材料失效分析

材料失效分析 ——金属的疲劳破坏 1 .1 材料失效简介 材料失效分析在工程上正得到日益广泛的应用和普遍的重视。失效分析对改进产品设计、选材等提供依据，并可防止或减少断裂事故的发生；可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用，明显提高经济效益。大力开展失效分析研究，无论对工业、民生、科技发展，都具有极其重要的作用。 所谓失效——主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成指定的功能。亦可称为故障或事故。一个机械零部件被认为是失效，应根据是否具有以下三个条件中的一个为判据： （1）零件完全破坏，不能工作； （2）严重损伤，继续工作不安全； （3）虽能暂时安全工作，但已不能满意完成指定任务 。 上述 情 况 的任何 一种 发生，都认为零件已经失效。 机械零部件最 常 见 的失效形式 有以下几 种 ： 1.断裂失效：通 常 包 括 塑 性（韧 性）断裂失效；低 应力脆 性断裂失效；疲劳断裂失效； 蠕 变断裂失效；应力腐 蚀 断裂失效。 2.表 面损伤失效：通 常 包 括 磨 损失效；腐 蚀 失效；表 面 疲劳失效 3.变形失效：包 括 塑 性变形失效；弹 性变形失效,同 一种 零件可有几 种 不同 失效形式 。一个零件失效，总 是由一种 形式 起主导作用，很 少以两 种 形式 主导 失效的。但它 们 可以组合 为更 复 杂 的失效形式 ，例 如 腐 蚀 磨 损、腐 蚀 疲劳等。 2 .1 疲劳破坏 飞 机、船 舶 、汽 车 、动 力机械、工程机械 、冶 金、石 油 等机械以及 铁 路 桥 梁 等的主要零件和构件，大多 在循 环 变化的载 荷 下工作，疲劳是其主要的失效形式 。 金属疲劳是指材料、零构件在循 环 应力或循 环 应变作用下，在一处 或几 处 逐 渐 产生局 部永 久 性累 积 损伤，经一定循 环 次 数 后 产生裂纹 或突 然 发生完全断裂的过 程。当 材料和结 构受到多 次 重复 变化的载 荷 作用后 ，应力值 虽然 始 终 没 有超 过 材料的强 度 极限 ，甚 至 比 弹 性极限还 低 的情 况 下就 可能发生破坏，这 种 在交 变载 荷 重复 作用下材料和结 构的破坏现 象 ，就 叫 做金属的疲劳破坏。 2 .2 疲劳断裂的特 征 1、疲劳断裂应力1 （周 期 载 荷 中的最 大应力 max）远 比 静 载 荷 下材料的抗 拉...