件）减少零件表面加工缺陷和表面加工缺陷和应应力集中部位（力集中部位（3）控制）控制夹杂夹杂物等物等级级、（、（4）细细化品粒、化品粒、强强化金属表面化金属表面v 3疲疲劳劳断口形貌断口形貌 v 典型的疲典型的疲劳劳断口接断裂断口接断裂过过程有三个区域，程有三个区域，见图见图33。v (1)疲疲劳劳源区源区(疲疲劳劳核心区核心区) 这
23、这是疲是疲劳劳裂裂纹纹最初形成的地方，最初形成的地方，用肉眼或低倍放大用肉眼或低倍放大镜镜能大致判断其位置。它一般能大致判断其位置。它一般发发生在零件的生在零件的表面，也可在内部表面，也可在内部发发生。生。v (2)疲疲劳劳裂裂纹扩纹扩展区展区(疲疲劳劳区区) 它是疲它是疲劳劳断口最重要的特征断口最重要的特征区域呈宏区域呈宏观观的疲的疲劳劳弧弧带带和微和微观观的疲的疲劳纹劳纹。疲。疲劳劳弧弧带带以疲以疲劳劳源源为为核心，似水波形式向外核心，似水波形式向外扩扩展，形成展，形成许许多同心多同心圆圆或同心弧或同心弧带带，其方向与裂其方向与裂纹纹的的扩扩展方向相垂直。展方向相垂直。v一般情况下，疲一般
24、情况下，疲劳劳断面愈光滑，断面愈光滑，说说明零件在断裂前明零件在断裂前经历经历的的应应力循力循环环次数愈多，承受次数愈多，承受载载荷愈小。荷愈小。v(3)瞬瞬时时断裂区断裂区(最最终终破断区破断区) 它是当疲它是当疲劳劳裂裂纹扩纹扩展到展到临临界界尺寸尺寸时发时发生快速破断区。瞬生快速破断区。瞬时时断裂的位置和大小取决于承受的断裂的位置和大小取决于承受的载载荷大小，当荷大小，当载载荷愈大，荷愈大，则则最最终终破断破断区越区越移向断面的中移向断面的中间间。v三、断口分析三、断口分析 v断口分析是研究金属断面的科学。断口分析是研究金属断面的科学。v 1 .现场调查现场调查 2宏宏观观分析分析 3微
25、微观观分析分析v 4金相金相组织组织、化学成分、力学性能的、化学成分、力学性能的检验检验v 5其它因素其它因素 v v区区别别一次加一次加载载断裂与疲断裂与疲劳劳断裂有以下几种方法：断裂有以下几种方法： v1)从零件断裂前的从零件断裂前的载载荷作用情况荷作用情况 v2)从断口分析的外从断口分析的外观观推推测测 v3)从断口附近的从断口附近的变变形情况分析形情况分析 v四、减四、减轻轻断裂危害的措施断裂危害的措施 v1减少局部减少局部应应力集中力集中 v一般零件上只要有任何几何形状的不一般零件上只要有任何几何形状的不连续连续，或者有，或者有存在于材料中的不存在于材料中的不连续时连续时，都可能，都
26、可能产产生生应应力集中。几何力集中。几何形状不形状不连续连续通称通称为为缺口，如肩台缺口，如肩台圆圆角、沟槽，油孔、角、沟槽，油孔、键键槽、螺槽、螺纹纹、压压配合零件的配合零件的边缘边缘以及加工刀痕等皆是。在以及加工刀痕等皆是。在它它们们附近的附近的实际应实际应力要比名力要比名义义平均平均应应力高得多，力高得多，这这就就是是应应力集中。力集中。v特特别应别应强强调调的是的是，在静在静载载荷下荷下，应应力集中所起的作用力集中所起的作用，还还不算十分不算十分显显著，但在循著，但在循环载环载荷或冲荷或冲击载击载荷下，其影响荷下，其影响是决定性的。所以必是决定性的。所以必须须要改善零件的要改善零件的结
27、结构形状例如：构形状例如：焊缝焊缝通常是疲通常是疲劳劳断裂的起源区域，断裂的起源区域，对对“T”型型焊焊接接接接头头应应取适当的几何形状，取适当的几何形状，焊焊后打后打圆圆角或角或钻钻孔，均能减孔，均能减轻应轻应力力集中的程度。集中的程度。v2减少残余减少残余应应力影响力影响v各种加工和各种加工和处处理工理工艺过艺过程，如拉拔、程，如拉拔、挤压挤压、校、校直、弯曲、冲直、弯曲、冲压压、机加工、磨削以及、机加工、磨削以及焊焊接、接、热热处处理等均能引起残余理等均能引起残余应应力。一般残余拉力。一般残余拉应应力是力是有害的，但残余有害的，但残余压应压应力力则则是有益的。渗碳、氮是有益的。渗碳、氮化
28、、化、喷喷丸和表面丸和表面滚压滚压加工等工加工等工艺过艺过程均可程均可产产生生残余残余压应压应力，它力，它们们将抵消一部分由外将抵消一部分由外载载荷引起荷引起的拉的拉应应力，因而减少了力，因而减少了发发生断裂的可能性。生断裂的可能性。v 3控制控制载载荷防止超荷防止超载载v载载荷荷对对断裂有直接影响。断裂有直接影响。为为减减轻轻或防止断裂，或防止断裂，还应还应十分注意零件所受十分注意零件所受载载荷的大小，或估荷的大小，或估计计其其超超载载程度。通程度。通过对过对断口特征的分析断口特征的分析，可估算受可估算受载载情况和超情况和超载载程度。程度。v4其它其它v 1)在使用在使用时时注意早期注意早期
29、发现发现裂裂纹纹，定期，定期进进行无行无损损探探伤伤和和监测监测；尽量减；尽量减轻轻零件的腐零件的腐蚀损伤蚀损伤；减少；减少机械机械设备设备运行运行时时各部分的温差；尽量避免各部分的温差；尽量避免热应热应力；力；v 2)在在维维修修时时注意操作注意操作对对零件断裂的影响，避免零件断裂的影响，避免因拆装、存放、加工而使零件表面因拆装、存放、加工而使零件表面损伤损伤；裂；裂纹纹和断裂零件可用和断裂零件可用焊焊接，粘接、接，粘接、铆铆接等方法修复；接等方法修复；对对不重要零件上的裂不重要零件上的裂纹纹可可钻钻止裂孔，防止或延止裂孔，防止或延缓缓其其扩扩展，可附加展，可附加强强肋；疲肋；疲劳劳裂裂纹发
30、纹发生在生在紧紧固固件周件周围围，可将，可将紧紧固孔固孔镀镀削去除所有裂削去除所有裂纹纹部分，部分，换换用用较较大的大的紧紧固件，此方法固件，此方法“去皮去皮处处理理”。v上节回顾：上节回顾：v一、失效理论概述一、失效理论概述v1、定义：、定义：v2、诱发因素：、诱发因素：v3、形式：、形式：v二、变形二、变形v1、分类：、分类：v2、原因：、原因：v3、减少变形的措施：、减少变形的措施：v三、断裂三、断裂v1、分类：、分类： 2、减轻断裂危害的措施、减轻断裂危害的措施第四第四节节 腐腐 蚀蚀一、概念一、概念 腐腐蚀蚀是金属受周是金属受周围围介介质质的的作用而引起作用而引起损伤损伤的的现现象。
31、象。特征：腐特征：腐蚀损伤总蚀损伤总是从金属表是从金属表面开始，然后或快或慢地往里渗面开始，然后或快或慢地往里渗入入，并使表面的外形并使表面的外形发发生生变变化，出化，出现现不不规则规则形状的凹洞、斑点、形状的凹洞、斑点、溃疡溃疡等破等破坏区域。破坏的金属坏区域。破坏的金属变为变为氧化物或氧化物或氢氢氧化物，形成腐氧化物，形成腐蚀产蚀产物并部分地物并部分地在表面上。在表面上。铁铁生生锈锈就是最明就是最明显显的例的例子。子。 后果：不后果：不仅仅影响性能，影响性能，缩缩短寿短寿命，而且造成命，而且造成严严重的跑、冒、滴、重的跑、冒、滴、漏漏现现象，象，恶恶化操作化操作环环境，危害境，危害职职工工
32、身体健康身体健康。 二、分二、分类类1、化学腐、化学腐蚀蚀是金属与外部电介质作用直接产生化学反应的结果，腐是金属与外部电介质作用直接产生化学反应的结果，腐蚀过程中不产生电流蚀过程中不产生电流。外部外部电电介介质质多数多数为为非非电电解解质质物物质质。如干如干燥空气、高温气体、有机液体、汽油、燥空气、高温气体、有机液体、汽油、润润滑油等。它滑油等。它们们和金属和金属接触接触，进进行化学反行化学反应应，形成表面膜，在不断脱落形成表面膜，在不断脱落，又不断生成又不断生成的的过过程中程中，使零件腐使零件腐蚀蚀。化学腐化学腐蚀蚀又可分又可分为为如下两如下两类类：(1)气体腐气体腐蚀蚀 金属在干燥气体中金
33、属在干燥气体中(表面上没有湿气冷凝表面上没有湿气冷凝)发发生生的的腐腐蚀蚀，称，称为为气气体腐体腐蚀蚀。它一般是指在高温。它一般是指在高温时时金属的腐金属的腐蚀蚀，如，如轧钢时轧钢时生成厚的生成厚的氧化皮。内燃机活塞的氧化皮。内燃机活塞的烧烧坏等。坏等。(2)在非在非电电解解质质溶液中的腐溶液中的腐蚀蚀 这这是指金属在不是指金属在不导电导电的液体中的液体中发发生的腐生的腐蚀蚀，如金属在有机液体，如金属在有机液体(酒精、石油等酒精、石油等)中的腐中的腐蚀蚀。 2电电化学腐化学腐蚀蚀 电电化学腐化学腐蚀蚀是金属是金属与与电电解解质质物物质质接触接触时产时产生的腐生的腐蚀蚀。它与化学腐。它与化学腐蚀
34、蚀不同之点在于不同之点在于腐腐蚀过蚀过程中有程中有电电流流产产生生。按照所接触按照所接触环环境的不同，可分境的不同，可分为为如下几如下几类类：(1)大气腐大气腐蚀蚀 腐腐蚀蚀在潮湿的气体；在潮湿的气体；如在空气中。如在空气中。(2)土壤腐土壤腐蚀蚀 腐腐蚀蚀是在土壤中是在土壤中进进行，如工程机械、行，如工程机械、农业农业机械的工机械的工作装置；作装置；(3)在在电电解解质质溶液中的腐溶液中的腐蚀蚀 这这是极其广泛的一是极其广泛的一类类腐腐蚀蚀，天然水，天然水及大部分水溶液及大部分水溶液对对金属的腐金属的腐蚀蚀，以及在海水和酸、碱、，以及在海水和酸、碱、盐盐的水溶的水溶液中液中发发生的腐生的腐蚀
35、蚀。(4)在熔融在熔融盐盐中的腐中的腐蚀蚀 如如热处热处理理车间车间盐浴炉中的电极和所处理的盐浴炉中的电极和所处理的金属发生的腐蚀。金属发生的腐蚀。以上两种腐以上两种腐蚀蚀，电电化学腐化学腐蚀蚀比化学腐比化学腐蚀蚀强强烈得多，烈得多，金属腐金属腐蚀蚀造成的造成的损损失大多数是失大多数是电电化学腐化学腐蚀蚀引起的引起的。v3氧化氧化大多数金属与空气中的氧或氧化剂作用，大多数金属与空气中的氧或氧化剂作用，形成氧化膜。形成氧化膜。低温下，对基体有保护作用，阻止继续氧化。低温下，对基体有保护作用，阻止继续氧化。高温下，氧化将不断进行下去。高温下，氧化将不断进行下去。三、影响腐三、影响腐蚀蚀的因素的因素
36、v1金属的特性金属的特性v金属的抗腐金属的抗腐蚀蚀性与它的性与它的标标准准电电位位、化学活性有关。、化学活性有关。标标准准电电位愈低，化学活性就愈高，愈容易腐位愈低，化学活性就愈高，愈容易腐蚀蚀。v2金属的成分金属的成分v金属中的金属中的杂质杂质愈多，抗腐愈多，抗腐蚀蚀性愈差。一般性愈差。一般钢铁钢铁中都有中都有石墨、硫化物、硅化物等石墨、硫化物、硅化物等杂质杂质，它，它们们的的电电极极电电位都比位都比铁铁高，高，金属在形成腐金属在形成腐蚀电蚀电池池时时成成为为阳极，不断被腐阳极，不断被腐蚀蚀。注：注：金属浸在只含有金属浸在只含有该该金属金属盐盐的的电电解溶解溶液中，达到平衡液中，达到平衡时时
37、所具有的所具有的电电极极电电位，位，叫做叫做该该金属的平衡金属的平衡电电极极电电位。当温度位。当温度为为25，金属离子的有效，金属离子的有效浓浓度度为为1mol/L（即活度（即活度为为1）时测时测得的平衡得的平衡电电位，叫做位，叫做标标准准电电极极电电位位。3零件表面状况零件表面状况零件的外表形状愈复零件的外表形状愈复杂杂，表面粗糙度愈大，抗腐，表面粗糙度愈大，抗腐蚀蚀性性愈差。愈差。这这是因是因为为复复杂杂而粗糙的表面极易吸附而粗糙的表面极易吸附电电解解质质。通常，变形部分，表面擦伤，凹形，转角，边缘等处比较通常，变形部分，表面擦伤，凹形，转角，边缘等处比较容易腐蚀。容易腐蚀。4环环境境 温
38、度高；湿度大；介温度高；湿度大；介质质中含有氧、二氧化硫、二氧化中含有氧、二氧化硫、二氧化碳、碳、氯氯离子；雨水和离子；雨水和杂质杂质多，都会加速腐多，都会加速腐蚀蚀。四、减四、减轻轻腐腐蚀蚀危害的措施危害的措施 1正确正确选选材材根据根据环环境介境介质质和使用条件，和使用条件，选择选择合适的耐合适的耐蚀蚀材料，材料，如含有如含有镍镍、铬铬、铝铝、硅、硅、钛钛等元素的合金等元素的合金钢钢；在条件；在条件许许可的情况下，尽量可的情况下，尽量选选用尼用尼龙龙、塑料、陶瓷等材料。、塑料、陶瓷等材料。2合理合理设计设计在制造机械在制造机械设备时设备时，虽虽然然应应用了用了较优较优良的材料，但良的材料，
39、但是如果在是如果在结结构的构的设计设计上上，不从金属防不从金属防护护角度角度，加以全面加以全面考考虑虑，常会引起机械，常会引起机械应应力、以及力、以及热应热应力、流体的停滞和力、流体的停滞和聚集、局部聚集、局部过热过热等等现现象，从而加速腐象，从而加速腐蚀过蚀过程。因此合理程。因此合理地地设计结设计结构构应应特特别别加以注意。加以注意。v3覆盖保覆盖保护层护层v 它是在金属表面上覆盖一它是在金属表面上覆盖一层层不同的材料，改不同的材料，改变变表面表面结结构，使金属与介构，使金属与介质质隔离开来，用以防止隔离开来，用以防止腐腐蚀蚀。v(1)金属保金属保护层护层 采用采用电镀电镀、喷喷涂、化学涂、
40、化学镀镀等方等方法在金属表面上覆盖一法在金属表面上覆盖一层层如如镍镍、铬铬、锡锡、锌锌等等金属或合金作金属或合金作为为保保护层护层。v v(2)非金属保非金属保护层护层v1)涂料涂料 将油基漆或将油基漆或树树脂基漆脂基漆，用一定的方法涂覆在物体用一定的方法涂覆在物体表面上，表面上，经经固化形成薄固化形成薄涂涂层层，从而保，从而保护护机机械械设备设备免受高免受高温气体及酸、碱、温气体及酸、碱、盐盐等介等介质质的腐的腐蚀蚀作用。作用。涂料的品种很多。常用的有防腐漆、底漆、生漆、涂料的品种很多。常用的有防腐漆、底漆、生漆、沥沥青漆、青漆、环环氧氧树树脂涂料、聚己脂涂料、聚己烯烯溶料及工溶料及工业业凡
41、士林等。凡士林等。v2)玻璃玻璃钢钢 它是采用合成它是采用合成树树脂脂为为粘粘结结材料，以玻璃材料，以玻璃纤维纤维及及其制其制品品，如玻璃布、玻璃，如玻璃布、玻璃带带、玻璃、玻璃丝丝等等为为增增强强材料，按材料，按各种成形方法制成。它具有各种成形方法制成。它具有良良好的耐腐好的耐腐蚀蚀性，比性，比强强度度(强强度与度与质质量之比量之比)高，但耐磨性差，有老化高，但耐磨性差，有老化现现象象。3)硬硬软软聚聚氯氯乙乙烯烯 它具有良好的耐腐它具有良好的耐腐蚀蚀性和一定的机性和一定的机械械强强度，加工成形方便度，加工成形方便焊焊接性能良好。接性能良好。4)耐酸酚耐酸酚醛醛塑料塑料。这这是以是以热热固性
42、酚固性酚醛树醛树脂作粘脂作粘结剂结剂，以耐酸材料、如玻璃以耐酸材料、如玻璃纤维纤维、石棉等作填料的一种、石棉等作填料的一种热热固性塑固性塑料。它易于成形和机械加工，但成本料。它易于成形和机械加工，但成本较较高目前主要用在高目前主要用在各种管道或管件中。各种管道或管件中。(3)化学保化学保护层护层化学或化学或电电化学法在金属材料表面化学法在金属材料表面覆盖一覆盖一层层化化合合物的薄膜物的薄膜层层，如磷化、，如磷化、发蓝发蓝、钝钝化、氧化、化、氧化、阳极氧化等。阳极氧化等。 (4)表面合金化表面合金化 如氮化、渗如氮化、渗铬铬、渗、渗铅铅等等v 4电电化学保化学保护护 v用一个比零件材料的化学性能
43、更活用一个比零件材料的化学性能更活泼泼的金属的金属，铆铆接到接到零件上，形成一个腐零件上，形成一个腐蚀电蚀电池，零件作池，零件作为为阴极，不会阴极，不会发发生腐生腐蚀蚀。v电电化学保化学保护护又可分又可分为为:v(1)阴极保阴极保护护 (2)阳极保阳极保护护v v在腐在腐蚀蚀性介性介质质中加中加入入少量能减少腐少量能减少腐蚀蚀速度的物速度的物质质，可，可减减轻轻腐腐蚀蚀，这这种加入物叫种加入物叫缓缓蚀剂蚀剂。按化学性。按化学性质质，缓蚀剂缓蚀剂可可分分为为无机和有机二种无机和有机二种:v(1)无机无机缓蚀剂缓蚀剂 常用的有常用的有：重重铬铬酸酸钾钾，二硝酸，二硝酸钠钠，亚亚硫酸硫酸钠钠等。等。
44、v (2)有机有机缓蚀剂缓蚀剂 一般是有机化合物，如胺一般是有机化合物，如胺盐盐、琼琼脂、糊精、脂、糊精、动动物胶、生物碱等物胶、生物碱等。v 6、改、改变环变环境条件境条件v如采用通如采用通风风、除湿、去掉二氧化硫气体等。、除湿、去掉二氧化硫气体等。对对常用金常用金属材料来属材料来说说，把相，把相对对湿度控制在湿度控制在临临界湿度界湿度（50%-70%）以下以下。可显著减缓大气腐蚀。可显著减缓大气腐蚀。第五第五节节 气气蚀蚀v1、气、气蚀现蚀现象象v 当零件与液体接触并当零件与液体接触并产产生相生相对对运运动动，接触，接触处处的局部的局部压压力低力低于液体蒸于液体蒸发压发压力力时时，形成气泡
45、。溶解的气体也会析出形成，形成气泡。溶解的气体也会析出形成气泡。运气泡。运动动到高到高压压区，气泡在被迫区，气泡在被迫溃灭溃灭的瞬的瞬间产间产生极大的生极大的冲冲击击力和高温，称力和高温，称为为水水击现击现象。气泡形成与破象。气泡形成与破灭灭的反复作的反复作用，使零件表面材料用，使零件表面材料产产生疲生疲劳劳而逐而逐渐渐脱落，呈麻点状，逐脱落，呈麻点状，逐渐扩渐扩展成泡沫海展成泡沫海绵绵状，状，这这种种现现象称象称为为气气蚀蚀（又称穴蚀）（又称穴蚀）。v2、 减减轻轻气气蚀蚀的主要措施的主要措施：v 1）设计中尽量减少截面突变，加大圆角。设计中尽量减少截面突变，加大圆角。v 2）减小与液体接触
46、表面的振）减小与液体接触表面的振动动，以减少水，以减少水击现击现象的象的发发生生。例如提高刚度、采取吸振措施等。例如提高刚度、采取吸振措施等。v 3）选选用耐气用耐气蚀蚀的材料，如球状或的材料，如球状或团团状石墨的状石墨的铸铁铸铁、不不锈钢锈钢、尼、尼龙龙等。等。v 4）零件表面涂塑料、陶瓷等防气）零件表面涂塑料、陶瓷等防气蚀蚀材料材料，也可在表也可在表面面镀镀铬。v 5）改）改进进零件零件结结构、减小表面粗糙度，减少液体流构、减小表面粗糙度，减少液体流动动时产时产生生涡涡流的流的现现象。象。 v 6）在水中添加乳化油，减小气泡爆破在水中添加乳化油，减小气泡爆破时时的冲的冲击击力。力。v 7）
47、设法降低流体温度，加缓蚀剂等。）设法降低流体温度，加缓蚀剂等。第六第六节节 老化老化定定义义： 机械机械设备设备制造后，在制造后，在长长期的使用或保管、期的使用或保管、闲闲置置过过程中出程中出现现精度下降、性能精度下降、性能变变坏、价坏、价值贬值贬低的低的现现象称老化象称老化。一、老化的分一、老化的分类类v机械机械设备设备老化可分老化可分为为有形老化有形老化和和无形老化无形老化两大两大类类。v1.有形老化有形老化v机械机械设备设备及零部件在使用或保管、及零部件在使用或保管、闲闲置置过过程中，因摩擦磨程中，因摩擦磨损损、变变形、冲形、冲击击、振、振动动、疲、疲劳劳、断裂、腐、断裂、腐蚀蚀等使其等
48、使其实实物形物形态变态变化、精度降低、性能化、精度降低、性能变变坏，坏，这这种种现现象称象称为为有形老化。有形老化。v在运行中造成的在运行中造成的实实体体损损坏坏为为第第I种有形老化种有形老化;v在保管和在保管和闲闲置中由于残余置中由于残余应应力引起的力引起的变变形、金属形、金属锈蚀锈蚀、木、木材与皮革腐朽、橡胶与塑料老化材与皮革腐朽、橡胶与塑料老化变质变质等自然力形成的等自然力形成的实实体体损损坏，称第坏，称第II种有形老化。种有形老化。v2.无形老化无形老化v由于科学技由于科学技术进术进步步，而而发发生使用价生使用价值值或再生或再生产产价格降价格降低的低的现现象象，叫作无形老化，又称叫作无
49、形老化，又称经济经济老化老化。v机械机械设备设备的技的技术结术结构和构和经济经济性能并未改性能并未改变变，但因技，但因技术术进进步、生步、生产产工工艺艺改改进进、劳动劳动生生产产率提高、增大生率提高、增大生产规产规模，再生模，再生产该产该种机械种机械设备设备的价格降低，使其的价格降低，使其贬值贬值的的现现象象为为第第I种无形老化。种无形老化。v它它虽虽使机械使机械设备贬值设备贬值，但本身的技术性能和使用脚趾，但本身的技术性能和使用脚趾并未降低，因此不存在提前更换的问题。并未降低，因此不存在提前更换的问题。v第第II种无形老化是指因出种无形老化是指因出现现了了结结构更巧、技构更巧、技术术性能更性
50、能更佳、生佳、生产产效率更高、效率更高、经济经济效益更好的新型机械效益更好的新型机械设备设备，使原，使原机械机械设备显设备显得技得技术陈术陈旧、功能落后、旧、功能落后、经济经济效益降低，造成效益降低，造成贬值贬值的的现现象。象。v机械机械设备购设备购后后应应尽快投尽快投入入使用，努力提高其利用使用，努力提高其利用率率，在有限的寿命期间内创造更多的价值，得到，在有限的寿命期间内创造更多的价值，得到更高的效益。更高的效益。二、老化的数量指二、老化的数量指标标v一、有形老化指一、有形老化指标标v1、以磨、以磨损为损为主的指主的指标标：用零件用零件实际实际磨磨损损量与零件的最大量与零件的最大允允许许磨
51、磨损损量之比量之比值值表示表示v2、以疲、以疲劳为劳为主的指主的指标标：它用零件它用零件实际实际工作工作时间时间与零件的与零件的疲疲劳劳寿命之比寿命之比值值表示表示v3、以零件的老化程度来、以零件的老化程度来计计算整个机械算整个机械设备设备的老化的老化程度指程度指标标。v4、以以经济经济指指标计标计算的老化程度算的老化程度 用修复所有老化零件用修复所有老化零件需要需要费费用用，与确定机械与确定机械设备设备老化程度老化程度时时，该该机再生机再生产产或再或再购购入的价入的价值值之比之比值值表示。表示。v5、以机械性能降低程度、以机械性能降低程度计计算的老化程度算的老化程度 v 二、无形老化指二、无
52、形老化指标标v 无形老化程度常用无形老化程度常用经济经济指指标标衡量，并从生衡量，并从生产产效率方面加以修正。效率方面加以修正。 三、三、综综合老化程度指合老化程度指标标综综合考合考虑虑机械机械设备设备的有形老化和无形老化后，可得到的有形老化和无形老化后，可得到综综合合老化程度指老化程度指标标，用下式表示，用下式表示v三、老化的三、老化的规规律律v v零件寿命有两个特点，即异名零件寿命的不平衡性和同名零件寿命有两个特点，即异名零件寿命的不平衡性和同名零件寿命的分散性。零件寿命的分散性。v在机械在机械设备设备中，每个零件的中，每个零件的设计设计、结结构和工作条件各不相构和工作条件各不相同，老化的
53、速率相差很大，形成了异名零件寿命的不平衡同，老化的速率相差很大，形成了异名零件寿命的不平衡性。提高了一部分零件的寿命，而其它零件的寿命又相性。提高了一部分零件的寿命，而其它零件的寿命又相对对缩缩短了，因此异名零件寿命的不平衡是短了，因此异名零件寿命的不平衡是绝对绝对的，平衡只是的，平衡只是暂时暂时和相和相对对的。的。v机械机械设备设备的寿命受自然条件影响很大，如在的寿命受自然条件影响很大，如在恶恶劣工况条件下工作劣工况条件下工作的工程机械、的工程机械、矿矿山机械等，其行走部分及减速箱的磨山机械等，其行走部分及减速箱的磨损损会加会加剧剧;气候和地理条件的影响，如在寒冷或炎气候和地理条件的影响，如
54、在寒冷或炎热热以及沙漠地区工作的机以及沙漠地区工作的机械械设备设备，其腐，其腐蚀蚀和磨粒磨和磨粒磨损剧损剧增，增，进进一步一步扩扩大了寿命的分散性。大了寿命的分散性。这这种影响在相同地区具有相同的种影响在相同地区具有相同的趋势趋势，因此称机械，因此称机械设备设备寿命的地寿命的地区性。区性。v受各方面条件的限制和制受各方面条件的限制和制约约，机械，机械设备经过维设备经过维修，其技修，其技术术状况通状况通常达不到常达不到预预定的要求，寿命将随定的要求，寿命将随维维修次数的增加而呈修次数的增加而呈递递减的减的趋势趋势，即所即所谓递谓递减性。减性。v 在机械在机械设备设备的有形老化中，有些是可以通的有
55、形老化中，有些是可以通过维过维修予以恢复。有些修予以恢复。有些因技因技术术或或经济经济上的原因，在目前条件下上的原因，在目前条件下还还无法无法彻彻底恢复底恢复；因此，因此，经过维经过维修的机械修的机械设备设备其性能和效率呈其性能和效率呈递递减的减的趋势趋势，即所，即所谓递谓递减性。减性。第七第七节节 泄漏泄漏v定定义义：是指密封两：是指密封两侧侧面有面有间间隙或隙或压压力差，使密封容力差，使密封容器的物器的物质发质发生渗出或漏出生渗出或漏出现现象。象。v危害：危害：污污染工作介染工作介质质，加速零件磨，加速零件磨损损，浪，浪费资费资源，源，有的有的还还会造成会造成环环境境污污染，危及人身安全。
56、染，危及人身安全。v分分类类：1、按泄漏部位分按泄漏部位分v（1）接触界面泄漏（）接触界面泄漏（2）层层内泄漏（内泄漏（3）破坏性泄漏）破坏性泄漏 2、按密封面是否有运、按密封面是否有运动动分分 （1）静泄漏（）静泄漏（2）往复性泄漏（）往复性泄漏（3）回）回转转性泄漏性泄漏 v治理：治理：1、封堵、封堵v 2、疏、疏导导v 3、均、均压压v 4、阻尼、阻尼v 5、抛甩、抛甩v 6、接漏、接漏失效实例 1944年年10月月20日日，美国，美国东东俄亥俄州煤气公司俄亥俄州煤气公司液化天然气液化天然气储储藏基地，一台直径藏基地，一台直径， 高高12. .8m的的圆圆筒形筒形储储罐由于在罐由于在1/
57、31/2的高度的高度处处壳体破裂而壳体破裂而喷喷出气体和液体，随后爆炸起火，出气体和液体，随后爆炸起火，20min后，后，一台内径一台内径为为17. .4m的球罐因受的球罐因受热热倒塌而爆炸，倒塌而爆炸，由此造成由此造成128人死亡，当人死亡，当时经济损时经济损失达失达680万美万美元。元。第八节第八节 失效分析技术简介失效分析技术简介失效实例 1984年年12月月3日凌晨，在印度博帕日凌晨，在印度博帕尔尔市的美国市的美国联联合碳化物公司所属的一家化工厂，由于安全装置合碳化物公司所属的一家化工厂，由于安全装置失灵，系失灵，系统统升升压导压导致致储储罐管路破裂，泄出大量毒罐管路破裂，泄出大量毒气
58、，造成气，造成375人死亡，人死亡，2000人重人重伤伤。该该市市50万居万居民中有民中有20万受到毒气的侵害，其中万受到毒气的侵害，其中2万人需要住万人需要住院治院治疗疗。有关方面要求美国公司。有关方面要求美国公司赔偿赔偿150亿亿美元美元的的损损失失费费。失效实例 1979年年9月月7日，中国某日，中国某电电化厂化厂氯氯气气车间车间的液的液氯氯钢钢瓶爆炸，使瓶爆炸，使10 t液液氯氯外溢外溢扩扩散，波及范散，波及范围围725km2，致使，致使59人死亡，人死亡，779人中毒，当人中毒，当时统时统计计的直接的直接经济损经济损失达失达63万元。万元。前不久中俄前不久中俄边边界化工厂失火，熄界化
59、工厂失火，熄灭灭火的冷却介火的冷却介质质流到工厂旁流到工厂旁边边的江水中造成的江水中造成环环境境污污染最染最终导终导致致饮饮水困水困难难美国墨西哥湾的英国抽油井v发发生在美国墨西哥湾的英国抽油井水原油泄漏，生在美国墨西哥湾的英国抽油井水原油泄漏，其原因就是在其原因就是在发发生抽油井爆炸生抽油井爆炸时时，井下的，井下的阀门阀门无无法关法关闭闭。结结果造成大量原油泄漏，果造成大量原油泄漏，经济损经济损失高达失高达几百几百亿亿美元的美元的损损失和企失和企业业股票的股票的严严重下滑。重下滑。v还还有我国大有我国大连连原油原油码头储码头储存油罐爆炸存油罐爆炸问题问题。也存。也存在在阀门阀门无法打开无法打
60、开问题问题。美国大型船舶断裂綦江彩虹桥垮塌-脆性断裂坍塌的彩虹桥轴承套圈断裂失效Diagram of fatigue fracture face金属装金属装备备及其构件失效及其构件失效带带来人来人员伤员伤亡和亡和直接直接巨大的巨大的经济损经济损失失。同。同时时失效也会造成惊人的失效也会造成惊人的间间接接经济损经济损失失。所。所谓间谓间接的接的经济损经济损失，主要失，主要包括包括由于失效迫使企由于失效迫使企业业停停产产或减或减产产所造成的所造成的损损失；引起失；引起其他企其他企业业停停产产或减或减产产的的损损失；失；影影响企响企业业的信誉和市的信誉和市场竞场竞争力争力所造成的所造成的损损失等。失
61、等。由于由于设备设备失效引起企失效引起企业业及与其相关的其他企及与其相关的其他企业业停停产产而造成的而造成的损损失，往往失，往往难难于精确于精确计计算，算，实际实际的的损损失可能比估算的数字失可能比估算的数字还还要大。要大。失效分析失效分析定义和目的定义和目的对对装装备备及其构件在使用及其构件在使用过过程中程中发发生各种形式失生各种形式失效效现现象的特征及象的特征及规规律律进进行分析研究，从中找出行分析研究，从中找出产产生失效的主要原因及防止失效的措施，称生失效的主要原因及防止失效的措施，称为为失效分析。失效分析。通通过对过对失效件的分析，失效件的分析，明确失效明确失效类类型型、找出失找出失效
62、原因效原因，采取改采取改进进和和预预防措施防措施，防止防止类类似的失似的失效在效在设计设计寿命范寿命范围围内再内再发发生生，对对装装备备及其构件及其构件在以后的在以后的设计设计、选选材、加工及使用都有指材、加工及使用都有指导导意意义义。这这就是失效分析的目的。就是失效分析的目的。失效分析的分失效分析的分类类失效分析的分失效分析的分类类一般按分析的目的不同可分一般按分析的目的不同可分为为:(1) 狭狭义义的失效分析的失效分析 主要目的在于找出引起主要目的在于找出引起产产品失品失效的直接原因。效的直接原因。(2)广广义义的失效分析的失效分析 不不仅仅要找出引起要找出引起产产品失效的直品失效的直接原
63、因接原因,而且要找出技而且要找出技术术管理方面的薄弱管理方面的薄弱环节环节。(3)新品研制新品研制阶阶段的失效分析段的失效分析 对对失效的研制品失效的研制品进进行失效分析。行失效分析。(4)产产品品试试用用阶阶段的失效分析段的失效分析 对对失效的失效的试试用品用品进进行失效分析。行失效分析。(5)定型定型产产品使用品使用阶阶段的失效分析段的失效分析 对对失效的定型失效的定型产产品品进进行失效分析。行失效分析。(6)修理品使用修理品使用阶阶段的失效分析段的失效分析 对对失效的修理品失效的修理品进进行失效分析。行失效分析。 失效分析的意失效分析的意义义v(1)失效分析可减少和失效分析可减少和预预防
64、防产产品或装品或装备备同同类类失失效效现现象重复象重复发发生生,从而从而减少减少经济损经济损失或提高失或提高产产品品质质量。量。v(2)失效是失效是产产品品质质量控制网量控制网发发生偏差的反映生偏差的反映,失失效分析是效分析是可靠性工程可靠性工程的重要基的重要基础础技技术术工作工作,是是产产品全面品全面质质量管理量管理中的重要中的重要组组成部分和关成部分和关键键技技术环节术环节。v(3)失效分析可失效分析可为为技技术术开开发发、技、技术术改造、科改造、科学技学技术进术进步步提供信息、方向、途径和方法提供信息、方向、途径和方法。v(4)失效分析可失效分析可为为裁决事故裁决事故责责任、任、侦侦破犯
65、罪破犯罪案例、开展技案例、开展技术术保保险业务险业务、修改和制、修改和制订产订产品品质质量量标标准等准等提供可靠的科学技提供可靠的科学技术术依据依据。v(5)失效分析可失效分析可为为各各级领导进级领导进行宏行宏观经济观经济和和技技术术决策提供决策提供重要的科学的信息重要的科学的信息来源。来源。另外另外历历史上：史上：1.1.促促进进科学技科学技术发术发展展 例如，例如，19世世纪纪中期，中期，铁铁路运路运输输的出的出现给现给工作和生工作和生活活带带来了方便，但不久后来了方便，但不久后频频繁出繁出现车轴现车轴的断裂，当的断裂，当时时都无法解都无法解释释。通。通过对过对大量断大量断轴轴失效分析和失
66、效分析和试验试验研究工研究工作，找到了原因：金属构件在交作，找到了原因：金属构件在交变应变应力的作用下，即力的作用下，即使使该应该应力力远远远远低于金属材料的拉伸低于金属材料的拉伸强强度，度，经过经过一定的一定的循循环积环积累，也会累，也会发发生断裂，生断裂，这这就是就是“疲疲劳劳”。此后。此后经经物理学家、冶金学家、机械工程物理学家、冶金学家、机械工程师师反复、深入、系反复、深入、系统统的研究，使疲的研究，使疲劳劳断裂成断裂成为为金属材料金属材料强强度学中的一个重度学中的一个重要要领领域。域。如，第二次世界大如，第二次世界大战战期期间间，美国，美国2500艘全艘全焊焊接接结结构构“自自由由轮
67、轮”发发生了一千多次破坏事故，其中生了一千多次破坏事故，其中238艘完全艘完全报废报废，19艘沉没。据艘沉没。据统计统计，有，有24艘船舶甲板完全断裂。事故大艘船舶甲板完全断裂。事故大多多发发生在美国生在美国-冰冰岛岛-英国英国这这条北大西洋航条北大西洋航线线上，上，这这里气温里气温多在零度以下。原因是碳多在零度以下。原因是碳钢钢和低合金和低合金钢钢有一个脆性有一个脆性转变转变温温度，尽管度，尽管这这些些钢钢材在常温下有良好的材在常温下有良好的韧韧性，但在低于室温性，但在低于室温的某一温度就会的某一温度就会变变脆脆(对对缺口极缺口极为为敏感敏感)。使。使钢钢材材变变脆的温脆的温度称度称为为脆性
68、脆性转变转变温度。温度。 日本的机械日本的机械产产品一度曾以品一度曾以质质量的低劣量的低劣闻闻名于名于世，但是目前日本世，但是目前日本产产品的品的质质量在世界范量在世界范围围内已内已占有明占有明显显的的优势优势。这这与他与他们们重重视质视质量、重量、重视视失失效分析是分不开的。例如，效分析是分不开的。例如，马马路上行路上行驶驶的丰田的丰田皇冠、皇冠、顶级顶级凌志，堪称凌志，堪称“精致豪精致豪华华”，这这是日是日本在本在30多年前就着手系多年前就着手系统统地分析世界各国汽地分析世界各国汽车车构件失效情况，着重研究失效原因及改构件失效情况，着重研究失效原因及改进进措施措施的的结结果。果。（最近日本
69、丰田汽（最近日本丰田汽车车因因为质为质量量问题问题被召回的不少。）被召回的不少。）失效分析与其他学科的关系失效分析与其他学科的关系1. 失效分析已从一失效分析已从一门综门综合技合技术发术发展成展成为为一一门门新新兴兴的的综综合性的学科合性的学科。它研究失效的形式、。它研究失效的形式、机理、原因，并提出机理、原因，并提出预测预测和和预预防失效的措施，防失效的措施，称称为为失效学。因此，它是涉及广泛学科失效学。因此，它是涉及广泛学科领领域域和技和技术术范畴的学科。范畴的学科。 失效分析与其他学科的关系如失效分析与其他学科的关系如图图所示。所示。图图中箭中箭头头符号表明它符号表明它们们之之间间的关系
70、，的关系，单单箭箭头头表示只表示只为为失效分析提供信息和依据，而双箭失效分析提供信息和依据，而双箭头则头则表示互相提供信息和依据。表示互相提供信息和依据。2. 失效分析，需要深厚的失效分析，需要深厚的力学、材料学、化学、力学、材料学、化学、数学、断口学、裂数学、断口学、裂纹纹学、痕迹学及机械装学、痕迹学及机械装备备设计设计、制造、使用、制造、使用、检测检测、管理、管理等方面的知等方面的知识识，许许多学科可多学科可为为失效分析服失效分析服务务。而通。而通过过失失效分析，其效分析，其结结果又可果又可为为其他学科提供新的反其他学科提供新的反馈资馈资料来促料来促进进其其发发展。展。失效分析与失效分析与
71、应应用学科用学科结结合合 它与机械它与机械设计设计学、学、工程力学、断裂力学等相工程力学、断裂力学等相结结合成合成为为失效机失效机械械设计设计学；它与物理冶金学、力学冶金学、学；它与物理冶金学、力学冶金学、材料工材料工艺艺学等相学等相结结合成合成为为失效材料学；它失效材料学；它与机械制造工与机械制造工艺艺学、机械学、机械维维修知修知识识等相等相结结合成合成为为失效机械制造学；失效机械制造学；失效分析的失效分析的历历史史发发展与国内外失效分析的状况展与国内外失效分析的状况1.失效分析的失效分析的历历史史发发展的三展的三阶阶段段（1）失效分析的初）失效分析的初级阶级阶段段 第一次世界工第一次世界工
72、业业革命前是失效分析的初革命前是失效分析的初级阶级阶段，段，这这个个时时期是期是简单简单的手工生的手工生产时产时期，期，金属制品金属制品规规模小且数量少，其失效不会引起模小且数量少，其失效不会引起重重视视，失效分析基本上，失效分析基本上处处于于现现象描述象描述和和经验经验阶阶段段。1.失效分析的失效分析的历历史史发发展的三展的三阶阶段段（2）近代失效分析）近代失效分析阶阶段段 以蒸汽以蒸汽动动力和大机器生力和大机器生产为产为代表的世代表的世界工界工业业革命开始，生革命开始，生产产大大发发展，金属制品向展，金属制品向大型、复大型、复杂杂、多功能开拓，但当、多功能开拓，但当时时人人们们尚未尚未掌握
73、材料在各种掌握材料在各种环环境中使用的性境中使用的性态态、设计设计、制造及使用中可能出制造及使用中可能出现现的失效的失效现现象。象。锅锅炉爆炉爆炸、炸、桥桥梁倒塌、梁倒塌、车轴车轴断裂、船舶断裂等事故断裂、船舶断裂等事故频频繁出繁出现现，给给人人类带类带来了前所未有的灾来了前所未有的灾难难。1.失效分析的失效分析的历历史史发发展的三展的三阶阶段段（3）现现代失效分析代失效分析阶阶段段 随着随着电电子行子行业业的的兴兴起，微起，微观观测仪观观测仪器的出器的出现现，特，特别别是分辨率高、放大倍率大、景深是分辨率高、放大倍率大、景深长长的透的透射及射及扫扫描描电电子子显显微微镜镜的的问问世，使失效分析世，使失效分析扩扩大了大了视视野，洞穿失效的微野，洞穿失效的微观观机制，随后机制，随后大量大量现现代物理代物理测试测试技技术术的的应应用用，如，如电电子探子探针针X射射线显线显微分析、微分析、X射射线线及紫外及紫外线线光光电电子能子能谱谱分析、俄歇分析、俄歇电电子能子能谱谱分分析等，从而促使失效分析登上了新的台析等，从而促使失效分析登上了新的台阶阶。失效。失效分析分析现处现处在第三在第三阶阶段的段的历历史史发发展展时时期，期，这这是是现现代代失效分析失效分析阶阶段。段。
