第11章零件失效与选材北大.ppt
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1、挑战者号爆炸事故 55亿,1986年1月28日,“挑战者”号航天飞机在升空后73秒之后发生爆炸坠毁,起因只是由于一个小密封圈出现故障,造成液态氢泄漏,最终引发大爆炸 该航天飞机的造价为45亿美元,另外在1986至1987年间用于事故调查、错误纠正、损失装置更换的费用也花费了10亿美元,某国炮弹试射的炸膛事故,引例 产品失效的后果是引发事故,甚至重大或灾难性的事故,造成生命财产的巨大损失。 美国挑战者号航天飞机第10次飞行故障。航天飞机起飞1分钟后爆炸,这次爆炸使航天飞机顷刻之间化为灰烬,机毁人亡,7名宇航员全部遇难。事故原因是右侧固体火箭助推器尾部连接处的密封垫圈失效。,“挑战者”号航天飞机,
2、1986年1月28日失事,1979年9月7日我国某电化厂氯气车间的液氯瓶爆炸,使10t氯液外溢扩散,波及范围达7.35平方公里,致使59人死亡,779人中毒,直接损失达63万元。 1972年10月,一辆由齐齐哈尔开往富拉尔基的公共客车,行使至嫩江大桥时因过小坑受到震动,前轴突然折断,致使客车坠入江中,造成28人死亡。,机械产品失效分析是一门新的跨学科的综合性技术。它研究失效的形式、机理,并提出预测和预防失效的措施。 失效分析涉及学科领域广:机械设计,工艺学,材料学,无损检测,工程力学,断口学,断裂力学,腐蚀化学,摩擦学,质量管理等等。 掌握各种工程材料的特性,正确地选择和使用材料是从事机械设计
3、与制造的工程技术人员的基本要求,因为选材是否合理直接关系到产品质量和经济效益。大量事实证明许多机器的重大质量事故也都来源于选材问题,因此掌握选材方法的要领,了解正确选材的过程是十分必要和有实际意义的。随着科学技术的发展,选材工作正向科学化和规范化发展。,1111失效概念,工件丧失规定的功能即称为失效(Failure)。零件在使用过程中如果发生下述三种情况中的任何一种,即认为该零件已失效。 1完全损伤而不能工作; 2虽然能工作但不能满意地起到预定的作用; 3损伤不严重但继续工作不安全。,分析失效原因,提出预防措施,使工件正常安全运行,是每一个工程设计人员的重大责任。 分析零件的失效,一般要弄清楚
4、以下问题:用的是什么材料?它的主要力学性能是什么?失效是在什么条件下产生的?零件工作了多长时间?零件在工作中起什么作用?性能有哪些变化?失效的形式和失效原因是什么?,1112 失效形式,零件失效的具体形式是多种多样的,例如有弹性变形、塑性变形、塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、表面腐蚀、表面磨损等。但归纳起来,一般机器零件常见的失效形式主要有以下三种: 1过量变形 2断裂 3表面损伤,1过量变形,即在外力作用下发生整体或局部的过量的弹性变形、塑性变形或高温蠕变等。在机器结构中,有时需要专门选用弹性模量小、弹性极限高有较大弹性的材料,如用弹簧钢、铍青铜等来制造弹性零件,但是大多数情况要限制过量弹性变
5、形,要求有足够的刚度。如镗床的镗杆,弹性变形大就不能保证精度。飞机上的一些零件,过量弹性变形甚至导致整个结构丧失稳定。 过量的塑性变形是机械零件失效的重要方式,轻则使机器工作情况变坏,重则使它不能继续运行,甚至破坏。如齿轮的塑性变形会使啮合不良,甚至卡死、断齿。 在恒定载荷和高温下,蠕变一般是不可避免的,通常是以金属在一定温度和应力下,经过一定时间所引起的变形量来衡量。 过量变形失效的特点是非突发性失效,一般不会造成灾难性事故。但塑性变形失效和蠕变变形失效有时也可造成灾难性事故,应引起充分重视。,2断裂,(1)塑性断裂失效 其特点是断裂前有一定程度的塑料变形,一般是非灾难性的。 (2)脆性断裂
6、失效 断裂前无明显的塑性变形,它是突发性的断裂。 (3)疲劳断裂 疲劳的最终断裂是瞬时的,因此它的危害性较大,甚至会造成机毁人亡的重大损失。工程上疲劳断裂占大多数,约占失效总数的80以上。 (4)蠕变断裂失效 在高温缓慢变形过程中发生的断裂属于蠕变断裂失效。最终的断裂也是瞬时的。在工程中常见的多属于高温低应力的沿晶蠕变断裂。 断裂是金属材料最严重的失效形式,特别是在没有明显塑性变形的情况下突然发生的脆性断裂,往往会造成灾难性的事故。,3表面损伤,包括过量磨损、腐蚀破裂、疲劳麻坑等。机器零件磨损过量后,运转就会恶化,甚至报废。有关资料介绍,70%的机器是由过量磨损而失效的。磨损不仅消耗材料,损坏
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