故障する: break (down)
この場合の “break” は自動詞で、「自然と壊れる」という感じです。英語の “break” は基本的にはハードウェアの故障にしか用いられません。比較的おおがかりでメカ的な可動部があるような装置が故障した場合、“break down”を使います。小型な装置の場合は “break down” はあまり使われません。（小型な装置であっても冗談っぽく “break down” を使ったら多少おもしろいかもしれません）。例えば、電気的・光学的な信号のやりとりだけで済むような装置は“break”だけでよいでしょう。
＜例文1＞
If this unit breaks or does not pass calibration in the future, it will be time to retire it.
訳）この装置が将来的に故障するかあるいは校正に合格しない場合、引退時期となる。。
故障した: broke (down) / have broken (down)
これは、ただ単に break を過去形、現在完了形にしただけです。“down” を付けるか付けないかのルールは上記のとおり、大型の装置なのか、小型の装置なのかによります。
＜例文2＞
Model number 1 broke down. 【ただの過去形】
訳）1号機は故障した。
＜例文3＞
Model number 2 has just broken down. 【現在完了形】
訳）2号機はたった今故障したところだ。
故障中である: be out of order / be broken
「故障中である」は【be動詞＋補語】の形で “be out of order” とするか、叙述用法の形容詞 “broken” を用いて “be broken” とします。もちろん“broken” は “break” の過去分詞と考えることも出来ます。
＜例文4＞
The electric components are out of order.
訳）それらの電子部品は故障中である。
＜例文5＞
The electric components are broken.
訳）それらの電子部品は故障している(状態である)。
ちなみに“be broken” ではなく、“be broke” とした場合、「全然お金がない」という意味になってしまいます。結構間違えやすいので注意が要ります。
＜例文6＞
I am broke .
訳）私は全然お金を持っていない。
スラングっぽい言い方： shot
“shot” は形容詞で「故障している状態である」という意味があります。由来はおそらくピストルで撃たれてお陀仏に、というようなことだろう思います。
＜例文7＞
My car is shot.
訳）私の車は故障中だ。
＜例文8＞
My brakes are shot.
訳）私の（車の）ブレーキは故障中だ。
“機械の故障” – breakdown, failure
「機械の故障」は、例えば “breakdown” や “failure” 等を使うことが出来ます。
＜例文9＞
The test stopped on Jul.7 due to the machine breakdown.
訳）そのテストはマシンの故障により7月7日に打ち切られた(中止となった)。
＜例文10＞
We cannot replace any parts unless there is a mechanical failure.
訳）メカ的な故障がない限り、どんな部品も交換することはできない。