1、機械構件失效的主要形式及特征一、變形失效（一）彈性變形失效：彈性性能達不到原設計要求。（二）塑性變形失效：塑性變形逐漸增大，超過一定極限不 能再用。（三）蠕變變形失效：一定溫度和壓力下工作，應力小于屈 服點，也會產(chǎn)生塑變，超過規(guī)定值失效。（四）高溫松馳：高溫下零件失去彈性功能導致失效。二、斷裂失效（一）塑性斷裂失效1. 塑性斷裂的特征： 宏觀上裂紋或斷口附近有塑變， 或在塑 變附近有裂紋出現(xiàn)，微觀上有韌窩，受正應力作用為等軸韌 窩，受剪切力作用，韌窩被拉長，韌窩大小與形核數(shù)量、材 料韌性、溫度、應變速率有關。2. 外應力大于材料的屈服強度（二）脆性斷裂失效斷裂前無塑性變形，類型有穿晶和沿晶斷裂

2、。1. 穿晶脆性斷裂1）解理斷裂：解理斷裂時穿晶脆斷的一種常見的主要 斷裂方式，指在一定的條件下，金屬因受拉應力作用而 沿某些特定的結晶學平面發(fā)生分離。特征：斷裂時所受應力較低，低于設計許用應力*構件破壞之前，沒有或只有局部輕微塑變斷裂源總是發(fā)生在缺陷處，如凹槽、缺口-斷口宏觀形貌平直，斷面垂直拉應力，斷口上有 放射狀條紋，管材、板材構件有人字紋，并有閃 光小刻面，微觀形貌為河流花樣-裂紋擴展迅速后果是災難性的。形成解理斷裂的原因：構件存在三向應力集中部位， 如表面缺口，裂紋， 幾何形狀突變。有一定大小的應力作用，尤其是沖擊應力-低溫條件，溫度低于材料脆性的轉變溫度。2）準解理斷裂因找不到解理

3、面而命名， 后來找到了，與解理斷裂一樣 斷裂性態(tài)介于韌性斷裂與解理斷裂之間， 韌性好于解理 斷裂而差于韌性斷裂，宏觀形貌有細小放射條紋或呈瓷狀，微觀形貌也有河流花樣，但河流短而不連續(xù)，觀察到較多撕裂嶺。2. 沿晶脆性斷裂裂紋沿晶界擴展的斷裂叫沿晶斷裂。由晶界弱化引起。1）特征：斷口呈細顆粒狀，有時觀察到放射狀條紋，微觀形貌呈冰糖狀。2）引起晶界弱化原因-晶界沉淀相造成（夾雜及第二相）-雜質(zhì)元素在晶界偏聚（元素周期表中的4、5、6族元素）-環(huán)境介質(zhì)侵蝕，氫脆熱力腐蝕-高溫作用，焊接熱裂紋、磨削裂紋、蠕變斷裂（三）疲勞斷裂1. 高周疲勞（循環(huán)次數(shù) N>104-105）特征：1）在疲勞斷裂中，

4、工作應力低于屈服應力，不發(fā)生宏觀塑2）疲勞斷口具有獨特形貌，斷口由疲勞源區(qū)、裂紋擴展區(qū) 和瞬斷區(qū)組成。疲勞源常位于零件的尖角、凹槽或夾雜、空 洞、微裂紋處、裂紋擴展區(qū)的宏觀形貌，常呈海灘狀條紋、 貝紋線狀，微觀形態(tài)為疲勞輝紋，其形態(tài)為呈弧形的平行條 紋，凸弧面指向裂紋擴展方向，瞬斷區(qū)斷口形貌與材料性質(zhì) 有關。塑性材料為塑性斷裂，脆性材料為脆性斷裂。3）產(chǎn)生疲勞斷裂的原因*材料強度不足零件上有尖角、鍵槽、圓角等應力集中區(qū)-夾雜、疏松、氣孔、微裂紋等材料缺陷*表面缺陷、凹坑、折疊、加工刀痕-熱處理缺陷、表面脫碳、過熱2低周疲勞（循環(huán)次數(shù)<104-105）循環(huán)次數(shù)低，為高應力低周疲勞往往無貝紋

5、線，疲勞區(qū)斷口 占面積較小，瞬斷區(qū)占面積較大，斷口復雜N>103，斷口有粗大輝紋N<103，斷口呈輪胎花樣Nv102，斷口呈韌窩與準解理混合3. 熱疲勞熱應力作用下引起的疲勞斷裂。宏觀特征呈網(wǎng)狀或平行斷續(xù)的細小裂紋，微觀斷口有氧化物4. 接觸疲勞 接觸應力作用下引起的疲勞破壞。軸承、軸瓦、齒輪。 宏觀有剝落現(xiàn)象，微觀有輝紋、準解理、韌窩等。5. 腐蝕疲勞 腐蝕介質(zhì)和交變應力聯(lián)合作用下產(chǎn)生的疲勞破壞。 斷口微觀形貌有疲勞輝紋和腐蝕特征。6. 微震疲勞 由微震應力引起的疲勞破壞，如鉚釘、葉片。 宏觀裂源處有磨損，微觀疲勞斷口上有與高周疲勞相似的輝 紋。三、腐蝕失效（一）均勻腐蝕失效（全

6、面腐蝕失效） 特征：金屬的整個暴露表面或相當大的面積上發(fā)生化學或電 化學反應而被腐蝕，構件由于腐蝕減薄而失效。預防措施：1. 選擇合適的材料，降低腐蝕速率。2. 在金屬表面涂覆耐蝕涂層或鍍層3. 添加緩蝕劑4. 采用陰極保護（二）點腐蝕鈍化型金屬的表面鈍化膜被破壞又不能再鈍化，形成向縱深 發(fā)展的小坑，其他大部分金屬表面均保持原狀。發(fā)生條件：保護膜的局部溶解或破壞（往往發(fā)生在表面缺陷 和夾雜之處，或鈍化膜薄弱之處），并且有活性陰離子的存 在，如氯離子。防止措施：1. 設計合理，防止有死角，便于排干液體2. 停機時間較長時，應徹底清洗機件并保持干燥3. 使用耐點蝕性能好的材料，如 316 不銹鋼（

7、三）縫隙腐蝕在金屬和金屬之間存有腐蝕性溶液受阻導致金屬腐蝕，如螺 栓、鉚釘、墊片，由構件結構上原因造成避免措施：盡量避免縫隙存在，同點腐蝕措施。四）晶間腐蝕 沿金屬材料的晶粒界面而發(fā)生腐蝕，偏聚在晶界處的雜質(zhì)與 合金元素的負極與貧化是主要原因，由于他們構成了反應電 池。特征：表面正常， 但強度、韌性下降， 稍加沖擊會產(chǎn)生裂紋。 拋光態(tài)可看到沿晶裂紋， 有晶粒脫落， 腐蝕沿晶界向內(nèi)發(fā)展。 如 18-8A 。經(jīng)400-900 C加熱（特別在600-650 C更顯著）晶界析出 碳化物，使晶界附近的 Cr 元素產(chǎn)生貧化，甚至從 18%降到 2%,形成電化學反應的陰極（ C23C6）和陽極（晶界附近貧

8、Cr區(qū)），形成腐蝕敏化區(qū)發(fā)生晶間腐蝕。預防措施：1. 固溶處理有快冷2. 適當加入碳化物穩(wěn)定元素，如鈦、鈮，減少Cr23C6的析出3. 降低含碳量，采用超低碳不銹鋼，如 304L、 316L（五）電偶腐蝕在電介質(zhì)中，兩種不同的金屬相接觸，由于電位不同，構成 一個微電池，在電極電位低的陽極發(fā)生嚴重腐蝕。預防措施：1. 盡可能使用電極電位接近的金屬連接2. 避免用大陰極、小陽極3. 異金屬連接處采用加絕緣材料4. 表面采用涂層或鍍層，與腐蝕介質(zhì)隔離（六）應力腐蝕1. 特征1）材料表面腐蝕程度較輕，無全棉腐蝕特征，裂紋較深，走向與主應力方向垂直2）分叉呈落葉的樹枝狀，沿晶、穿晶及混合型碳鋼、低合金鋼

9、、a -黃銅為沿晶斷裂奧氏體不銹鋼和B -黃銅在氯離子氣氛中為穿晶斷裂斷口宏觀形貌有腐蝕色，有時觀察到放射狀條紋。通常情況下，應力腐蝕是多源的，微觀形貌是穿晶型為河流花樣2. 應力腐蝕產(chǎn)生條件1）一般發(fā)生在耐全面腐蝕良好的材料，如不銹鋼2）開裂所需應力小于材料的屈服強度，但需要一定的拉應力，應力來源是工作應力和殘余應力3）環(huán)境因素對特定的合金有不同的腐蝕介質(zhì)，如不銹鋼引起應力腐蝕的介質(zhì)是氯離子、氟離子、溴離子、硫化氫等水 溶液，對黃銅主要介質(zhì)為氨和氨溶液。應力腐蝕防護相當復雜，從受載條件、冶金因素、環(huán)境因素三方面考慮（七）腐蝕疲勞在具有腐蝕性的介質(zhì)中，金屬材料的疲勞極限（疲勞強度） 顯著降低。

10、機理：大多數(shù)學者認為它是一種局部腐蝕與周期交變載荷共 同作用下引起的。宏觀斷口有腐蝕產(chǎn)物覆蓋，呈棕黑色，多源，疲勞源常起源于點蝕坑、零件尖角、凹槽部位，微觀形貌為疲勞輝紋與河 流花樣垂直，能譜儀檢測到腐蝕性元素。防護與上相同（八）氫損傷（氫鼓包失效、氫脆開裂、氫脫碳、氫腐蝕）金屬材料的性能由于氫的作用而惡化的總稱為氫損傷。氫來源于環(huán)境介質(zhì)中（屬于腐蝕失效）1. 氫鼓包：是由于氫原子擴散到金屬里的空穴或縮孔處聚集， 形成氫分子，氫濃度和壓力產(chǎn)生裂紋，斷口上為白點。2. 氫脆開裂： 在高強度鋼中發(fā)生較多， 易在電鍍和酸洗中造成，氫離子被還原并擴散到金屬中，在一定應力作用下，聚集于晶界和材料缺陷出，形成分子，產(chǎn)生壓力導致微裂紋。高強鋼為沿晶斷裂，強度低的鋼為穿晶斷裂3. 氫脫碳：在高溫下發(fā)生，鋼表面的碳與碳化物與氫反應， 使表面脫碳。4. 氫腐蝕：氫進入金屬內(nèi)部，與組織中的碳化物發(fā)生反應， 生成甲烷，沿晶發(fā)生斷裂。（九）其它腐蝕1. 高溫腐蝕：金屬被氧化生成氧化物2. 氣蝕： 液體與金屬材料之間相對流速很高， 氣體在材料表 面局部區(qū)域形成空穴或氣泡，并迅速破滅