破坏以及应力腐蚀破裂等。 断裂是指零件在工作过程中完全断裂，使机器无法工作的现象。
断裂的方式有：过量塑性变形后的韧性断裂、低应力作用下的 脆性断裂和交变应力作用下的疲劳断裂等。
断裂是最危险的一种失效形式，应认真考虑如何防止断裂事故 的发生。
提高构件疲劳寿命的措施:（见下页）
§11.1.3 失效原因
④ 相变强化
④ 相变强化 通过热处理使材料产生贝氏体相变、马氏体相变来强化。
2．提高材料韧化的途径
① 细化晶粒 细化晶粒，不仅提高强度，而且也能提高材料的韧性。
② 形变热处理 方法是将形变强化（锻、轧等）与热处理强化结合起来，提
高材料的综合力学性能。 ③ 低碳马氏体强韧化
§11.1.4 失效分析
1．提高材料强度的几个途径
① 固溶强化 当二种或二种以上元素形成合金时，溶质原子溶入溶剂的晶格
中，使晶格产生很大畸变，从而产生强度升高的现象。大多数材料 都不同程度地利用了固溶强化。
② 加工硬化 实质是金属塑性变形时的位错强化。典型的例子如弹簧钢丝的
冷拔、零件表面的喷丸处理等。
③ 细化组织强化
也称为晶界强化或细晶强化。金属晶粒越小，其强度越大， 韧性和塑性越好。是提高材料性能的最好手段之一。
选材的首要任务是准确判断零件所要求的使用性能，然后再确 定所选材料应具备的主要性能指标及具体数值并进行选材。
一）使用性能原则
1．分析零件的工作条件，确定使用性能
工作条件是指： ① 零件的受力情况，如载荷形式、载荷性质、摩擦状况等； ② 环境状况，如工作温度、介质等； ③ 特殊要求，如导热性、导电性、导磁性等。
相对价格
1
1.25 1.3～1.5
1.7 1.7～2.5
1.6 3～4 ～1.4 ～1.8 2～2.2 2.5～3 8～10
2．材料的加工费用
一般占零件成本的30%左右。各种热处理方法的相对加工费用 如下表所示。
常用热处理方法的相对加工费
热处理方法
相对加工费用
退火（电炉）
1
球化退火
1.8
正火（电炉）
如重要齿轮，应把疲劳强度、抗弯强度、接触疲劳抗力、硬度 作为主要性能指标。
2．进行失效分析，确定使用性能
即要找出产生失效的主导因素，为较准确地确定零件主要性能 提供实践的可靠依据。（失效分析过程图）
3．从零件使用性能要求提出对材料性能的要求
① 通过分析、计算，按数值从手册的材料性能数据大致使用性 能中进行选材；
用设计计算方法评估预选择材料的能力
结构尺寸合理性 在应力状态下变形和抗断裂能力 材料耐用性
三）经济性原则
在满足使用性能和工艺性能的前提下，选材时要注意价格便宜、 成本低廉，还要注意加工费用。
1．材料的价格 约占零件成本的30%～70%。我国常用金属材料的相对价格如
下表所示。
我国常用金属材料的相对价格
材料 普通碳素结构钢 普通低合金结构钢 优质碳素结构钢 易切削钢 合金结构钢（Cr-Ni除外） 碳素工具钢 低合金工具钢 灰铸铁件 球墨铸铁件 可锻铸铁件 碳素铸钢件 铸铝合金、铜合金
服役条件 查阅相关原始资料
现场调查
失效特征
失效部位取样分析
原始资料的正确性 制造过程的执行情况
材料成分
综合分析
冷热加工质量
正在使用和库存件的解决方案
解决方案 台架试验 使用考验
新生产件的解决方案
§11.2 机械零件选材的一般原则
§11.2.1 选材的一般原则
一般原则是首先保证使用性能，同时兼顾工艺性和经济性。
在实际使用中主要和次要的失效抗力指标,以此作为选材的依据。 ③审核所选材料的生产经济性（包括热处理工艺成本等）。
④试验、投产。 （可用程序图表示如下）
选材的程序图
工作条件分析
载荷条件及 周围介质特性
几何形状及 结构要求
使用要求（可靠性 耐用性等）
材料工艺性
材料主要抗力指标 技术条件制定
材料经济性
材料的预选择
③蠕变 材料在恒力作用下，产生塑性变形。
2.磨损失效
为过量的磨损、表面龟裂、麻点剥落等零件的表面损伤。
零件在磨擦过程中其表面损坏造成机器无法工作或失去精度的现 象称为表面损伤失效。表面磨损为主要形式。
表面磨损可分为:咬合磨损（粘着磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损、 疲劳磨损等。
3.断裂失效 包括在静载荷、交变载荷、冲击载荷作用下引起零件断裂、疲劳
1
渗碳淬火—回火
6
渗氮
～38
液体氮碳共渗
10
调质
2.5
四）环保性、资源优化原则
零件的失效与选材
§11.2.2 选材的程序（一般步骤）：
零件材料的合理选择按照以下步骤进行： ①在分析零件的服役条件、形状尺寸与应力状态后, 根据力学
计算提出抗力指标并确定技术条件。 ②通过分析或试验，结合同类零件失效分析的结果，找出零件
设计
加工
计算错误 结构外形不合理
冷加工缺陷
铸锻造缺陷
工作条件估计错误
焊接缺陷
热处理缺陷 零
件
失
选材不当
过载使用维护不良 腐蚀
效
材质低劣
安装不良 高温蠕变
操作失误 低温脆性
材料
安装使用维护环境
二）提高材料性能的途径
机械设计和机器制造者所遇到的大多数问题是材料的强化和选 用问题。为防止零件过早效，应通过各种途径来提高材料的性能。
§11.1.2 失效的形式
1.变形失效
表现为过度的弹性或塑性变形（整体或局部的）、蠕变等。
①零件过量的弹性变形 有些零件若发生过量的弹性变形也会造 成机器实效。如机床主轴、镗床的镗杆、机床的导轨等。
②零件过量的塑性变形 由于偶然的过载和材料抵抗塑性变形的 能力不够，零件 会产生塑性变形。过量的塑性变形也会导致机器实 效。如精密机床丝杠，产生塑性变形后而使机床精度下降。
② 对高温和腐蚀介质中工作的零件，应要求有良好的抗氧化性 和耐蚀性；
③ 对有特殊性能要求的零件，应依据材料的物理性能和化学性 能选材。
二）工艺性原则 工艺性主要指： ① 铸造性能 包括流动性、收缩性、偏析和吸气性等； ② 压力加工性能 包括冷加工性能和热加工性能； ③ 焊接性能 ④ 切削加工性能 ⑤ 热处理工艺性能
零件的失效与选材
§11 机械零件的选材与工艺分析
§11.1 机械零件的失效分析
§11.1.1 概述
机械零件由于种种原因丧失其规定功能的现象，称为失效。 在以下情况下都认为零件已经失效：
①零件可工作但不能完成指定的功能； ②零件有损伤而不能继续完全使用； ③零件完全不能工作。
达到预定寿命的失效称为。远低于预定寿命的不正常失效称为 早期失效。