機械零件失效分析 主要的失效形式有哪些?

機械零件由于某些原因喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計要求的性能時，稱為失效。失效分析的結(jié)果，既可對零件的失效形式加以預(yù)測，又是零件選材的依據(jù)，同時又可以對合理制訂零件的制造工藝、優(yōu)化零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及新材料的研制和新工藝的開發(fā)等提供有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)。本文收集整理了一些資料，期望能對各位讀者有比較大的參閱價值。

一、機械零件的失效形式主要有：

1、整體斷裂

零件在受拉、壓、彎、剪和扭等外載荷作用時，由于某一危險截面上的應(yīng)力超過零件的強度極限而發(fā)生的斷裂，或者零件在受變應(yīng)力作用時，危險截面上發(fā)生的疲勞斷裂均屬此類。例如螺栓的斷裂、齒輪輪齒根部的折斷等。

2、過大的殘余變形

如果作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，則零件將產(chǎn)生殘余變形。機床上夾持定位零件的過大的殘余變形，要降低加工精度；高速轉(zhuǎn)子軸的殘余撓曲變形，將增大不平衡度，并進一步引起零件的變形。

3、零件的表面破壞

零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞。腐蝕是發(fā)生在金屬表面的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕現(xiàn)象。腐蝕的結(jié)果是使金屬表面產(chǎn)生銹蝕，從而使零件表面遭到破壞。與此同時，對于承受變應(yīng)力的零件，還會引起腐蝕疲勞的現(xiàn)象。

磨損是兩個接觸表面在作相對運動的過程中表面物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。

腐蝕、磨損和接觸疲勞都是隨工作時間的延續(xù)而逐漸發(fā)生的失效形式。處于潮濕空氣中或與水、汽及其他腐蝕性介質(zhì)相接觸的金屬零件，均有可能發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；所有做相對運動的零件接觸表面都有可能發(fā)生磨損；而在接觸變應(yīng)力條件下工作的零件表面也將有可能發(fā)生接觸疲勞。

4、破壞正常工作條件引起的失效

有些零件只有在一定的工作條件下才能正常地工作。例如，液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常地工作；帶傳動和摩擦輪傳動，只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常地工作；高速轉(zhuǎn)動的零件，只有其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當(dāng)?shù)拈g隔時才能正常地工作等。如果破壞了這些必備的條件，則將發(fā)生不同類型的失效。例如，滑動軸承將發(fā)生過熱、膠合、磨損等形式的失效；帶傳動將發(fā)生打滑的失效；高速轉(zhuǎn)子將發(fā)生共振從而使振幅增大，以致引起斷裂的失效等。

零件到底經(jīng)常發(fā)生哪種形式的失效，這與很多因素有關(guān)，并且在不同行業(yè)和不同的機器上也不盡相同。根據(jù)參考文獻(xiàn)中對1378項失效所進行的分類結(jié)果來看，由于腐蝕、磨損和各種疲勞破壞所引起的失效就占了73.88%，而由于斷裂所引起的失效只占4.79%。所以可以說，腐蝕、磨損和疲勞是引起零件失效的主要原因。

二、機械零件的失效分析

失效分析的目的是找出產(chǎn)生失效的主導(dǎo)因素，為能準(zhǔn)確確定零件的主要使用性能提供可靠依據(jù)。例如，各類發(fā)動機曲軸的選材，按傳統(tǒng)的知識認(rèn)為，曲軸工作中主要承受高的沖擊性和耐磨性，基本是應(yīng)用45鋼制造。而進行失效分析結(jié)果證實，曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂，所以疲勞強度應(yīng)是曲軸設(shè)計、制造的主要使用性能指標(biāo)，選用球墨鑄鐵制造質(zhì)優(yōu)、耐用又價廉?？梢?，了解失效形式是正確選材的基本前提之一。

實際上，一個零件的失效往往是相當(dāng)復(fù)雜的，常常不是單一原因造成的，而是多種因素共同作用的結(jié)果。所以，失效分析是一項涉及面很廣的復(fù)雜的技術(shù)工作，必須要有一個科學(xué)的方法，合理的工作程序。

首先，對零件使用現(xiàn)場進行調(diào)查。了解零件的工作環(huán)境和失效經(jīng)過，拍照記錄相關(guān)零件的受損情況、零件的使用壽命，收集并保存失效零件殘體供分析用。

其次，收集零件用材和制造工藝檔案資料。復(fù)查零件材料的化學(xué)成分和原材料質(zhì)量，詳細(xì)了解零件的毛坯制造、機械加工、熱處理等工藝和操作過程。

第三，失效零件本身的檢測分析。對失效零件進行損傷處的外觀分析（了解零件的損傷種類，尋找損傷的起源，觀察損傷部位的表面粗糙度和幾何形狀等），并取樣進行斷口分析、金相分析、力學(xué)性能測試等。還要分析在失效零件上收集到的腐蝕產(chǎn)物的成分、磨屑的成分等，必要時還要進行無損探傷、斷裂力學(xué)分析等。

綜合上述各方面的調(diào)查和分析結(jié)果，判斷影響零件失效的各種因素，排除不可能或非重要的因素，最終確定零件失效的真正原因，特別是起決定作用的主要原因。我公司擁有專業(yè)工程師及行業(yè)精英團隊，建有標(biāo)準(zhǔn)化實驗室3個，實驗室面積1800平米以上，可承接電子元器件測試驗證、IC真假鑒別，產(chǎn)品設(shè)計選料、失效分析，功能檢測、工廠來料檢驗以及編帶等多種測試項目。