王敏

[摘 要] 引起机械设备故障的原因有内因和外因。机械设备本身的缺陷属于内因。环境因素和时间因素同时对机械设备的影响属于外因，这种影响可能是诱发因素，也可能是扩大因素，波及其他零件或设备发生故障。如果弄清了局部发生的异常和波及机理，并加以监测和控制，就可避免故障向其他层次扩展。

[关 键 词] 零件断裂；断裂类型；断口形貌；断口分析；对策

[中图分类号] TH13 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）07-0146-01

零件断裂是机械故障中的一个重要原因，在各种受力环境不同的情况下，金属零件局部断裂缝隙发展到一定的裂缝极限尺寸时，所承受的外力超过其强度极限而完全断裂。与其他零件失效形式如磨损、形变相比，零件完全断裂的几率很小，但零件的断裂除了机器不能正常工作外，还会发生非常严重的机械事故，甚至危及人身安全。

一、断裂的类型

零件的断裂可以从不同的角度出发进行分类，下面介绍两种不同的分类方法。

（一）按宏观形态分类

零件断裂可分为韧性断裂和脆性断裂。在外加载荷作用下，零件最先发生的变形是弹性变形，当外力逐渐增加甚至超出發生弹性变形的力时，这时零件会发生不能复原的塑性变形，如果外力继续增加，零件内部应力超过其强度极限时则发生韧性断裂；当载荷所引起的应力还没达到材料的弹性极限或屈服点时，零件此时发生的断裂为脆性断裂，其表现是之前没有发生明显的塑性变形，断裂的发生是突然产生的，没有任何预兆。

（二）按零件载荷性质分类

零件断裂可分为一次加载断裂和疲勞断裂。所谓一次加载断裂是指零件在一次静载荷（或一次冲击载荷）作用下而发生零件断裂；所谓疲劳断裂是指零件在运行中经过反复多次的外力作用后，其频数达到零件寿命极限时发生的零件断裂，零件在使用过程中约有60%～80%发生疲劳断裂。

二、几种断口形貌

断口的结构与外貌直接记录了断裂的原因、过程和断裂瞬间各方面的发展情况，是断裂原因分析的原始资料。下面是几种断口的形貌的表现形式。

（一）杯锥状断口

断裂前伴随大量大塑性变形的断口，其底部裂纹不规则地穿过晶粒，因而呈灰暗色的纤维状或鹅绒状，边缘有剪切唇，断口附近有明显的塑性变形。

（二）脆性断裂断口

其断口平齐光亮，其上常有人字纹或放射花样，断口附近截面的收缩很小，一般不超过3%。

（三）疲劳断裂断口

经过反复应力作用发生零件疲劳断裂后，在断裂处表面会形成较明显的三个区域：在最里层的是疲劳核心区、中间层的是疲劳裂纹扩展区和最外层的瞬时破断区。疲劳核心区是零件开始产生断裂的主要起源区域，一般总是发生在零件的表面。疲劳裂纹扩展区最明显的特征是常呈现宏观的疲劳弧带和微观的疲劳纹。瞬时破断区是零件最后发生断裂的地方。

三、断口分析及对策

在机械故障中，通过对零件断裂破坏形貌的断口分析，可以准确推断零件断裂的类别和性质，通过对零件断口的分析，可以找出零件被破坏的原因，做到防止断裂事故的预防，减少机械故障的发生。在实际发生的机械故障中，零件断裂的原因是非常复杂的，因此断裂零件的断口分析的方法也要根据零件实际工作环境来选取多种不同的方法进行分析。

（一）实际破裂情况的现场调查

零件发生断列后，首先是不要破坏现场，要对现场进行保护，对于断裂的零件碎片，还要防止其被污染、发生氧化和被周围化学物腐蚀。不允许对断面进行清洗，要先查清断口的特征和照相记录。另外，还要详细调查零件的工作条件、运转情况以及周围环境等。

（二）断口的宏观分析

通过对零件断口表征的宏观分析，可以判断其断裂特征形式（如韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、一次加载断裂），确认断裂性质和断裂原因，结合受力状态、断口变形方向，采取相应的预防措施。如判断是疲劳断裂，则应增加零件的疲劳强度，如是一次加载断裂，则要提高零件的强度等。

（三）断口的微观分析

当零件发生断裂时，要观察断口的形貌，也可以用电子显微镜对其进行微观观察，观察微观断裂区域的变化过程，再进行分析，找出其断裂断口与零件金相组织的关系，初步断定裂纹产生的原因。

（四）检验零件的金相组织、化学成分、力学性能

通过对零件的金相组织进行检验，可以找出零件材料的金相组织结构是否符合国家标准要求，也可以找出零件的金相组织是否存在宏观和微观的缺陷，找出裂纹的分布和走向。通过对零件材料的化学成分的检验，可以知道各种元素的含量，可以得到材料中杂质含量的相关数据，了解微量元素的含量情况是否符合零件材料的要求等。力学性能检验主要是检验金属材料的机械力学性能（塑性、强度、硬度、韧性、疲劳强度和断裂韧性）与常规数据相比是否符合要求。

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现代职业教育·高职高专2017年3期