应对失效形式的有效对策

机器零件及工程结构的失效形式主要有以下4种。

（1）过量变形失效

1）过量弹性变形失效

金属零件或构件在外力作用下总要发生弹性变形，在大多数情况下要对变形量加以限制，这就是零件设计时要考虑的刚度问题。零件的刚度取决于材料的弹性模量和零件的截面尺寸与形状。陶瓷材料和金属材料的弹性模量远大于高分子材料。但是，如果对零件或构件要求很高的刚度时，则主要靠增加截面尺寸和改变截面形状来增加刚度。

2）塑性变形失效

它主要由零件的实际工作能力超过材料的屈服强度引起的。冷镦冲头工作端部墩粗、紧固螺栓在预紧力和工作应力作用下的塑性伸长等都是塑性变形失效。选用高强度材料，采用强化工艺，加大零件的截面尺寸，降低应力水平等都是解决塑性变形失效的途径。

3）过量蠕变失效

它是指零件或构件在高温、长时间力的作用下产生的缓慢塑性变形失效。通过热处理、合金化（如热强钢、高温合金）及复合增强等途径可提高零件的高温抗蠕变能力。

（2）断裂失效

断裂是零件最危险的失效形式，特别是在没有明显塑性变形的情况下的脆性断裂，可能会造成灾难性的后果，必须予以充分重视。

1）韧性断裂

零件所受应力大于断裂强度，断裂前有明显的塑性变形和失效称之为韧性断裂。其主要发生于韧性较好的材料产品中，此时断裂进行较缓慢，需要消耗较多的变形能量。板料拉伸断裂、拉伸试样出现缩颈的断裂都属于韧性断裂。只要把零件所受应力控制在许用应力范围内，就可以有效地防止这类断裂。(www.xing528.com)

2）低应力断裂

构件所受名义应力低于断裂韧性，在无明显塑性变形的情况下产生的突然断裂称为低应力脆断。低应力脆断最为危险，多发生在焊接结构或某些大截面零件中。此时构件或工作于低温环境，或受冲击载荷，或存在冶金、焊接缺陷，或有突出的应力集中源等。主要从提高材料的断裂韧性、保证零件加工质量、减少应力集中源等方面来预防这类断裂。

3）疲劳断裂

疲劳断裂是在零件承受交变载荷，且在负荷循环了一定的周次之后出现的断裂。一般而言，疲劳断裂前没有塑性变形的征兆，此时出现的疲劳断裂有很大的危险性。在齿轮、弹簧、轴、模具等零件中常见到这种失效。疲劳断裂多起源于零件表面的缺口或应力集中部位，在交变应力作用下，经过裂纹萌生、扩展直至剩余截面积不能承受外加载荷的作用而发生突然的快速断裂。为了提高零件抵抗疲劳断裂的能力，应选择高强度和较好的韧性的材料，在零件结构上避免或减少应力集中，降低表面粗糙度，采用表面强化工艺等。

（3）表面损伤失效

1）磨损失效

当相互接触的两个零件相对运动时，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐渐脱落，使表面状态和尺寸改变而引起的失效称为磨损失效。提高材料硬度，降低表面粗糙度可以减少磨损。

2）接触疲劳失效

两个零件作相对滚动或周期性的接触，由于压应力或接触应力的反复作用所引起的表面疲劳破坏现象称为接触疲劳失效。其特征是在零件表面形成深浅不同的麻点剥落。齿轮、滚动轴承、冷镦模、凿岩机活塞等常出现这种失效。提高材料的冶金质量，降低接触表面粗糙度，提高接触精度，以及硬度适中，都是提高接触疲劳抗力的有效途径。

3）腐蚀失效

金属零件或构件的表面在介质中发生化学或电化学作用而逐渐损坏的现象称为腐蚀失效。选择抗腐蚀性强的材料（如不锈钢、有色金属、工程塑料），对金属零件进行防护处理，采取电化学保护措施，改善环境介质，是目前常用的对付腐蚀的方法。