失效就是指零件失去正常工作所具有的效能。零件的失效有达到预定寿命的正常失效，也有远低于预定寿命的早期失效。正常失效是比较安全的，而早期失效则会带来经济损失，甚至可能造成人身或设备事故，因此应尽量避免。

1.变形失效

在使用状态下，零部件在载荷作用下都要发生不同程度的变形，无论是弹性变形还是塑性变形，都会造成零部件尺寸和形状的改变，从而影响到零部件的正确使用位置，破坏零部件之间的相互配合关系，可能使零部件或机械设备不能正常工作。例如，车床主轴在工作过程中若发生过量的弹性变形，不仅会产生振动，造成被加工零件的质量严重下降，还会使轴与轴承的配合不良； 若电动机转子轴的弹性变形量过大，将会改变转子和定子之间的间隙。零部件过量的塑性变形，轻者会造成设备工作状况的恶化，重者会造成设备的破坏。又如，高压容器的紧固螺栓若发生过量塑性变形而伸长，就会使容器渗漏； 变速箱中齿轮的齿形由于受载荷后发生了塑性变形，齿形就不正确，轻者会造成啮合不良而发生振动和噪声，重者会造成卡齿或断齿甚至引起设备事故。

过量变形的原因主要是零部件材料的强度较低。造成金属材料强度较低的原因有很多，可能是设计结构不合理，可能是选用材料不当，可能是热处理工艺不当，也可能是零部件在使用过程中内部组织发生变化等，我们要根据具体情况进行分析。

2.断裂失效

断裂是机械零件失效的主要形式之一。根据零件断裂前变形量大小和断口形状，断裂可分为脆性断裂和韧性断裂两种。

引起材料发生断裂的原因极其复杂，或者是设计计算的承载力不足，或者是材料力学性能未达到预定要求，或者是短时过载。然而，在零部件实际承载比设计允许载荷小得多时，也会发生断裂现象。世界上发生过的多次重大断裂事故都是如此。例如，1943 年1 月，美国停泊在码头的一艘油轮突然断裂成两半，当时甲板的应力仅为70 MPa，远远低于船板钢的承载能力。

产生断裂的原因有很多，如金属材料内部组织的变化和微裂纹的扩展、疲劳内应力、蠕变等。实际上，金属零件的断裂并不是由某种单一因素造成的，往往是几种因素共同作用的结果，它涉及零件金属材料的成分、组织、加工制造和运行条件等一系列问题。

变形失效和断裂失效如图8 -1 所示。

图8-1　变形失效和断裂失效

（a） 变形失效； （b） 断裂失效

3.表面损伤失效

表面损伤失效是一种很复杂的现象，如图8 -2 所示，大致可以分为以下三类。

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图8-2　表面损伤失效

（a） 磨损失效； （b） 腐蚀失效； （c） 表面疲劳失效

1） 磨损失效

磨损失效主要是在机械力的作用下，接触表面相对运动，使材料以细屑形式逐渐磨钝的现象，如刀具变化及轴在滑动轴承的支承处轴颈尺寸减小等都是磨损现象。单位时间内材料的磨损称为磨损率。磨损率越小，则材料的耐磨性就越好； 反之，则耐磨性就越差。

金属材料的耐磨性高（即磨损率小），则零件的使用寿命就长。因此，零件和设备的精度及寿命在很大程度上取决于材料的耐磨性。根据有关资料的统计，有70%的机器是由于过量的磨损而失效的。

2） 腐蚀失效

通常所说的金属表面生锈就是腐蚀的一种类型。金属的腐蚀是非常普遍的现象，如机器、厂房、船舶、钢轨、桥梁和管道等，在大气、海水、土壤和化工原料等作用下，再加上机械应力、磨损、辐射和微生物等各种因素的联合作用，会使金属每时每刻都发生损失而造成破坏。

金属腐蚀给国民经济带来的损失是非常巨大的。据有关资料介绍，全世界每年因腐蚀而报废的钢铁相当于年产量的30%，由此大大增加了各种设备的维修费用。腐蚀也常引起严重事故，迫使工厂停工，或者引起爆炸和环境污染等。因此，防止金属腐蚀是一件十分重要的工作。

3） 表面疲劳失效

表面疲劳失效是相互接触的两个运动表面（特别是滚动接触） 在工作中承受交变接触应力的作用，使表层材料发生疲劳破坏而脱落的现象。

按表面疲劳损伤的程度，表面疲劳失效又分为麻点（浅层剥落） 与剥落（深层剥落） 两种形式。实际上，零部件失效形式往往不是单一的，例如齿轮的失效形式可能有断齿、齿形变形、齿面磨损和点蚀等。究竟发生哪一种形式的失效，取决于多方面的因素，必须根据实际情况进行具体分析。几种常用零件的工作条件、失效形式及所要求的力学性能见表8 -1。

表8-1　几种常用零件的工作条件、失效形式及所要求的力学性能

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