機(jī)械零件失效分析

內(nèi)容概要

　　《材料科學(xué)與工程系列教材：機(jī)械零件失效分析》闡述機(jī)械零件失效的規(guī)律與機(jī)理和失效分析的理論與實(shí)踐，系統(tǒng)地介紹了機(jī)械零件的各種失效形式、失效原因及失效分析的思維方法和技術(shù)。前3章講述失效分析的基本知識(shí)和常見(jiàn)失效形式的規(guī)律、失效判據(jù)及診斷技術(shù)；第4章介紹失效分析的思路和處理問(wèn)題的程序、方法；第5章介紹裂紋和斷口分析技術(shù)，闡明了各種常見(jiàn)裂紋和斷口的宏觀與微觀形態(tài)特征及分析方法；第6，7，8章討論了材料冶金因素、設(shè)計(jì)與選材失誤引起的失效，以及各種加工工藝缺陷的產(chǎn)生與鑒別方法和這些缺陷引起的失效及失效分析技術(shù)。書(shū)中列舉了豐富的實(shí)際零件失效分析實(shí)例，深入淺出。

作者簡(jiǎn)介

劉瑞堂，博士生導(dǎo)師，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析專家。多年來(lái)一直從事材料力學(xué)行為方面的教學(xué)與科研工作。七五期間，參與"斷裝理論在艦炮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究"課題，獨(dú)立完成了輸彈彈簧疲勞斷裂分析，提出了變幅加載下的疲勞累積損傷理論。八五期間參與了由冶金部海司和中船總聯(lián)合組成的"連鑄鋼中板應(yīng)用研究"課題，完成了"冷變形損傷及評(píng)定"子課題，在科學(xué)上，應(yīng)用細(xì)觀損傷理論將應(yīng)變強(qiáng)化階段性的不同學(xué)術(shù)觀點(diǎn)統(tǒng)一了起來(lái)。九五期間，開(kāi)展了"船體鋼防斷性能表征技術(shù)"研究，改造了Hopkinson 裝置，制成了動(dòng)態(tài)斷裂測(cè)試系統(tǒng)，提出了斷裂裂控制設(shè)計(jì)（包括防斷選材）的定量準(zhǔn)則。目前正在開(kāi)展"船體鋼動(dòng)態(tài)力學(xué)行為模擬及斷控制研究），此外還開(kāi)展了焊縫撕裂，江船冷脆斷裂，儲(chǔ)罐應(yīng)力腐蝕，發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)及電站鍋爐管道斷裂等十余項(xiàng)失效分析研究，在國(guó)內(nèi)外雜志和學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表論文90余篇，主編教材1冊(cè)，《工程材料力學(xué)性能》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社出版。

書(shū)籍目錄

第1章緒論 1.1失效與失效學(xué) 1.2失效分析的意義 1.3失效分析與機(jī)械產(chǎn)品可靠性的關(guān)系 第2章機(jī)械零件失效形式及診斷 2.1失效分類及診斷 2.2機(jī)械零件失效原因概述 第3章常見(jiàn)失效形式及特征和診斷 3.1過(guò)量彈性變形失效 3.2屈服失效 3.3塑性斷裂失效 3.4脆性斷裂失效 3.5疲勞斷裂失效 3.6腐蝕失效 3.7應(yīng)力腐蝕失效 3.8氫脆失效 3.9腐蝕疲勞失效 3.10磨損失效 3.11蠕變失效 第4章失效分析的思路與方法 4.1失效分析的常規(guī)思路 4.2失效分析的系統(tǒng)工程思路與方法 4.3失效分析的程序和步驟 4.4失效分析的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù) 第5章裂紋與斷口分析 5.1裂紋與斷口 5.2裂紋分析 5.3斷口分析 第6章材料因素引起的失效 6.1材料因素引起失效的原因分析思路 6.2材料成分與失效 6.3雜質(zhì)元素偏聚與晶界脆化失效 6.4非金屬夾雜物與失效 6.5材料的顯微組織與失效 第7章設(shè)計(jì)階段的失誤與失效 7.1機(jī)械設(shè)計(jì)與失效概述 7.2零件結(jié)構(gòu)與失效 7.3減小應(yīng)力集中的措施 7.4零件材料選擇與失效 第8章工藝因素引起的失效 8.1概述 8.2鑄造缺陷與失效 8.3鍛造缺陷與失效 8.4熱處理缺陷與失效 8.5焊接缺欠與失效 8.6表面形變強(qiáng)化工藝與失效 8.7機(jī)械加工缺陷與失效 8.8裝配中的失誤與失效 附錄CVDA——84《壓力容器缺陷評(píng)定規(guī)范》摘要 主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   【例1】某型汽車傳動(dòng)軸因熱處理組織缺陷而斷裂 汽車傳動(dòng)軸前端與變速器連接，后端與后橋連接。傳動(dòng)軸斷裂將造成嚴(yán)重事故。某型汽車投入使用后，連續(xù)發(fā)生多起傳動(dòng)軸花鍵接頭扭轉(zhuǎn)變形和扭斷事故，斷裂都發(fā)生在花鍵軸的三分之一處。該軸采用18CrMnTi鋼制造，經(jīng)過(guò)鍛造、機(jī)加工和熱處理（滲碳、淬火、回火）等工序。滲碳層深度要求為0.80～1.30mm，表面硬度為HRC58～64，齒中心硬度為HRC30～45。對(duì)斷口附近材料組織分析表明，斷裂處表面組織為馬氏體和殘余奧氏體及部分粒狀碳化物，心部組織為索氏體加大塊鐵素體。表面硬度為HRC55.5，花鍵中心為HRC23。大塊鐵素體的存在導(dǎo)致硬度不足，降低了花鍵軸的強(qiáng)度。服役條件下，花鍵軸受反復(fù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，在軸頸尖角處產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致軸頭切斷。分析認(rèn)為造成大塊鐵素體的原因是，淬火溫度低，鐵素體未能全部溶人奧氏體，冷卻后依然存在于基體之中。 【例2】汽車鋼板彈簧因表面脫碳而失效 零件表面脫碳是熱處理常見(jiàn)的缺陷，脫碳使表面強(qiáng)度、硬度降低。對(duì)表面缺陷敏感的零件如彈簧，脫碳會(huì)造成疲勞強(qiáng)度的顯著降低。例如某汽車行駛不到1萬(wàn)公里即發(fā)生鋼板彈簧疲勞斷裂，經(jīng)金相分析，彈簧表面脫碳層深達(dá)0.4mm（這已超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值，屬缺陷組織），成為彈簧失效的主要原因。彈簧板片的脫碳可在鋼材軋制過(guò)程中產(chǎn)生，也可在卷耳及熱處理過(guò)程中產(chǎn)生，因此在這些加工階段上，應(yīng)對(duì)加熱溫度、加熱時(shí)間以及爐內(nèi)氣氛等因素進(jìn)行控制。表6.6列出表面脫碳對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，表6.7列出脫碳層深度與加熱條件之間的關(guān)系。 【例3】 某中型載貨汽車轉(zhuǎn)向節(jié)因硼化物沿晶界析出而失效該中型貨車投入運(yùn)營(yíng)后，行駛約5萬(wàn)公里時(shí)，因通過(guò)一較深水坑，前輪受沖擊作用，致使左轉(zhuǎn)向節(jié)脆斷。斷口呈結(jié)晶狀，無(wú)塑性變形痕跡，屬典型的脆性斷裂。該轉(zhuǎn)向節(jié)采用40MnB鋼制造，化學(xué)分析表明，其中含硼量較高，達(dá)0.005w％（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定8含量應(yīng)在0.001w％～0.0035w％范圍）。組織主要為回火索氏體和網(wǎng)狀鐵素體，還發(fā)現(xiàn)有大量網(wǎng)狀硼化物析出，并沿晶界分布。力學(xué)性能試驗(yàn)表明其強(qiáng)度、剛度均符合要求，但沖擊韌性很差，沖擊值僅為29J／cm2，因此認(rèn)為該轉(zhuǎn)向節(jié)材料含硼量超標(biāo)，組織中沿晶界析出硼化物（脆性相），導(dǎo)致材料沖擊韌性惡化是造成失效的主要原因。

編輯推薦

《高等學(xué)校"十一五"規(guī)劃教材?材料科學(xué)與工程系列:機(jī)械零件失效分析》可作為高等學(xué)校材料類和機(jī)械類各專業(yè)的教學(xué)參考書(shū)，同時(shí)也可供從事機(jī)械產(chǎn)品的可靠性、失效分析和質(zhì)量管理工作的工程技術(shù)人員參考。

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