如何减少机器零部件断裂失效？

断裂失效是最危险的失效形式之一,大多数金属零件由于冶金和零件加工中的种种原因,都带有从原子位错到肉眼可见的宏观裂纹等大小不同、性质不同的裂纹。 但是,有裂纹的零件不一定立即就断,这中间要经历一段裂纹亚临界扩展的时间,并且在一定条件下,裂纹也可以不扩展。 因此,如果能够采取有效措施就可以做到有裂纹的零件也不发生断裂。 减少断裂失效的措施,可从以下三个方面考虑:

(1）优化零件形状结构设计,合理选择零件材料

零件的几何形状不连续和材料中的不连续均会产生应力集中现象。 几何形状不连续通常称为缺口,如肩台圆角、沟槽、油孔、键槽、螺纹以及加工刀痕等。 材料中的不连续通常称为材料缺陷,如缩松、缩孔、非金属夹杂物和焊接缺陷等。 这些有应力集中发生的部位在循环载荷或冲击载荷的作用下,极易产生裂纹,并使其扩展最终发生断裂。 因此,在零件结构设计中,要注意减少应力集中部位,综合考虑零件的工作环境(如介质、温度、负载性等)对零件的影响,合理选择零件材料,以达到减少发生疲劳断裂的目的。

(2）合理选择零件加工方法

在各种机械加工以及焊接、热处理过程中,由于加工或处理过程中的塑性变形、热胀冷缩以及金相组织转变等原因,零件内部会留有残余应力。 残余应力分为两种,即残余拉应力和残余压应力。 残余拉应力对零件是有害的,而残余压应力则对零件疲劳寿命的延长是有益的。 因此,应考虑尽量多地采用渗碳、渗氮、喷丸、表面滚压加工等可产生残余压应力的工艺方法对零件进行加工,通过使零件表面产生残余压应力,抵消一部分由外载荷引起的拉应力。

(3）安装使用(www.xing528.com)

安全使用中必须注意以下四点:

①要正确安装,防止产生附加应力与振动。 对重要零件,应防止碰伤、拉伤,因为每一个伤痕都可能成为一个断裂源。

②应注意保护设备的运行环境,防止腐蚀性介质的侵蚀,防止零件各部分温差过大。

③要防止设备过载,严格遵守设备操作规程。

④要对有裂纹的零件及时采取补救措施。 例如,对不重要零件上的裂纹,可钻止裂孔或附加强筋板,防止和延缓其扩展;紧固件处周围的裂纹,可采取“去皮处理”的方法,即铰削紧固孔,将孔周围所有的裂纹部分全部去掉,再换用较大的紧固件,消除裂纹缺陷。