機械零件的失效形式及原因

機械零件的失效是指零件在使用過程中，零件部分或完全喪失了設計功能。零件完全被破壞不能繼續工作；或零件已嚴重損壞，若繼續工作將失去安全；或雖能安全工作，但已失去設計精度等現象都屬于失效。為了預防零件失效，需對零件進行失效分析，即通過判斷零件失效形式、確定零件失效機理和原因，有針對性地進行選材、確定合理的加工路線，提出預防失效的措施。

1、機械零件失效形式

機械零件常見的失效方式可以分為三種類型：過量變形失效、斷裂失效和表面損傷失效。

（1）過量變形失效：零件因變形量過大超過允許范圍而造成的失效。它主要包括過量彈性變形、塑性變形和高溫下發生的蠕變等失效形式。

（2）斷裂失效：因零件承載過大或疲勞損傷等原因而導致分離為互不相連的兩個或兩個以上部分的現象。斷裂是最嚴重的失效形式，它包括韌性斷裂失效、低溫脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效、蠕變斷裂失效和環境破斷失效等幾種形式。

（3）表面損傷失效：零件工作時由于表面的相對摩擦或受到環境介質的腐蝕在零件表面造成損傷或尺寸變化而引起的失效。它主要包括表面磨損失效、腐蝕失效、表面疲勞失效等形式。

需要指出，同一種機械零件在工作中往往不只是一種失效方式起作用。但是，一般造成零件失效時總是一種方式起主導作用。失效分析的核心問題就是要找出主要的失效方式。

2、機械零件失效的原因

引起機械零件失效的因素很多且較為復雜，涉及零件的結構設計、材料選擇、材料的加工制造、產品的裝配及使用保養等多個方面。

（1）設計不合理：主要是指零件結構和形狀不正確或不合理，如零件存在缺口、小圓弧轉角、不同形狀過渡區等。另一方面是指對零件的工作條件、過載情況估計不足，造成零件實際工作能力不足，致使零件早期失效。

（2）選材不合理：設計中對零件失效的形式判斷錯誤，所選的材料性能不能滿足工作條件需要；選材所依據的性能指標不能反映材料對實際失效形式的抗力，選擇了錯誤的材料；所選用的材料質量太差，成分或性能不合格導致不能滿足設計要求等都屬于選材不合理。

（3）加工工藝不合理：零件的加工工藝不當，可能會產生各種缺陷，導致零件在使用過程中較早地失效。如熱加工過程中出現過熱、過燒和帶狀組織；熱處理過程中出現脫碳、變形、開裂；冷加工過程出現較深的刀痕、磨削裂紋等。

（4）安裝使用不當：裝配和安裝過程不符合技術要求，如安裝時配合過緊、過松，對中不準，固定不穩等都可能導致零件不能正常工作或過早出現失效；此外，使用過程中違章操作、超載、超速、不按時維修和保養等也會造成零件過早出現失效。