当机械零件丧失它应有的功能后,则称该零件失效。造成失效的原因有很多,如断裂、变形、表面磨损等。所谓失效，主要指零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材料的组织与性能的变化而丧失其规定功能的现象。为帮助大家深入了解，本文将对零件失效分析的相关知识予以汇总。如果您对本文即将要涉及的内容感兴趣的话，那就继续往下阅读吧。

机械零件的失效，一般包括以下几种情况。

(1)零件完全破坏，不能继续工作。

(2)虽然仍能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。

(3)零件严重损伤，继续工作不安全。

1.零件的失效形式

根据零件损坏的特点，可将失效形式分为3种基本类型：变形、断裂和表面损伤。

1)变形失效与选材

变形失效有两种情况，弹性变形失效与塑性变形失效。

(1)弹性变形失效。弹性变形失效是指由于发生过大的弹性变形而造成零件的失效。 例如，电动机转子轴的刚度不足，发生过大的弹性变形，结果转子与定子相撞，最后主轴撞弯，甚至折断。

弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模董。金刚石与陶瓷的弹性模量最髙，其次是难熔金属、钢铁，有色金属则较低，有机高分子材料的弹性模量最低。因此，作为结构件，从刚度及经济角度来看，选择钢铁是比较合适。

(2)塑性变形失效。塑性变形失效是指零件由于发生过量塑性变形而失效。塑性变形失效是零件中的工作应力超过材料的屈服强度的结果。塑性变形是一种永久变形，可在零件的形状和尺寸上表现出来。在给定载荷条件下，塑性变形发生与否，取决于零件几何尺寸及材料的屈服强度。

一般陶瓷材料的屈服强度很髙，但脆性非常大。进行拉伸试验时，在远未达到屈服应力时就发生脆断，强度高的特点发挥不出来。因此，不能用来制造高强度结构件。有机高分子材料的强度很低，最髙强度的塑料也不超过钥合金。因此，目前用作高强度结构的主要材料还是钢铁。

2)断裂失效

断裂失效是机械零件的主要失效形式。根据断裂的性质和断裂的原因，可分为以下4种。

(1)塑性断裂。塑性断裂是指零件在受到外载荷作用时，某一截面上的应力超过了料的屈服强度，产生很大的塑性变形后发生的断裂。如低碳钢光滑试样拉伸试验时。由于断裂前已经发生了大量的塑性变形而进人了失效状态，故只能使零件不能工作，但不会造成较大的危险。

(2)脆性断裂。脆性断裂发生时，事先不产生明显的塑性变形，承受的工作应力通常远低于材料的屈服强度，所以又称为低应力脆断，这种断裂经常发生在有尖锐缺口或裂纹的零件中，另外，零件结构中的棱角、台阶、沟槽及拐角等结构突变处也易发生，特别是在低温或冲击载荷作用的情况下，更易发生脆性断裂。

(3)疲劳断裂。在低于材料屈服强度的交变应力反复作用下发生的断裂称为疲劳断裂。因疲劳而最终断裂是瞬时的，因此危害性较大，常在齿轮、弹簧、轴、模具、叶片零件中发生。疲劳断裂是一种危害极大，而且是一种常见的失效形式，据统计，承受交变 应力的零件，80%~90%以上的损坏是由于疲劳引起的。采用各种强化方法提高材料的强 度，尤其是表面强度，在表面形成残余压应力，可使疲劳强度显著提高。此外，减少零件上各种能引起应力集中的缺陷、刀痕、尖角、截面突变等，均可提高零件的抗疲劳能力。

(4)蠕变断裂。蠕变断裂即在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效。如架空的聚氣乙烯电线管在电线和自重的作用下发生的缓慢的挠曲变形，就是典型的材料蠕变现象。金属材料一般在高温下才产生明显的蠕变，而高聚物在常温下受载就会产生显著的蠕变，当蠕变变形量超过一定范围时，零件内部就会产生裂纹而很快断裂。

3)表面损伤

零件在工作过程中，由于机械和化学的作用，使工件表面及表面附近的材料受到严重损伤导致失效，称为表面损伤失效。表面损伤失效大体上分为3类：磨损失效、表面疲劳失效和腐蚀失效。

(1)磨损失效。在机械力的作用下，产生相对运动(滑动、滚动等）而使接触表面的材料以磨屑的形式逐渐磨耗，使零件的形状、尺寸发生变化而失效，称为磨损失效。零件磨损后，会使其精度下降或丧失，甚至无法正常运转。材料抵抗磨损的能力称为耐磨性，单位时间的磨损量表示。磨损量愈小，耐磨性愈好。

磨损主要有磨粒磨损和黏着(胶合)磨损两种类型。

①磨粒磨损。磨粒磨损是在零件表面遭受摩擦时，有硬质颗粒嵌人材料表面，形成许多切屑沟槽而造成的磨损。这种磨损常发生在农业机械、矿山机械以及车辆、机床等机械运行时因嵌人硬屑（硬质颗粒)而磨损等情况中。

②黏着磨损。黏着磨损又称胶合磨损，是相对运动的摩擦表面之间在摩擦过程中发生局部焊合或黏着，在分离时黏着处将小块材料撕裂，形成磨屑而造成的磨损„这种磨损在所有的摩擦副中均会产生，例如蜗轮与蜗杆、内燃机的活塞环和缸套、轴瓦与轴颈等。

为了减少黏着磨损，所选材料应当与所配合的摩擦副为不同性质的材料，而且摩擦系数应尽可能的小，最好具有自润滑能力或有利于保存润滑剂。例如，近年来在不少设备上已采用尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、粉末冶金材料制造轴承、轴套等。

(2)表面疲劳。相互接触的两个运动表面(特别是滚动接触)在工作过程中承受交变接触应力的作用，使表层材料发生疲劳破坏而脱落，造成零件失效称为表面疲劳失效。为了提高材料的表面疲劳抗力，材料应具有足够高的硬度，同时具有一定的塑性和韧性；材料应尽童少含夹杂物，材料要进行表面强化处理，强化层的深度足够大，以免在强压层下的基体内形成小裂纹，使强化层大块剥落。

(3)腐蚀失效。由于化学和电化学腐蚀的作用使表面损伤而造成的零件失效称为腐蚀失效。腐蚀失效除与材料的成分、组织有关外，还与周围介质有很大关系，应根据介质的成分性质选材。

2.零件失效的原因

零件到底会发生哪种形式的失效，这与很多因素有关。概括起来，失效的原因有以下4个方面。

1)零件设计

零件的结构、形状、尺寸设计不合理最容易引起失效。如键槽、孔或截面变化较剧烈的尖角处或尖锐缺U处容易产生应力集中，出现裂纹。其次是对零件在工作中的受力情况判断有误，设计时安全系数过小或对环境的变化情况估计不足造成零件实际承载能力降低等均属设计不合理。

2)选材

选材不合理即选用的材料性能不能满足工作条件要求，或者所选材料名义性能指标不能反映材料对实际失效形式的抗力。所用材料的化学成分与组织不合理、质量差也会造成零件的失效，如含有过多的夹杂物和杂质元素等缺陷。因此原材料进行严格检验是避免零件失效的重要步骤。

3)加工工艺

零件在加工和成形过程中，因采用的工艺方法、工艺参数不合理，操作不正确等会造成失效。如热成形过程中温度过高所产生的过热、过烧、氧化、脱碳；热处理过程中工艺参数不合理造成的变形和裂纹、组织缺陷及由于淬火应力不均匀导致零件的棱角、台阶等处产生拉应力。

4)安装及使用

机器在安装过程中，配合过紧、过松、对中不良、固定不牢或重心不稳、密封性差以装配拧紧时用力过大或过小等，均易导致零件过早失效。在超速、过载，润滑条件不良的情况下工作，工作环境中有腐蚀性物质及维修、保养不及时或不善等均会造成零件过早失效。

3.失效分析的步骤、方法

对失效零件进行失效分析的基本步骤和方法如下：

(1)现场勘察察看零件失效的部位、形式，弄清零件工作条件，操作情况和失效过程；收集并保护好失效零件，必要时对现场进行拍照。

(2)了解零件背景资料，了解零件设计、加工制造、装配及使用、维护等一系列历史资料，并收集与该零件失效相类似的相关资料。

(3)测试分析主要包括断口宏观分析、金相组织分析、电镜分析、成分分析、表面及内部质量分析、应力分析、力学分析及力学性能测试等。以上项目可根据需要选择。

(4)综合分析对以上调查材料、测试结果进行综合分析，判明失效原因（尤其是主要原因，是确定主要失效抗力指标的依据），提出改进措施并在实践中检验效果。

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