零件失效分析2-失效分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、第第2章章 失效分析基礎(chǔ)知識(shí)失效分析基礎(chǔ)知識(shí) 零件失效形式與來(lái)源零件失效形式與來(lái)源 應(yīng)力集中與零件失效應(yīng)力集中與零件失效 殘余應(yīng)力與零件失效殘余應(yīng)力與零件失效 材料的韌性與斷裂設(shè)計(jì)材料的韌性與斷裂設(shè)計(jì) 應(yīng)力分析與失效分析應(yīng)力分析與失效分析 金屬構(gòu)件中可能引起失效的常見(jiàn)缺陷金屬構(gòu)件中可能引起失效的常見(jiàn)缺陷2.1 機(jī)械機(jī)械零件失效的形式與來(lái)源零件失效的形式與來(lái)源 機(jī)械零件失效形式機(jī)械零件失效形式(1) 按照失效的形態(tài)分類按照失效的形態(tài)分類過(guò)量變形過(guò)量變形斷裂斷裂表面損傷表面損傷a.過(guò)量變形過(guò)量變形扭曲：花鍵扭曲：花鍵高低溫下的蠕變高低溫下的蠕變拉長(zhǎng)：緊固件拉長(zhǎng)：緊固件彈性元件發(fā)生永久變形彈性元件發(fā)

2、生永久變形b.斷裂斷裂一次加載斷裂一次加載斷裂磨損磨損環(huán)境介質(zhì)引起的斷裂環(huán)境介質(zhì)引起的斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂c.表面損傷表面損傷腐蝕腐蝕重點(diǎn)重點(diǎn) 機(jī)械零件失效形式機(jī)械零件失效形式(2) 根據(jù)失效的誘發(fā)因素分類根據(jù)失效的誘發(fā)因素分類機(jī)械力引起的失效機(jī)械力引起的失效熱應(yīng)力引起的失效熱應(yīng)力引起的失效摩擦力引起的失效摩擦力引起的失效活性介質(zhì)引起的失效活性介質(zhì)引起的失效(3) 根據(jù)產(chǎn)品的使用過(guò)程分類根據(jù)產(chǎn)品的使用過(guò)程分類早期失效早期失效偶然失效偶然失效損耗失效損耗失效 機(jī)械零件失效形式機(jī)械零件失效形式(4) 從經(jīng)濟(jì)法的觀點(diǎn)對(duì)失效分類從經(jīng)濟(jì)法的觀點(diǎn)對(duì)失效分類產(chǎn)品缺陷失效產(chǎn)品缺陷失效誤用失效誤用失效受用性失效

3、受用性失效損耗失效損耗失效 在進(jìn)行失效分析時(shí)，應(yīng)將在進(jìn)行失效分析時(shí)，應(yīng)將失效的模式失效的模式、失效的失效的誘發(fā)因素誘發(fā)因素及及失效后的表現(xiàn)形式失效后的表現(xiàn)形式綜合考慮，對(duì)于獲得綜合考慮，對(duì)于獲得正確的分析結(jié)果是至關(guān)重要的。正確的分析結(jié)果是至關(guān)重要的。 機(jī)械零件失效形式機(jī)械零件失效形式 起起 因因 （%）腐蝕腐蝕 29疲勞疲勞 25脆性斷裂脆性斷裂 16過(guò)載過(guò)載 11高溫腐蝕高溫腐蝕 7應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕/腐蝕疲勞腐蝕疲勞/氫脆氫脆 6蠕變?nèi)渥?3磨損、擦傷、沖刷磨損、擦傷、沖刷 3表表1 在一般工業(yè)工程中調(diào)查失效模式的比例在一般工業(yè)工程中調(diào)查失效模式的比例 起起 因因 （%）疲勞疲勞 61過(guò)載過(guò)

4、載 18應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕 8過(guò)度磨損過(guò)度磨損 7腐蝕腐蝕 3高溫氧化高溫氧化 2應(yīng)力破壞應(yīng)力破壞 1表表2 航空零件失效模式的比例航空零件失效模式的比例常用零部件的工作條件、失效形式和性能指標(biāo)常用零部件的工作條件、失效形式和性能指標(biāo)齒面磨損：齒面磨損：灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會(huì)使齒面灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會(huì)使齒面間產(chǎn)生摩擦磨損。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因齒面減薄過(guò)多而折斷。間產(chǎn)生摩擦磨損。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因齒面減薄過(guò)多而折斷。磨損是磨損是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式。開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式。以齒輪為例：以齒輪為例：齒面點(diǎn)蝕：齒面點(diǎn)蝕：輪齒工作面承受近似脈動(dòng)輪齒工作面承受近似脈動(dòng)的變應(yīng)力作用，由于疲勞而

5、產(chǎn)生的麻的變應(yīng)力作用，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀剝蝕損傷現(xiàn)象。點(diǎn)狀剝蝕損傷現(xiàn)象。點(diǎn)蝕是閉式傳動(dòng)點(diǎn)蝕是閉式傳動(dòng)常見(jiàn)的失效形式。常見(jiàn)的失效形式。點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近。線附近。齒面膠合：齒面膠合：高速重載傳動(dòng)中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高，高速重載傳動(dòng)中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑油膜被破壞，齒面間會(huì)發(fā)生粘接在一起的現(xiàn)象，在輪齒潤(rùn)滑油膜被破壞，齒面間會(huì)發(fā)生粘接在一起的現(xiàn)象，在輪齒表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。塑性變形：塑性變形：重載且摩擦力很大時(shí)，齒面較軟的輪齒表面就會(huì)重載且摩擦力很大時(shí)，齒面較軟的輪齒表面就會(huì)沿摩擦力方向產(chǎn)生塑性變形。沿

6、摩擦力方向產(chǎn)生塑性變形。壓力容器與管道典型失效案例壓力容器與管道典型失效案例 西安西安“35”液化石油氣站特大爆炸事故液化石油氣站特大爆炸事故1998年年3月月5日，西安液化石油氣站日，西安液化石油氣站2個(gè)個(gè)400 m3球球罐發(fā)生特大爆炸事故。罐發(fā)生特大爆炸事故。事故過(guò)程為：下午事故過(guò)程為：下午4：40發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)1號(hào)球罐下部排污管號(hào)球罐下部排污管道法蘭泄漏，因缺乏先進(jìn)的堵漏技術(shù)，泄漏持續(xù)道法蘭泄漏，因缺乏先進(jìn)的堵漏技術(shù)，泄漏持續(xù)約約3h，整個(gè)廠區(qū)充滿了石油氣，配電間電火花引整個(gè)廠區(qū)充滿了石油氣，配電間電火花引爆，形成廠區(qū)大火，使球罐溫度急劇升高，最終爆，形成廠區(qū)大火，使球罐溫度急劇升高，最終物理

7、爆炸。物理爆炸。法蘭泄漏與一只緊固螺栓的疲勞斷裂有關(guān)。事故法蘭泄漏與一只緊固螺栓的疲勞斷裂有關(guān)。事故性質(zhì)確定為設(shè)備事故。性質(zhì)確定為設(shè)備事故。氫腐蝕是蒸汽管道、鍋爐管與石油化工臨氫高溫裝備氫腐蝕是蒸汽管道、鍋爐管與石油化工臨氫高溫裝備中較常見(jiàn)的失效模式。中較常見(jiàn)的失效模式。這種失效模式可能沒(méi)有明顯的腐蝕現(xiàn)象，但是材料性這種失效模式可能沒(méi)有明顯的腐蝕現(xiàn)象，但是材料性能嚴(yán)重退化，事故的隱患已經(jīng)存在。在氫處理、重整、能嚴(yán)重退化，事故的隱患已經(jīng)存在。在氫處理、重整、加氫裂化等裝置中，溫度超過(guò)加氫裂化等裝置中，溫度超過(guò)260，氫的分壓大于，氫的分壓大于689kPa，就有可能發(fā)生氫分子在鋼的表面分解為原子就

8、有可能發(fā)生氫分子在鋼的表面分解為原子氫而發(fā)生腐蝕。氫腐蝕是原子氫進(jìn)入鋼鐵材料，并與氫而發(fā)生腐蝕。氫腐蝕是原子氫進(jìn)入鋼鐵材料，并與碳化物反應(yīng)生成甲烷碳化物反應(yīng)生成甲烷(Fe3C+4H3Fe+CH4)，由于甲由于甲烷的分子尺寸大而不易擴(kuò)散，會(huì)使甲烷在晶界或相界烷的分子尺寸大而不易擴(kuò)散，會(huì)使甲烷在晶界或相界面等處聚集產(chǎn)生局部高壓，形成微裂紋，進(jìn)而材料脆面等處聚集產(chǎn)生局部高壓，形成微裂紋，進(jìn)而材料脆化?；?氫腐蝕氫腐蝕( (高溫氫侵蝕高溫氫侵蝕) )引起的蒸汽管道爆管事故引起的蒸汽管道爆管事故 硫化物應(yīng)力腐蝕引起的四川天然氣管道爆裂事故硫化物應(yīng)力腐蝕引起的四川天然氣管道爆裂事故四川天然氣管道曾經(jīng)發(fā)生

9、多起硫化物應(yīng)力腐蝕引起的四川天然氣管道曾經(jīng)發(fā)生多起硫化物應(yīng)力腐蝕引起的爆裂事故，其中一起發(fā)生在爆裂事故，其中一起發(fā)生在1995年底，泄漏的天然氣年底，泄漏的天然氣引起了火災(zāi)。管道為引起了火災(zāi)。管道為7208.16 mm 螺旋焊管，壓力螺旋焊管，壓力1.92.5MPa。事故管段已經(jīng)運(yùn)行事故管段已經(jīng)運(yùn)行16年。爆口長(zhǎng)度年。爆口長(zhǎng)度1440mm，沿焊縫沿焊縫擴(kuò)展。管道內(nèi)壁腐蝕輕微，斷口無(wú)明顯減薄現(xiàn)象。經(jīng)擴(kuò)展。管道內(nèi)壁腐蝕輕微，斷口無(wú)明顯減薄現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，結(jié)論為硫化物應(yīng)力腐蝕引起，與天然氣過(guò)試驗(yàn)分析，結(jié)論為硫化物應(yīng)力腐蝕引起，與天然氣中含有中含有H2S及補(bǔ)焊工藝不合理，使焊縫產(chǎn)生了馬氏體及補(bǔ)焊工

10、藝不合理，使焊縫產(chǎn)生了馬氏體組織和高的殘余應(yīng)力有關(guān)。組織和高的殘余應(yīng)力有關(guān)。 催化裂化裝置再生器的硝酸鹽應(yīng)力腐蝕失效催化裂化裝置再生器的硝酸鹽應(yīng)力腐蝕失效 裂紋均從內(nèi)表面開(kāi)始向外表面擴(kuò)展，裂紋發(fā)生部位裂紋均從內(nèi)表面開(kāi)始向外表面擴(kuò)展，裂紋發(fā)生部位未見(jiàn)明顯塑性變形，裂紋寬度較窄，向縱深發(fā)展并未見(jiàn)明顯塑性變形，裂紋寬度較窄，向縱深發(fā)展并多數(shù)穿透壁厚；多數(shù)穿透壁厚； 裂紋呈樹(shù)枝狀，斷口有典型的沿晶特征；裂紋呈樹(shù)枝狀，斷口有典型的沿晶特征； 腐蝕產(chǎn)物的水溶液腐蝕產(chǎn)物的水溶液PH值在值在56，呈現(xiàn)酸性；，呈現(xiàn)酸性； 斷口表面腐蝕產(chǎn)物中的氮含量均明顯高于基體金屬斷口表面腐蝕產(chǎn)物中的氮含量均明顯高于基體金屬中

11、的氮含量；中的氮含量； 結(jié)論是結(jié)論是NO3-引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。 起起 因因 （%）材料選擇不恰當(dāng)材料選擇不恰當(dāng) 38裝配錯(cuò)誤裝配錯(cuò)誤 15錯(cuò)誤的熱處理錯(cuò)誤的熱處理 15機(jī)械設(shè)計(jì)錯(cuò)誤機(jī)械設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 11未預(yù)見(jiàn)的操作條件未預(yù)見(jiàn)的操作條件 8環(huán)境控制不夠充分環(huán)境控制不夠充分 6不恰當(dāng)?shù)幕蛉鄙俦O(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制不恰當(dāng)?shù)幕蛉鄙俦O(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制 5材料混雜材料混雜 2表表3 在一般工業(yè)工程中調(diào)查的失效原因的比例在一般工業(yè)工程中調(diào)查的失效原因的比例 起起 因因 （%）保養(yǎng)不恰當(dāng)保養(yǎng)不恰當(dāng) 44安裝錯(cuò)誤安裝錯(cuò)誤 17設(shè)計(jì)缺陷設(shè)計(jì)缺陷 16不正確的維修損壞不正確的維修損壞 10材料缺陷材料缺陷 7

12、未定原因未定原因 8表表4 航空零件失效原因的比例航空零件失效原因的比例 機(jī)械零件失效（早期失效）的來(lái)源（原因）？機(jī)械零件失效（早期失效）的來(lái)源（原因）？ 設(shè)計(jì)的問(wèn)題設(shè)計(jì)的問(wèn)題 材料選擇上的問(wèn)題材料選擇上的問(wèn)題 加工制造及裝配中存在的問(wèn)題加工制造及裝配中存在的問(wèn)題 不合理的服役條件不合理的服役條件分析設(shè)計(jì)原因引起失效需要注意：分析設(shè)計(jì)原因引起失效需要注意： 對(duì)復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行可靠的對(duì)復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行可靠的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算，充分考慮構(gòu)件充分考慮構(gòu)件 在服役中所承受的在服役中所承受的非正常工作載荷非正常工作載荷的類型及大??；的類型及大??； 在高應(yīng)力部位存在溝槽、機(jī)械缺口及圓角半徑過(guò)在高應(yīng)力部位存在溝槽、機(jī)

13、械缺口及圓角半徑過(guò) ??；?。?避免設(shè)計(jì)時(shí)只考慮避免設(shè)計(jì)時(shí)只考慮拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)的靜數(shù)據(jù)的靜 載荷能力，而忽視載荷能力，而忽視脆性斷裂、低循環(huán)疲勞、應(yīng)力脆性斷裂、低循環(huán)疲勞、應(yīng)力 腐蝕及腐蝕疲勞腐蝕及腐蝕疲勞等機(jī)理可能引起的失效；等機(jī)理可能引起的失效；RD2車軸車軸舉例舉例選材：選材：使用性原則使用性原則加工工藝性能原則加工工藝性能原則經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則特殊環(huán)境特殊環(huán)境材料中的缺陷：材料中的缺陷：鑄造鑄造焊接焊接鍛造鍛造熱處理熱處理切削加工切削加工材料選擇上的問(wèn)題：材料選擇上的問(wèn)題：制造及裝配：制造及裝配：酸洗及電鍍導(dǎo)致的氫脆；酸洗及電鍍導(dǎo)致的氫脆； 不文明施工及安裝導(dǎo)

14、致的表面損傷；不文明施工及安裝導(dǎo)致的表面損傷；不合理的服役條件：不合理的服役條件：超速、過(guò)載、不合理的啟動(dòng)超速、過(guò)載、不合理的啟動(dòng) 和停車、異常介質(zhì)的引入；和停車、異常介質(zhì)的引入；鍵槽應(yīng)力集中導(dǎo)致齒輪軸疲勞斷裂鍵槽應(yīng)力集中導(dǎo)致齒輪軸疲勞斷裂鍵槽鍵槽初始裂初始裂紋源紋源裂紋擴(kuò)裂紋擴(kuò)展區(qū)展區(qū)最終瞬最終瞬斷區(qū)斷區(qū)2.2 應(yīng)力集中與應(yīng)力集中與零件失效零件失效 應(yīng)力集中與應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中與應(yīng)力集中系數(shù) 應(yīng)力集中對(duì)零件失效的影響應(yīng)力集中對(duì)零件失效的影響 降低降低應(yīng)力集中的措施應(yīng)力集中的措施含孔的矩形棒在拉應(yīng)力作用下應(yīng)力集中的情況含孔的矩形棒在拉應(yīng)力作用下應(yīng)力集中的情況零件的幾何形狀發(fā)生突變，會(huì)造成應(yīng)力

15、的重新分配，零件的幾何形狀發(fā)生突變，會(huì)造成應(yīng)力的重新分配，也會(huì)造成應(yīng)力集中。也會(huì)造成應(yīng)力集中。變截面過(guò)渡圓角處的應(yīng)力分布變截面過(guò)渡圓角處的應(yīng)力分布平均maxtK理論應(yīng)力集中系數(shù)理論應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù)手冊(cè)應(yīng)力集中系數(shù)手冊(cè)幾何突變零件承受單向靜拉伸時(shí)的幾何突變零件承受單向靜拉伸時(shí)的Kt值值典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線幾何突變零件承受靜彎曲載荷時(shí)的幾何突變零件承受靜彎曲載荷時(shí)的Kt值值典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線幾何突變零件承受靜扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)的幾何突變零件承受靜扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)的Kt值值典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中

16、曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中曲線 應(yīng)力集中與零件失效關(guān)系密切，應(yīng)力集中的程應(yīng)力集中與零件失效關(guān)系密切，應(yīng)力集中的程度會(huì)受到哪些因素的影響？度會(huì)受到哪些因素的影響？提出問(wèn)題：提出問(wèn)題： 影響應(yīng)力集中與斷裂失效的因素影響應(yīng)力集中與斷裂失效的因素 材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 零件幾何形狀零件幾何形狀 零件應(yīng)力狀態(tài)零件應(yīng)力狀態(tài) 加工缺陷加工缺陷 裝配、檢修產(chǎn)生缺陷裝配、檢修產(chǎn)生缺陷力學(xué)性能力學(xué)性能：硬度越高，脆性越大，塑性韌性越低，硬度越高，脆性越大，塑性韌性越低， 應(yīng)力集中作用越強(qiáng)烈，裂紋擴(kuò)展速率越大；應(yīng)力集中作用越強(qiáng)烈，裂紋擴(kuò)展速率越大； 影響應(yīng)力集中與斷裂失效的因素影響應(yīng)力集中與斷

17、裂失效的因素零件幾何形狀：零件幾何形狀：斷裂部位斷裂部位 影響應(yīng)力集中與斷裂失效的因素影響應(yīng)力集中與斷裂失效的因素零件應(yīng)力狀態(tài)：零件應(yīng)力狀態(tài)：舉例：舉例： 上海汽車鍛造總廠生產(chǎn)的汽車鋼板彈簧產(chǎn)生早期上海汽車鍛造總廠生產(chǎn)的汽車鋼板彈簧產(chǎn)生早期失效，綜合分析發(fā)現(xiàn)：表面存在較多較深的彈坑及局失效，綜合分析發(fā)現(xiàn)：表面存在較多較深的彈坑及局部脫碳。部脫碳。應(yīng)力狀態(tài)：彎曲疲勞應(yīng)力狀態(tài)：彎曲疲勞缺陷：缺陷： 降低降低應(yīng)力集中的措施應(yīng)力集中的措施 強(qiáng)化材料，降低應(yīng)力集中的作用強(qiáng)化材料，降低應(yīng)力集中的作用整體強(qiáng)化整體強(qiáng)化局部強(qiáng)化局部強(qiáng)化工藝、特工藝、特點(diǎn)點(diǎn) 合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)

18、合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)軸肩軸肩軸環(huán)軸環(huán) 合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)間隔環(huán)間隔環(huán)凹圓角凹圓角卸載槽卸載槽 合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)減小輪轂端部的厚度減小輪轂端部的厚度輪轂上開(kāi)卸載槽輪轂上開(kāi)卸載槽減小輪轂的剛度減小輪轂的剛度作階梯軸作階梯軸 合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)增大花鍵的直徑增大花鍵的直徑開(kāi)卸載槽開(kāi)卸載槽孔上倒角孔上倒角 過(guò)盈配合時(shí)增大配合處的直徑過(guò)盈配合時(shí)增大配合處的直徑 合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù) 合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)合理設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中系數(shù)典型

19、的應(yīng)力集中部位及處理方法分析典型的應(yīng)力集中部位及處理方法分析典型的應(yīng)力集中部位及處理方法分析典型的應(yīng)力集中部位及處理方法分析2.3 殘余應(yīng)力與殘余應(yīng)力與零件失效零件失效殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力：物體在無(wú)外載荷時(shí)，存在于其內(nèi)部并保持物體在無(wú)外載荷時(shí)，存在于其內(nèi)部并保持平衡的一種應(yīng)力。（固有應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力）平衡的一種應(yīng)力。（固有應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力）分類分類第一類殘余應(yīng)力（第一類殘余應(yīng)力（ ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè) 物體變形不均勻引起物體變形不均勻引起第二類殘余應(yīng)力（第二類殘余應(yīng)力（ ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒 變形不均勻引起變形不均勻引起第三類殘余應(yīng)力（第三類殘余應(yīng)力（ ）：

20、點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、 空位引起。空位引起。 機(jī)械零部件和大型機(jī)械構(gòu)件中的殘余應(yīng)力對(duì)其機(jī)械零部件和大型機(jī)械構(gòu)件中的殘余應(yīng)力對(duì)其疲勞疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕能力抗應(yīng)力腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性有十分重要的影響。有十分重要的影響。 殘余應(yīng)力的作用殘余應(yīng)力的作用 適當(dāng)?shù)?、分布合理的適當(dāng)?shù)?、分布合理的殘余壓?yīng)力殘余壓應(yīng)力可能成為提高疲可能成為提高疲勞強(qiáng)度、提高抗應(yīng)力腐蝕能力，從而延長(zhǎng)零件和構(gòu)件使勞強(qiáng)度、提高抗應(yīng)力腐蝕能力，從而延長(zhǎng)零件和構(gòu)件使用壽命的因素；用壽命的因素； 不適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力腐不適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，影響尺寸精度，甚至

21、導(dǎo)致變形、開(kāi)裂等早期失效事蝕，影響尺寸精度，甚至導(dǎo)致變形、開(kāi)裂等早期失效事故。故。 利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。弊：引起變形、開(kāi)裂，如黃銅彈殼的腐蝕開(kāi)裂。弊：引起變形、開(kāi)裂，如黃銅彈殼的腐蝕開(kāi)裂。作用作用 熱處理殘余應(yīng)力熱處理殘余應(yīng)力 表面化學(xué)熱處理殘余應(yīng)力表面化學(xué)熱處理殘余應(yīng)力 焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 鑄造殘余應(yīng)力鑄造殘余應(yīng)力 涂鍍層殘余應(yīng)力涂鍍層殘余應(yīng)力 切削加工殘余應(yīng)力切削加工殘余應(yīng)力哪些工藝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力？哪些工藝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力？產(chǎn)生了怎樣產(chǎn)生了怎樣的殘余應(yīng)力？的殘余應(yīng)力？殘余應(yīng)力是怎樣殘余應(yīng)力是怎樣產(chǎn)生的？產(chǎn)生的？ 熱應(yīng)力組織應(yīng)力

22、拘束應(yīng)力熱應(yīng)力組織應(yīng)力拘束應(yīng)力 不均勻的塑性變形不均勻的塑性變形 不均勻的溫度變化不均勻的溫度變化 不均勻的相變不均勻的相變消除和調(diào)整殘余應(yīng)力的方法消除和調(diào)整殘余應(yīng)力的方法 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火金屬材料種類金屬材料種類 溫度溫度/ 時(shí)間時(shí)間/h灰鑄鐵灰鑄鐵碳鋼碳鋼Cr不銹鋼不銹鋼Cr-Ni不銹鋼不銹鋼(316)銅合金銅合金(60Cu-40Zn)銅合金銅合金(64Cu-18Zn-18Ni)430-600600-680780-8008201902500.5-512211 自然時(shí)效處理自然時(shí)效處理 回火回火 施加靜載施加靜載 使工件產(chǎn)生整體或局部、甚至微區(qū)的塑性變形，使工件產(chǎn)生整體或局部、甚至微區(qū)的

23、塑性變形，使殘余應(yīng)力松弛。使殘余應(yīng)力松弛。例如：大型壓力容器，在焊接之后，在其內(nèi)部加壓，例如：大型壓力容器，在焊接之后，在其內(nèi)部加壓，產(chǎn)生所謂的產(chǎn)生所謂的“脹形脹形”，使焊接接頭發(fā)生微量塑性變形，使焊接接頭發(fā)生微量塑性變形，以減小焊接殘余應(yīng)力。以減小焊接殘余應(yīng)力。 振動(dòng)時(shí)效振動(dòng)時(shí)效 (Vibration Stress Relief, VSR) 錘擊、噴丸、滾壓錘擊、噴丸、滾壓 振動(dòng)等離子熔覆過(guò)程示意圖振動(dòng)等離子熔覆過(guò)程示意圖0Hz50Hz75Hz100Hz125Hz150Hz100Hz時(shí)時(shí)，熔覆層出現(xiàn)罕見(jiàn)的分層現(xiàn)象熔覆層出現(xiàn)罕見(jiàn)的分層現(xiàn)象殘余應(yīng)力的測(cè)量方法殘余應(yīng)力的測(cè)量方法破損法破損法無(wú)損法無(wú)

24、損法盲孔法盲孔法環(huán)芯法環(huán)芯法磁彈性法磁彈性法X射線衍射法射線衍射法 在一塊在一塊各向同性各向同性的板材中假定存在殘余應(yīng)力，鉆一小的板材中假定存在殘余應(yīng)力，鉆一小孔后，孔周圍區(qū)域的應(yīng)力將重新分布，通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)出孔孔后，孔周圍區(qū)域的應(yīng)力將重新分布，通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)出孔周圍釋放的應(yīng)變，然后根據(jù)力學(xué)知識(shí)推算出殘余應(yīng)力。周圍釋放的應(yīng)變，然后根據(jù)力學(xué)知識(shí)推算出殘余應(yīng)力。盲孔法的基本原理盲孔法的基本原理盲孔法測(cè)試殘余應(yīng)盲孔法測(cè)試殘余應(yīng)力應(yīng)變片示意圖力應(yīng)變片示意圖 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 應(yīng)變花應(yīng)變花鉆孔時(shí)切削力和切削熱所帶來(lái)的附加應(yīng)變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成鉆孔時(shí)切削力和切削熱所帶來(lái)的附加應(yīng)變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響不

25、容忽視。的影響不容忽視。改進(jìn)方法：改進(jìn)方法： 逐層剝除法逐層剝除法 階梯鉆孔法階梯鉆孔法 一點(diǎn)多次擴(kuò)孔的盲孔測(cè)定法一點(diǎn)多次擴(kuò)孔的盲孔測(cè)定法環(huán)芯法的測(cè)量原理環(huán)芯法的測(cè)量原理 一塊各向同性的板材中假定存在雙向殘余應(yīng)力，其上一塊各向同性的板材中假定存在雙向殘余應(yīng)力，其上加工一環(huán)芯直徑圓環(huán)槽，環(huán)芯周圍區(qū)域的應(yīng)力將重新分布，加工一環(huán)芯直徑圓環(huán)槽，環(huán)芯周圍區(qū)域的應(yīng)力將重新分布，通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)出周圍釋放的應(yīng)變，然后推算出殘余應(yīng)力的通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)出周圍釋放的應(yīng)變，然后推算出殘余應(yīng)力的大小和方向。大小和方向。環(huán)芯法測(cè)量殘余應(yīng)力環(huán)芯法測(cè)量殘余應(yīng)力用的應(yīng)變花用的應(yīng)變花缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 機(jī)械加工是破壞性的，會(huì)影響零件繼續(xù)使用

26、；機(jī)械加工是破壞性的，會(huì)影響零件繼續(xù)使用； 檢測(cè)時(shí)已附加有加工應(yīng)變，降低了檢測(cè)精度；檢測(cè)時(shí)已附加有加工應(yīng)變，降低了檢測(cè)精度；優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 直觀、檢測(cè)方便；直觀、檢測(cè)方便； 可用剝層法測(cè)試材料深處的殘余應(yīng)力，測(cè)試精度在國(guó)家可用剝層法測(cè)試材料深處的殘余應(yīng)力，測(cè)試精度在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)（誤差小于標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)（誤差小于25MPa25MPa）；）； 適合于各類材料；適合于各類材料；中厚板焊接殘余應(yīng)力測(cè)試的盲孔法研究中厚板焊接殘余應(yīng)力測(cè)試的盲孔法研究Research on Measuring Welding Residual Stress of Plate of Moderate Thickness Usi

27、ng Blind-hole Method優(yōu)秀碩士論文優(yōu)秀碩士論文： 通過(guò)殘余應(yīng)力引起的晶粒內(nèi)特定晶面間距的改變來(lái)測(cè)通過(guò)殘余應(yīng)力引起的晶粒內(nèi)特定晶面間距的改變來(lái)測(cè)量殘余應(yīng)力。當(dāng)某一波長(zhǎng)的量殘余應(yīng)力。當(dāng)某一波長(zhǎng)的X射線照射到多晶體樣品上并射線照射到多晶體樣品上并滿足布拉格方程時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射。如果存在宏觀殘余應(yīng)力，滿足布拉格方程時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射。如果存在宏觀殘余應(yīng)力，晶粒晶面間距會(huì)發(fā)生變化，晶粒晶面間距會(huì)發(fā)生變化，X射線衍射峰的位置也將發(fā)生射線衍射峰的位置也將發(fā)生變化，依照此變化即可求得晶面間距的變化，從而求得應(yīng)變化，依照此變化即可求得晶面間距的變化，從而求得應(yīng)變，通過(guò)彈性力學(xué)理論即可求得殘余應(yīng)力（變，通

28、過(guò)彈性力學(xué)理論即可求得殘余應(yīng)力（表面應(yīng)力表面應(yīng)力）。）。X射線衍射法的基本原理射線衍射法的基本原理材料中殘余應(yīng)力的材料中殘余應(yīng)力的X X射線衍射分析和作用射線衍射分析和作用張定銓何家文著張定銓何家文著西安交通大學(xué)出版社西安交通大學(xué)出版社Stress3000 衍射儀衍射儀鋼岔管測(cè)區(qū)位置示意圖鋼岔管測(cè)區(qū)位置示意圖鋼岔管外觀鋼岔管外觀多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖磁彈性法的基本原理磁彈性法的基本原理技術(shù)磁化過(guò)程的三個(gè)階段技術(shù)磁化過(guò)程的三個(gè)階段磁彈性法的基本原理磁彈性法的基本原理“巴克豪森噪聲效應(yīng)巴克豪森噪聲效應(yīng)” 拉應(yīng)力時(shí)，平行于拉應(yīng)力方向的磁疇將增拉應(yīng)力時(shí)，平行于拉應(yīng)力方向的磁疇將增加，巴克

29、豪森噪聲幅度值增加，磁彈性儀的輸加，巴克豪森噪聲幅度值增加，磁彈性儀的輸出電量增加。出電量增加。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：方便、快速和準(zhǔn)確方便、快速和準(zhǔn)確缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：只適用于磁性材料只適用于磁性材料2.4 材料的韌性與斷裂設(shè)計(jì)材料的韌性與斷裂設(shè)計(jì)低應(yīng)力脆斷低應(yīng)力脆斷 通常發(fā)生脆斷時(shí)的宏觀應(yīng)力很低，按強(qiáng)度設(shè)計(jì)是安全的。通常發(fā)生脆斷時(shí)的宏觀應(yīng)力很低，按強(qiáng)度設(shè)計(jì)是安全的。 脆斷通常發(fā)生在比較低的工作溫度下。脆斷通常發(fā)生在比較低的工作溫度下。 脆斷從應(yīng)力集中處開(kāi)始，裂紋源通常在結(jié)構(gòu)或材料的脆斷從應(yīng)力集中處開(kāi)始，裂紋源通常在結(jié)構(gòu)或材料的 缺陷處，如裂紋、缺口、夾雜等。缺陷處，如裂紋、缺口、夾雜等。 厚截面、高應(yīng)變速率

30、促進(jìn)脆斷。厚截面、高應(yīng)變速率促進(jìn)脆斷。共同點(diǎn)？共同點(diǎn)？材料的韌性：材料的韌性：材料從變形到斷裂全過(guò)程中吸收能量的材料從變形到斷裂全過(guò)程中吸收能量的大小，是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。大小，是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。靜力韌度靜力韌度應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線沖擊韌度沖擊韌度斷裂韌度斷裂韌度斷裂韌度在失效分析中的應(yīng)用斷裂韌度在失效分析中的應(yīng)用舉例：舉例：?jiǎn)栴}：?jiǎn)栴}：材料將發(fā)生什么形式的失效？材料將發(fā)生什么形式的失效？怎樣建立失效判據(jù)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？怎樣建立失效判據(jù)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？不同應(yīng)力狀態(tài)下如何表示材料的抗力？不同應(yīng)力狀態(tài)下如何表示材料的抗力？2.5 應(yīng)力分析與應(yīng)力分析與失效分析失效分析工程構(gòu)件所

31、處的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜多樣工程構(gòu)件所處的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜多樣應(yīng)力狀態(tài)影響材料的失效形式應(yīng)力狀態(tài)影響材料的失效形式脆斷脆斷 鑄鐵拉伸、扭轉(zhuǎn)時(shí)的斷裂鑄鐵拉伸、扭轉(zhuǎn)時(shí)的斷裂剪斷剪斷 鑄鐵壓縮、硬鋁拉伸時(shí)的斷裂鑄鐵壓縮、硬鋁拉伸時(shí)的斷裂屈服屈服 低碳鋼拉伸、扭轉(zhuǎn)和壓縮時(shí)低碳鋼拉伸、扭轉(zhuǎn)和壓縮時(shí) 為了建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件，提出關(guān)于為了建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件，提出關(guān)于材料破壞原因的假設(shè)及計(jì)算方法材料破壞原因的假設(shè)及計(jì)算方法。 根據(jù)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的根據(jù)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的材料抗力材料抗力，分析計(jì)算其他，分析計(jì)算其他復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度。 應(yīng)力狀態(tài)分析與強(qiáng)度理論應(yīng)力狀態(tài)分析與強(qiáng)度理

32、論 脆性斷裂：材料無(wú)明顯的塑性變形即發(fā)生斷裂，脆性斷裂：材料無(wú)明顯的塑性變形即發(fā)生斷裂，且多發(fā)生在垂直于最大正應(yīng)力的截面上，如鑄鐵受且多發(fā)生在垂直于最大正應(yīng)力的截面上，如鑄鐵受拉、扭，低溫脆斷等。拉、扭，低溫脆斷等。關(guān)于關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論：屈服的強(qiáng)度理論：最大切應(yīng)力理論最大切應(yīng)力理論和和最大畸變能密度理論最大畸變能密度理論 塑性屈服：材料破壞前發(fā)生顯著的塑性變形，且多發(fā)塑性屈服：材料破壞前發(fā)生顯著的塑性變形，且多發(fā)生在最大剪應(yīng)力面上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。生在最大剪應(yīng)力面上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。關(guān)于關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論：斷裂的強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)力理論最大拉應(yīng)力理論和和最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論

33、最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論 最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論） 最大拉應(yīng)力是引起材料斷裂的主要因素最大拉應(yīng)力是引起材料斷裂的主要因素。即無(wú)論材料處即無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸時(shí)破壞的于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸時(shí)破壞的極限值，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。極限值，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。01 構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力1 極限拉應(yīng)力，由單拉實(shí)驗(yàn)測(cè)得極限拉應(yīng)力，由單拉實(shí)驗(yàn)測(cè)得b 00 b1 斷裂條件斷裂條件 nb1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則鑄鐵拉伸鑄鐵拉伸鑄鐵扭轉(zhuǎn)鑄鐵扭轉(zhuǎn) 最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論） 最大伸

34、長(zhǎng)線應(yīng)變是引起斷裂的主要因素最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起斷裂的主要因素。即無(wú)論材料。即無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)處于什么應(yīng)力狀態(tài), ,只要最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸時(shí)只要最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸時(shí)破壞的極限值，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。破壞的極限值，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。01 構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變1 極限伸長(zhǎng)線應(yīng)變，由單向拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得極限伸長(zhǎng)線應(yīng)變，由單向拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得0 E/)(3211 Eb/0 實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：該理論對(duì)于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆性材該理論對(duì)于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆性材料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓比第一強(qiáng)度理論更接近實(shí)際料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓比第一

35、強(qiáng)度理論更接近實(shí)際情況。情況。強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件)(321nb斷裂條件斷裂條件EEb)(1321b)(321即即 最大切應(yīng)力是引起材料屈服的主要因素最大切應(yīng)力是引起材料屈服的主要因素。即無(wú)論材料。即無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)處于什么應(yīng)力狀態(tài), ,只要最大切應(yīng)力達(dá)到了簡(jiǎn)單拉伸屈服只要最大切應(yīng)力達(dá)到了簡(jiǎn)單拉伸屈服時(shí)的極限值，材料就會(huì)發(fā)生屈服時(shí)的極限值，材料就會(huì)發(fā)生屈服( (或剪斷）?；蚣魯啵?。0max 最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論） 構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的最大切應(yīng)力構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的最大切應(yīng)力max 極限切應(yīng)力，由單向拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得極限切應(yīng)力，由單向拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得0 2/0s 2/ )(31

36、maxs31 屈服條件屈服條件 ss31n設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則低碳鋼拉伸低碳鋼拉伸低碳鋼扭轉(zhuǎn)低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于此理論對(duì)于塑性材料塑性材料的屈服破壞能夠得到的屈服破壞能夠得到較為滿意的解釋。并能解釋材料在三向均壓下不發(fā)生較為滿意的解釋。并能解釋材料在三向均壓下不發(fā)生塑性變形或斷裂的事實(shí)。塑性變形或斷裂的事實(shí)。局限性局限性： 2 2、不能解釋三向均拉下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。、不能解釋三向均拉下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。1 1、未考慮、未考慮 的影響，試驗(yàn)證實(shí)最大影響達(dá)的影響，試驗(yàn)證實(shí)最大影響達(dá)15%15%。2 最大畸變能密度是引起材料屈服的主要因素最大畸變能密度是引起材料屈服的主要因素。

37、即無(wú)論。即無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)材料處于什么應(yīng)力狀態(tài), ,只要最大畸變能密度達(dá)到簡(jiǎn)單拉只要最大畸變能密度達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸屈服時(shí)的極限值伸屈服時(shí)的極限值, ,材料就會(huì)發(fā)生屈服。材料就會(huì)發(fā)生屈服。0ddvv 最大畸變最大畸變能密度理論（第四強(qiáng)度理論）能密度理論（第四強(qiáng)度理論）213232221d)()()(61Ev 構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的畸變能密度構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的畸變能密度d20261sdEv 畸變能密度的極限值，由單拉實(shí)驗(yàn)測(cè)得畸變能密度的極限值，由單拉實(shí)驗(yàn)測(cè)得0d屈服條件屈服條件22132322212)()()(s 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ss213232221)()()(21n實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)塑性材料，此理論

38、比第三強(qiáng)度理論更符合對(duì)塑性材料，此理論比第三強(qiáng)度理論更符合 試驗(yàn)結(jié)果，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。11 , r)(3212 ,r )()()(212132322214 , r強(qiáng)度理論的統(tǒng)一表達(dá)式：強(qiáng)度理論的統(tǒng)一表達(dá)式： r相當(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力313 ,r準(zhǔn)則準(zhǔn)則：切應(yīng)力是使材料達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的主要因素，但切應(yīng)力是使材料達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的主要因素，但滑移面上所產(chǎn)生的阻礙滑移的內(nèi)摩擦力卻取決于剪切滑移面上所產(chǎn)生的阻礙滑移的內(nèi)摩擦力卻取決于剪切面上的正應(yīng)力面上的正應(yīng)力的大小。的大小。 莫爾理論適用于脆性剪斷：莫爾理論適用于脆性剪斷： 莫爾理論認(rèn)為材料的剪斷破壞一般發(fā)生在切應(yīng)力值莫

39、爾理論認(rèn)為材料的剪斷破壞一般發(fā)生在切應(yīng)力值最大的截面上。最大的截面上。 脆性剪斷脆性剪斷：在某些應(yīng)力狀態(tài)下，拉壓強(qiáng)度不等的一些材：在某些應(yīng)力狀態(tài)下，拉壓強(qiáng)度不等的一些材料可能發(fā)生剪斷，例如鑄鐵的壓縮。料可能發(fā)生剪斷，例如鑄鐵的壓縮。莫爾強(qiáng)度理論（修正的最大切應(yīng)力理論）莫爾強(qiáng)度理論（修正的最大切應(yīng)力理論） 1 1、在三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，不論是脆性或塑性材料，均、在三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，不論是脆性或塑性材料，均發(fā)生脆性斷裂，宜采用發(fā)生脆性斷裂，宜采用最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）。 2 2、脆性材料：在二向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下及二向拉伸、脆性材料：在二向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下及二向拉

40、伸- -壓縮壓縮應(yīng)力狀態(tài)且拉應(yīng)力較大的情況下，應(yīng)采用應(yīng)力狀態(tài)且拉應(yīng)力較大的情況下，應(yīng)采用最大拉應(yīng)力理論最大拉應(yīng)力理論；在二向拉伸在二向拉伸- -壓縮應(yīng)力狀態(tài)且壓應(yīng)力較大的情況下，應(yīng)采用壓縮應(yīng)力狀態(tài)且壓應(yīng)力較大的情況下，應(yīng)采用最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論；在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的最大、最小應(yīng)力分；在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的最大、最小應(yīng)力分別為壓、拉時(shí)，由于材料的許用拉、壓應(yīng)力不等，壓應(yīng)力占別為壓、拉時(shí)，由于材料的許用拉、壓應(yīng)力不等，壓應(yīng)力占優(yōu)宜采用優(yōu)宜采用莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論。 3 3、塑性材料（除三向拉伸外），宜采用、塑性材料（除三向拉伸外），宜采用畸變能理論畸變能理論（第四強(qiáng)度理論）（第四強(qiáng)度理論

41、）和和最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）。 4 4、三向壓縮狀態(tài)下，無(wú)論是塑性和脆性材料，均采用、三向壓縮狀態(tài)下，無(wú)論是塑性和脆性材料，均采用畸變能理論畸變能理論。 單向拉應(yīng)力：?jiǎn)蜗蚶瓚?yīng)力：連桿、螺栓、鋼絲繩連桿、螺栓、鋼絲繩 平面拉應(yīng)力：平面拉應(yīng)力：薄壁壓力容器薄壁壓力容器 交變應(yīng)力：交變應(yīng)力：曲軸、軸承、齒輪、螺栓、連桿曲軸、軸承、齒輪、螺栓、連桿 彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力：軸類零件、梁軸類零件、梁 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：傳動(dòng)軸、彈簧、凸輪軸、機(jī)床絲杠傳動(dòng)軸、彈簧、凸輪軸、機(jī)床絲杠 接觸應(yīng)力：接觸應(yīng)力：齒輪、軸承齒輪、軸承2.6 金屬構(gòu)件中可能引起失效的常見(jiàn)缺陷金屬構(gòu)件中

42、可能引起失效的常見(jiàn)缺陷 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷 金屬焊接組織缺陷金屬焊接組織缺陷 熱處理產(chǎn)生的組織缺陷熱處理產(chǎn)生的組織缺陷 冷加工缺陷冷加工缺陷鑄造過(guò)程示意圖鑄造過(guò)程示意圖 孔眼類缺陷（氣孔、縮孔、疏松、砂眼、渣眼等）孔眼類缺陷（氣孔、縮孔、疏松、砂眼、渣眼等） 裂紋（熱裂紋、冷裂紋）裂紋（熱裂紋、冷裂紋） 形狀、尺寸及表面質(zhì)量不合格（變形、錯(cuò)箱、形狀、尺寸及表面質(zhì)量不合格（變形、錯(cuò)箱、 偏芯、澆不足、冷隔、披縫、表面粘砂及偏芯、澆不足、冷隔、披縫、表面粘砂及 表面粗糙等）表面粗糙等） 化學(xué)成分不一致（區(qū)域偏析、重力偏析、枝晶偏析）化學(xué)成分不

43、一致（區(qū)域偏析、重力偏析、枝晶偏析） 鑄態(tài)金屬組織常見(jiàn)缺陷鑄態(tài)金屬組織常見(jiàn)缺陷名稱 特 征名稱 特 征氣 孔主要為圓形、橢圓形的孔洞，表面較光滑，一般不在鑄件表面露出，大孔獨(dú)立存在，小孔則成群出現(xiàn)。 縮孔縮松 1縮孔：形狀為不規(guī)則的封閉或敞露的空洞，孔壁粗糙并帶有枝狀晶，常出現(xiàn)在鑄件最后凝固部位。 2疏松：鑄件斷面上出現(xiàn)的分散而細(xì)小的縮孔。 粘 砂鑄件的部分或整個(gè)表面粘附著一層金屬和砂粒的機(jī)械混和物，多發(fā)生在鑄件厚壁和熱節(jié)處。 裂紋 1熱裂：斷面嚴(yán)重氧化，無(wú)金屬光澤，斷口沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，外形曲折而不規(guī)則的裂紋。 2冷裂：穿過(guò)晶體而不沿晶界斷裂，斷口有金屬光澤或有輕微氧化色。 披縫 鑄件表面上

44、有凸起的金屬片狀物，表面粗糙，邊角銳利，有小部分與鑄件本體相連。 化學(xué)成分及力學(xué)性能不合格 鑄件的化學(xué)成分和硬度、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌度、耐熱、耐蝕及耐磨等性能不符合技術(shù)條件要求。 白 口灰鑄鐵件斷面全部或表面出現(xiàn)亮白色組織，常在鑄件薄的斷面，棱角及邊緣部分。 縮孔縮孔厚大熱節(jié)厚大熱節(jié), ,孔內(nèi)粗糙；孔內(nèi)粗糙；氣孔氣孔上表皮下上表皮下, ,孔內(nèi)光滑；孔內(nèi)光滑；砂眼砂眼轉(zhuǎn)角皮表轉(zhuǎn)角皮表, ,孔內(nèi)有砂；孔內(nèi)有砂；渣眼渣眼上表轉(zhuǎn)角上表轉(zhuǎn)角, ,孔內(nèi)有渣。孔內(nèi)有渣。基本特征：基本特征：縮孔位置的確定縮孔位置的確定-等溫線法等溫線法1.1.熱裂紋熱裂紋 紋短、縫寬、形狀曲折、縫內(nèi)有氧化色紋短、縫寬、形狀

45、曲折、縫內(nèi)有氧化色。 形成熱裂的主要因素有：形成熱裂的主要因素有： 合金性質(zhì)合金性質(zhì) 結(jié)晶區(qū)間越寬、含硫量高易裂。結(jié)晶區(qū)間越寬、含硫量高易裂。 鑄型阻力鑄型阻力 注意型砂的退讓性注意型砂的退讓性。裂紋熱裂紋和冷裂紋裂紋熱裂紋和冷裂紋2.2.冷裂紋冷裂紋 形狀細(xì)小，直線狀。形狀細(xì)小，直線狀。 冷裂常出現(xiàn)在鑄件的最后凝固部位、鑄件形狀復(fù)冷裂常出現(xiàn)在鑄件的最后凝固部位、鑄件形狀復(fù)雜、受拉伸處，與鑄造缺陷有關(guān)；與合金性質(zhì)有關(guān)。雜、受拉伸處，與鑄造缺陷有關(guān)；與合金性質(zhì)有關(guān)。鑄件的內(nèi)在質(zhì)量及檢驗(yàn)方法鑄件的內(nèi)在質(zhì)量及檢驗(yàn)方法 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷內(nèi)部組織缺陷內(nèi)部組織缺陷表面缺陷表面缺陷粗

46、大魏氏體組織粗大魏氏體組織網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織表層脫碳表層脫碳流線不順流線不順結(jié)疤結(jié)疤折疊折疊表面裂紋表面裂紋分層分層劃傷劃傷魏氏組織魏氏組織帶狀組織帶狀組織 流線組織：流線組織：CastingMachiningForging 鍛件相對(duì)鑄件和機(jī)加工零件，有更高的強(qiáng)度和韌性。鍛件相對(duì)鑄件和機(jī)加工零件，有更高的強(qiáng)度和韌性。 沖鍛時(shí)，鍛件可能留下沖鍛時(shí)，鍛件可能留下貫穿組織的流線，這些晶界貫穿組織的流線，這些晶界直接暴露在外，容易被環(huán)境直接暴露在外，容易被環(huán)境腐蝕，產(chǎn)生粗糙表面，應(yīng)力腐蝕，產(chǎn)生粗糙表面，應(yīng)力集中。集中。 金屬焊接組織缺陷金屬焊接組織缺陷常見(jiàn)焊接缺陷常見(jiàn)焊接缺陷

47、 焊接接頭的不完整性稱焊接缺陷。主要有焊接接頭的不完整性稱焊接缺陷。主要有焊接焊接裂紋裂紋、未焊透未焊透、夾渣夾渣、氣孔氣孔和和焊縫外觀缺陷焊縫外觀缺陷等等。 熱裂紋的特征：熱裂紋的特征： 熱裂紋可發(fā)生在熱裂紋可發(fā)生在焊縫區(qū)焊縫區(qū)或或熱影響區(qū)熱影響區(qū)。 熱裂紋的微觀特征是沿晶界開(kāi)裂熱裂紋的微觀特征是沿晶界開(kāi)裂晶間裂紋晶間裂紋。 熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩。熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩。 焊接裂紋焊接裂紋熱裂紋和冷裂紋：熱裂紋和冷裂紋： 冷裂紋的形態(tài)和特征：冷裂紋的形態(tài)和特征： 焊縫區(qū)和熱影響區(qū)都可能產(chǎn)生焊縫區(qū)和熱影響區(qū)都可能產(chǎn)生冷裂紋冷裂紋。冷裂。冷裂紋的特征是無(wú)分支，通常為穿晶

48、型。冷裂紋無(wú)氧紋的特征是無(wú)分支，通常為穿晶型。冷裂紋無(wú)氧化色彩。化色彩。 最常見(jiàn)的冷裂紋是最常見(jiàn)的冷裂紋是延遲裂紋延遲裂紋，即在焊后延遲，即在焊后延遲一段時(shí)間才發(fā)生的裂紋。一段時(shí)間才發(fā)生的裂紋。 焊接氣孔焊接氣孔 氫氣孔氫氣孔 高溫時(shí)，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶高溫時(shí)，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開(kāi)后快速冷卻，入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開(kāi)后快速冷卻，氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產(chǎn)生氫氣孔。氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產(chǎn)生氫氣孔。 一氧化碳?xì)饪滓谎趸細(xì)饪?當(dāng)熔池氧化嚴(yán)重時(shí)，熔池存在較多的當(dāng)熔池氧化嚴(yán)重時(shí)，熔池存在較多的FeO，在熔池，在熔池溫