金属零部件失效分析基础.pdf

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书籍描述

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《金属零部件失效分析基础》可作为高等院校材料科学与工程、机械设计与制造等专业学生失效分析课程的教材,可作为其他专业学生学习或自学失效分析技术的教材及参考书。同时可供从事金属材料研究、金属零部件设计与制备及对金属零部件进行失效分析的工程技术人员参考使用。

目录
第1章绪论
1.1失效出现的宏观原因
1.2失效分析的基本方法
1.2.1常规分析方法
1.2.2系统分析方法
1.3失效分析的主要目的与值得注意的两种倾向
1.4失效分析的进展
习题
参考文献
第2章失效分析基础与基本技能
2.1金属材料典型力学性能试验条件下的应力分布与断裂过程
2.1.1拉伸试验金属材料应力分布断裂特征
2.1.2弯曲试验金属材料应力分布与断裂特征
2.1.3扭转过载试验金属材料应力分布与断裂特征
2.1.4剪切过载试验金属材料应力分布与断裂特征
2.1.5冲击试验金属材料断裂过程
2.1.6交变载荷应力分布特点与断裂过程
2.1.7实际零部件疲劳强度影响因素
2.2应力集中与三向应力
2.3残余应力产生原理与分析方法
2.3.1钢在热处理过程中的残余应力
2.3.2经过表面技术处理后残余应力分布
2.3.3铸造残余应力
2.3.4焊接残余应力
2.4断口宏观形貌分析方法
2.4.1宏观断口分析目的与意义
2.4.2裂纹源与裂纹扩展方向确定方法
2.4.3圆柱形与片状样品拉伸过载断裂断口分析
2.4.4圆柱样品扭转过载断裂断口分析
2.4.5弯曲过载断裂断口
2.4.6剪切过载断裂断口
2.4.7冲击过载断裂断口
2.5断口微观形貌分析方法
2.5.1分析目的
2.5.2扫描电镜( SEM)成像原理与典型用途
2.5.3典型断口微观形貌
2.6 断口宏观形貌与断口微观形貌间关系
2.6.1韧性材料拉伸断裂宏观与微观断口
2.6.2脆性材料拉伸断裂宏观与微观断口
2.6.3韧性材料扭转断裂宏观与微观断口
2.6.4冲击断裂宏观与微观断口
2.6.5弯曲载荷作用下断裂断口宏观形貌与微观形貌
2.6.6剪切断裂宏观断口形貌与微观断口形貌
2.7金相组织分析方法
2.7.1分析目的
2.7.2阿贝原理
2.7.3利用阿贝原理分析金相组织
习题
参考文献
第3章疲劳失效
3.1 疲劳断口形成过程与形貌分析
3.1.1疲劳断口形成与断口宏观形貌特征
3.1.2宏观形貌对失效原因提供的信息
3.1.3疲劳断口微观形貌特征及对失效原因提供的信息
3.1.4疲劳断口宏观形貌与微观形貌间关系
3.2疲劳断口定量分析
3.2.1利用宏观断口进行定量分析
3.2.2利用微观断口形貌特征(疲劳条纹间距)进行定量分析
3.3疲劳图在疲劳失效分析中的应用
3.4利用材料表面技术提高疲劳强度
3.5疲劳断裂实际案例
案例1柴油机中盘簧断裂原因分析
案例2柴油机汽缸水套失效分析及对策
习题
参考文献
第4章磨损失效
4.1磨损与摩擦力
4.2磨损机理
4.2.1粘着磨损机理
4.2.2磨粒磨损机理
4.2.3氧化磨损
4.2.4微动损伤
4.3判断磨损机理的方法
4.4实际案例分析
案例1反击式破碎机锤头耐磨性偏低分析
习题一
参考文献
第5章失效分析案例
5.1柴油机“机破”事故分析
5.2铁路Ⅱ型弹条制造过程中裂纹分析
5.3压力容器罐体表面裂纹分析
5.4高速轧钢机用轧辊表面剥落原因分析
5.5镀金铍青铜导电弹簧断裂分析
5.6深层渗碳轴承套圈与滚子失效分析
5.7TDK空压机机破事故分析
习题
附录1应力集中系数图与表
附录2材料性能数据
附录3大型构件不同位置疲劳条纹照片

文摘
版权页:



插图:



2)裂纹形成与冶金缺陷无关
依据:钢的成分合格,如果出问题应该是冶金质量问题,如钢管存在疏松、偏析、白点等。但是根据厂家描述的钢瓶裂纹出现部位的规律是钢瓶缺陷均出现在外表面,且大部分均在距焊口一定位置的部位。不太可能所有冶金缺陷均有规律出现在在这样部位面。同时开裂严重的1084315炉号钢的化学成分及夹杂物与其他炉号的钢无明显区别。
3)裂纹与罐子结构及淬火介质的冷速有关
(1)罐子本身结构增加了裂纹形成几率。钢瓶制作公司进行热处理时,气瓶是单面淬火,造成冷却是从外表面向内表面单方向冷却。与一般的两端开口的气瓶比较,冷却速度大幅度降低。且罐子内部空气靠传热冷却,空气导热系数远低于钢,进一步降低冷速,相当于罐子壁厚大大增加。对于此成分的低合金钢棒材,淬火危险尺寸油冷时在25~40mm间,对于管材壁厚还要小于该尺寸范围。所以这种依靠外圆向内壁冷却的方式本身增加淬火裂纹的可能性。
(2)由于热应力为主的过渡型应力过大,超过材料断裂强度导致开裂。对裂纹的特征进行总结如下:裂纹起源于距表面0.8mm左右的内部区域,裂纹与罐体的轴线成60°~70°,裂纹附近的组织没有发现明显的异常,如存在夹杂物、脱碳层,碳化物聚集等。裂纹存在的区域约为20mm见方的区域,长度5~8mm,深度4~5mm,说明裂纹形成后向表面与内部同时扩展。
这些现象说明,在淬火过程中在距表面0.8mm处淬火合成应力过大,超过材料强度极限导致开裂。淬火合成应力有三种典型类型:一是组织应力型,二是热应力型,三是过渡型。造成开裂的应力为过渡型应力,并且热应力占主要部分。依据是:
①淬火组织应力造成纵向裂纹,且表面应力最大,所以裂纹应该在表面开裂并沿轴线扩展。但裂纹形貌观察试验结果是裂纹在距表面0.8mm内部区域形成,且基本倾向于横向裂纹。因此排除组织应力过大造成的开裂。如果是热应力造成开裂,起裂点应该在心部位置,并且裂纹应为横向。裂纹观察结果也不完全相符。
②过渡型应力是在组织应力与热应力综合作用下,最大应力位置向表面偏移,并且裂纹形成与轴线有一定夹角,这与试验结果吻合。在裂纹观察中(见图5 —20)还看到一些细小裂纹在内部开裂后向表面扩展,但是到表面附近就止裂了而没有裂穿。因为过渡型应力分布是拉应力分布在过渡区域一定范围,在心部及圆管内表面基本是压应力所以止裂。
③罐子由于单方向冷却,且内部空气难以冷却,可以近似看成是大尺寸工件冷却。厂方采用5 %介质淬火也说明这样问题。而大尺寸工件形成残余应力往往具有热应力型特点。

内容简介
《金属零部件失效分析基础》将疲劳断裂作为重点内容论述,并将近年来发展的关于疲劳断裂定量分析及疲劳图的应用内容尽作者所能介绍给读者。书中设计了不同类型的练习题,目的是帮助读者掌握失效分析技术的基础知识与基本技能。

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