在设计机械零件时，由于设计载荷与实际载荷不符，使零件的设计强度小于其实际强度时，零件就可能发生断裂、过量变形、过度磨损、剧烈振动等失效形式。所以在机械零件设计中，应认真地考虑零件在外载荷的作用下，可能发生的各种破坏作用。
1、断裂
零件在受到外载荷的作用时，当零件中的应力过高，其值超过了零件的许用强度或材料的强度过分降低时，零件就会发生断裂。断裂是零件在外载荷作用下发生的重要的失效形式。金属断裂的类型是依据不同断裂特性来分类的。如按金属材料断裂处宏观变形量可分为塑性断裂和脆性断裂两种类型。按零件工作时的应力状态可分为过载断裂和疲劳断裂。
（1）过载断裂。零件在工作过程中，当外加载荷加大或突然变化，其值超过机械零件危险截面所能承受的极限应力时，零件将可能发生断裂，这种断裂称为过载断裂。其断口称为过载断口。过载断裂的断口形貌根据材料的性质有脆性过载断裂和韧性过载断裂之分。脆性过载断裂是指金属零件由于使用工况条件（载荷、环境、温度）不当，使其材质变脆而发生的断裂（简称脆断）。脆断是一种危险的突然事故，危害性很大。脆断断口平齐而光亮，且与正应力相垂直，断面收缩率一般低于3％，断口常有放射性花样人字纹。若材料处于极脆状态下断裂，放射线将消失，即为纯解理断裂，其宏观断口呈晶粒状。韧性过载断裂是材料超过屈服极限，然后再发生韧断。其宏观特征为断口上有明显的塑变，形成像拉伸试样断裂时产生的杯锥状断口，并呈现纤维状。其微观特征为有大量韧窝组成。
（2）疲劳断裂。疲劳断裂是指金属在交变应力持续作用下发生的断裂，由外加变载荷作用下，产生的疲劳断裂称为机械疲劳断裂。按载荷方式和类型不同又可分为拉压（轴向）疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳及接触疲劳、微动磨损疲劳断裂等。在一般情况下，即使是韧性很好的材料，疲劳断裂宏观断口也无明显变形，而在宏观上表现为脆性断口。疲劳断口的形貌有三个区域：即疲劳源区、疲劳扩展区和瞬断区（简称断口三区）。不同的加载类型（拉-拉或拉-压单向弯曲、反复弯曲、旋转弯曲扭转），不同的应力水平（高名义应力或低名义应力）和不同程度应力集中条件下疲劳断口三区具有不同的形貌。下面说明与载荷有重要关系的几种典型疲劳断口形貌特征。
扭转-弯曲疲劳断口指常温下，由于扭转—弯曲载荷幅度的突然变化或材料局部力学性能的变化，导致零件表面或内部的微裂纹扩展速率变化，从而产生扭转—弯曲疲劳断裂。在断口上留下裂纹的扩展痕迹，叫断口贝纹线，也叫疲劳裂纹“休止线”。如果危险截面处材质无内部缺陷，其断口有如下特点：首先，由于应力分布是外层大，表层最大，故疲劳源在其两侧裂纹发展速度较中部快，因此其贝纹线间距外宽内窄。其次，高应力集中（外层）时，瞬断区向中心移动。再次，变截面（如大轴肩）应力集中时，断口呈皿型。
扭转疲劳断口指扭转疲劳条件下，零件裂纹形核后可能沿两个方向扩展，沿与最大拉伸正应力相垂直的方向扩展，称正断裂(常发生于脆性材料)，沿最大切应力方向扩展，称剪断型或切断型断裂（常发生于塑性材料）。另外，还有复合型。
弯-扭疲劳断口，在弯曲疲劳条件下，呈现锯齿形断口，由于扭矩的作用，将在大于原锯齿状断口的45°方向扩展而形成棘轮断口。
2、过度磨损 过度磨损是机械零件在载荷作用下发生失效的常见形式之一。磨损是固体摩擦表面上物质不断损耗的过程。表现为零件尺寸、形状的改变。磨损过程是渐进的表面损耗过程，当由于过度磨损使零件截面尺寸过量减少时，就会导致零件的断裂。
过度磨损失效的基本类型有粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、冲刷磨损、腐蚀磨损等五种基本类型。其中粘着磨损与表面疲劳磨损是由于载荷作用下引起零件失效的主要类型。
（1）粘着磨损。粘着磨损可分为：轻粘着磨损、涂抹、擦伤、胶合、咬死、结疤等。粘着磨损是两个金属表面的微凸体在局部高压下产生局部粘结，随后相互运动，导致粘结处撕裂；被撕下的金属微粒，可能由较软的表面撕下，又粘到某一表面上，也可能在撕下后作为磨料而造成磨粒磨损。
轴承轴颈零件，在润滑失效时可发生擦伤，甚至咬死等粘着磨损损伤。粘着磨损在低速（v≤4m/s）重载齿轮中可发生“冷胶合”而在高速齿轮传动中常易发生“热胶合”，即通常所说的胶合。
（2）表面疲劳磨损。在高变接触压力的作用下，两接触面作滚动或滚动—滑动复合摩擦时，使材料表面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损。齿轮副、凸轮副、摩擦轮副、滚动轴承的滚动体与内外座圈、齿轮泵的泵体与齿轮等都可能发生表面疲劳磨损。疲劳磨损主要失效形式是点蚀和剥落，即在原来光滑的接触表面上产生深浅不同的凹坑（也称麻点）和较大面积的剥落坑。点蚀一般由表面裂纹源开始，向内倾斜发展，然后折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即成点蚀。因此点蚀坑的表面形貌常为“扇形”；材料剥落一般从亚表层裂纹开始，沿与表面平行的方向扩展，最后形成片状的剥落坑。当接触应力较大，应力变化次数增多时，麻点和剥落坑就会增多并迅速扩展，最后金属以薄片形式断裂剥落下来，形成接触疲劳磨损而导致零件失效。
3、过度变形 。零件的变形与载荷的作用密切相关。当外载荷突然增加或在变载荷作用下，零件的变形量y大于许用变形量[y]时，可能发生过度变形而失效；过度变形的表现形式是金属零件的畸变；畸变是一种不正常的变形。畸变可以是塑性的或弹性的或弹塑性的。从变形的形貌上看，畸变有尺寸畸变和形状畸变两种基本类型。如受轴向载荷的连杆产生轴向拉压变形；受径向载荷作用产生轴的弯曲；在应力作用下壳体的翘曲变形等。畸变可 导致断裂。畸变失效的零件可体现为：不能承受所规定的载荷，不能起到规定的作用，与其他零件的运动发生干扰等。
（1）弹性畸变失效。弹性畸变的变形在弹性范围内变化。因此不恰当变形量与失效零件的强度无关，是刚度问题。对于拉压变形的杆柱类零件，其变形量过大，会导致支承件过载或机构尺寸精度丧失，而造成动作失误。对于弯、扭（或其合成）变形的轴类零件，其过大变形量(过大挠度，偏角或扭角)会造成轴上啮合零件的严重偏载，甚至使啮合失常，导致传动失效。对于某些靠摩擦力传动的零件，如带传动中的传动带，如果初拉力不够，即带的弹性变形量不够，会产生带的滑动，严重影响其传动。对于复合变形的框架及箱体类零件，要求有合适的、足够的刚度以保持系统的刚度，特别是防止由于刚度不当而造成系统振动。
（2）塑性变形。塑性变形在外观上有明显塑变(永久变形)。不同材料，其塑变开始阶段，随载荷的变化，其变形规律也有所不同。在微观上，塑变的发展过程一般有滑移、孪生、晶界滑动和扩散蠕变。
（3）翘曲变形。是一种大小与方向上常具有复杂规律的变形，并在大多数情况下造成严重翘曲畸变失效。这种变形往往是温度、外载、受力截面、材料成分等所具有的各种不均匀性因素的组合而形成。最大的翘曲变形是温度变化或高温导致的翘曲。