當機械零件喪失它應有的功能后,則稱該零件失效。造成失效的原因有很多,如斷裂、變形、表面磨損等。所謂失效，主要指零件由于某種原因，導致其尺寸、形狀或材料的組織與性能的變化而喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。為幫助大家深入了解，本文將對零件失效分析的相關知識予以匯總。如果您對本文即將要涉及的內容感興趣的話，那就繼續(xù)往下閱讀吧。

機械零件的失效，一般包括以下幾種情況。

(1)零件完全破壞，不能繼續(xù)工作。

(2)雖然仍能安全工作，但不能滿意地起到預期的作用。

(3)零件嚴重損傷，繼續(xù)工作不安全。

1.零件的失效形式

根據(jù)零件損壞的特點，可將失效形式分為3種基本類型：變形、斷裂和表面損傷。

1)變形失效與選材

變形失效有兩種情況，彈性變形失效與塑性變形失效。

(1)彈性變形失效。彈性變形失效是指由于發(fā)生過大的彈性變形而造成零件的失效。 例如，電動機轉子軸的剛度不足，發(fā)生過大的彈性變形，結果轉子與定子相撞，最后主軸撞彎，甚至折斷。

彈性變形的大小取決于零件的幾何尺寸及材料的彈性模董。金剛石與陶瓷的彈性模量最髙，其次是難熔金屬、鋼鐵，有色金屬則較低，有機高分子材料的彈性模量最低。因此，作為結構件，從剛度及經濟角度來看，選擇鋼鐵是比較合適。

(2)塑性變形失效。塑性變形失效是指零件由于發(fā)生過量塑性變形而失效。塑性變形失效是零件中的工作應力超過材料的屈服強度的結果。塑性變形是一種永久變形，可在零件的形狀和尺寸上表現(xiàn)出來。在給定載荷條件下，塑性變形發(fā)生與否，取決于零件幾何尺寸及材料的屈服強度。

一般陶瓷材料的屈服強度很髙，但脆性非常大。進行拉伸試驗時，在遠未達到屈服應力時就發(fā)生脆斷，強度高的特點發(fā)揮不出來。因此，不能用來制造高強度結構件。有機高分子材料的強度很低，最髙強度的塑料也不超過鑰合金。因此，目前用作高強度結構的主要材料還是鋼鐵。

2)斷裂失效

斷裂失效是機械零件的主要失效形式。根據(jù)斷裂的性質和斷裂的原因，可分為以下4種。

(1)塑性斷裂。塑性斷裂是指零件在受到外載荷作用時，某一截面上的應力超過了料的屈服強度，產生很大的塑性變形后發(fā)生的斷裂。如低碳鋼光滑試樣拉伸試驗時。由于斷裂前已經發(fā)生了大量的塑性變形而進人了失效狀態(tài)，故只能使零件不能工作，但不會造成較大的危險。

(2)脆性斷裂。脆性斷裂發(fā)生時，事先不產生明顯的塑性變形，承受的工作應力通常遠低于材料的屈服強度，所以又稱為低應力脆斷，這種斷裂經常發(fā)生在有尖銳缺口或裂紋的零件中，另外，零件結構中的棱角、臺階、溝槽及拐角等結構突變處也易發(fā)生，特別是在低溫或沖擊載荷作用的情況下，更易發(fā)生脆性斷裂。

(3)疲勞斷裂。在低于材料屈服強度的交變應力反復作用下發(fā)生的斷裂稱為疲勞斷裂。因疲勞而最終斷裂是瞬時的，因此危害性較大，常在齒輪、彈簧、軸、模具、葉片零件中發(fā)生。疲勞斷裂是一種危害極大，而且是一種常見的失效形式，據(jù)統(tǒng)計，承受交變 應力的零件，80%~90%以上的損壞是由于疲勞引起的。采用各種強化方法提高材料的強 度，尤其是表面強度，在表面形成殘余壓應力，可使疲勞強度顯著提高。此外，減少零件上各種能引起應力集中的缺陷、刀痕、尖角、截面突變等，均可提高零件的抗疲勞能力。

(4)蠕變斷裂。蠕變斷裂即在應力不變的情況下，變形量隨時間的延長而增加，最后由于變形過大或斷裂而導致的失效。如架空的聚氣乙烯電線管在電線和自重的作用下發(fā)生的緩慢的撓曲變形，就是典型的材料蠕變現(xiàn)象。金屬材料一般在高溫下才產生明顯的蠕變，而高聚物在常溫下受載就會產生顯著的蠕變，當蠕變變形量超過一定范圍時，零件內部就會產生裂紋而很快斷裂。

3)表面損傷

零件在工作過程中，由于機械和化學的作用，使工件表面及表面附近的材料受到嚴重損傷導致失效，稱為表面損傷失效。表面損傷失效大體上分為3類：磨損失效、表面疲勞失效和腐蝕失效。

(1)磨損失效。在機械力的作用下，產生相對運動(滑動、滾動等）而使接觸表面的材料以磨屑的形式逐漸磨耗，使零件的形狀、尺寸發(fā)生變化而失效，稱為磨損失效。零件磨損后，會使其精度下降或喪失，甚至無法正常運轉。材料抵抗磨損的能力稱為耐磨性，單位時間的磨損量表示。磨損量愈小，耐磨性愈好。

磨損主要有磨粒磨損和黏著(膠合)磨損兩種類型。

①磨粒磨損。磨粒磨損是在零件表面遭受摩擦時，有硬質顆粒嵌人材料表面，形成許多切屑溝槽而造成的磨損。這種磨損常發(fā)生在農業(yè)機械、礦山機械以及車輛、機床等機械運行時因嵌人硬屑（硬質顆粒)而磨損等情況中。

②黏著磨損。黏著磨損又稱膠合磨損，是相對運動的摩擦表面之間在摩擦過程中發(fā)生局部焊合或黏著，在分離時黏著處將小塊材料撕裂，形成磨屑而造成的磨損?這種磨損在所有的摩擦副中均會產生，例如蝸輪與蝸桿、內燃機的活塞環(huán)和缸套、軸瓦與軸頸等。

為了減少黏著磨損，所選材料應當與所配合的摩擦副為不同性質的材料，而且摩擦系數(shù)應盡可能的小，最好具有自潤滑能力或有利于保存潤滑劑。例如，近年來在不少設備上已采用尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯、粉末冶金材料制造軸承、軸套等。

(2)表面疲勞。相互接觸的兩個運動表面(特別是滾動接觸)在工作過程中承受交變接觸應力的作用，使表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落，造成零件失效稱為表面疲勞失效。為了提高材料的表面疲勞抗力，材料應具有足夠高的硬度，同時具有一定的塑性和韌性；材料應盡童少含夾雜物，材料要進行表面強化處理，強化層的深度足夠大，以免在強壓層下的基體內形成小裂紋，使強化層大塊剝落。

(3)腐蝕失效。由于化學和電化學腐蝕的作用使表面損傷而造成的零件失效稱為腐蝕失效。腐蝕失效除與材料的成分、組織有關外，還與周圍介質有很大關系，應根據(jù)介質的成分性質選材。

2.零件失效的原因

零件到底會發(fā)生哪種形式的失效，這與很多因素有關。概括起來，失效的原因有以下4個方面。

1)零件設計

零件的結構、形狀、尺寸設計不合理最容易引起失效。如鍵槽、孔或截面變化較劇烈的尖角處或尖銳缺U處容易產生應力集中，出現(xiàn)裂紋。其次是對零件在工作中的受力情況判斷有誤，設計時安全系數(shù)過小或對環(huán)境的變化情況估計不足造成零件實際承載能力降低等均屬設計不合理。

2)選材

選材不合理即選用的材料性能不能滿足工作條件要求，或者所選材料名義性能指標不能反映材料對實際失效形式的抗力。所用材料的化學成分與組織不合理、質量差也會造成零件的失效，如含有過多的夾雜物和雜質元素等缺陷。因此原材料進行嚴格檢驗是避免零件失效的重要步驟。

3)加工工藝

零件在加工和成形過程中，因采用的工藝方法、工藝參數(shù)不合理，操作不正確等會造成失效。如熱成形過程中溫度過高所產生的過熱、過燒、氧化、脫碳；熱處理過程中工藝參數(shù)不合理造成的變形和裂紋、組織缺陷及由于淬火應力不均勻導致零件的棱角、臺階等處產生拉應力。

4)安裝及使用

機器在安裝過程中，配合過緊、過松、對中不良、固定不牢或重心不穩(wěn)、密封性差以裝配擰緊時用力過大或過小等，均易導致零件過早失效。在超速、過載，潤滑條件不良的情況下工作，工作環(huán)境中有腐蝕性物質及維修、保養(yǎng)不及時或不善等均會造成零件過早失效。

3.失效分析的步驟、方法

對失效零件進行失效分析的基本步驟和方法如下：

(1)現(xiàn)場勘察察看零件失效的部位、形式，弄清零件工作條件，操作情況和失效過程；收集并保護好失效零件，必要時對現(xiàn)場進行拍照。

(2)了解零件背景資料，了解零件設計、加工制造、裝配及使用、維護等一系列歷史資料，并收集與該零件失效相類似的相關資料。

(3)測試分析主要包括斷口宏觀分析、金相組織分析、電鏡分析、成分分析、表面及內部質量分析、應力分析、力學分析及力學性能測試等。以上項目可根據(jù)需要選擇。

(4)綜合分析對以上調查材料、測試結果進行綜合分析，判明失效原因（尤其是主要原因，是確定主要失效抗力指標的依據(jù)），提出改進措施并在實踐中檢驗效果。

以上便是此次創(chuàng)芯檢測帶來的“零件失效分析”相關內容，希望能對大家有所幫助，我們將于后期帶來更多精彩內容。公司檢測服務范圍涵蓋：電子元器件測試驗證、IC真假鑒別，產品設計選料、失效分析，功能檢測、工廠來料檢驗以及編帶等多種測試項目。歡迎致電創(chuàng)芯檢測，我們將竭誠為您服務。