失效分析 第7章

1、1 第七章第七章 失效分析的思路與方法失效分析的思路與方法 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 7.2 失效分析的系統(tǒng)工程思路與方法失效分析的系統(tǒng)工程思路與方法 7.3 失效分析的程序和步驟失效分析的程序和步驟 7.4 失效分析的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)失效分析的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù) 2 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 一、以失效抗力指標(biāo)為主線的失效分析思路一、以失效抗力指標(biāo)為主線的失效分析思路 基本思想基本思想： 零件失效是由于其零件失效是由于其失效抗力失效抗力與與服役條件服役條件這一這一 對(duì)矛盾的因素相互作用的結(jié)果，當(dāng)零件的失對(duì)矛盾的因素相互作用的結(jié)果，當(dāng)零件的失 效抗力不能效抗力不能

2、勝任勝任服役條件時(shí)，便造成零件失服役條件時(shí)，便造成零件失 效。效。 3 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 4 該失效分析思路的該失效分析思路的要點(diǎn)要點(diǎn)如下：如下： 對(duì)具體服役條件下的零件作具體分析，從中對(duì)具體服役條件下的零件作具體分析，從中 找出主要的找出主要的失效方式失效方式及主要及主要失效抗力指標(biāo)失效抗力指標(biāo)。 運(yùn)用金屬學(xué)、材料強(qiáng)度學(xué)和斷裂物理、化學(xué)、運(yùn)用金屬學(xué)、材料強(qiáng)度學(xué)和斷裂物理、化學(xué)、 力學(xué)，深入分析各種失效現(xiàn)象的本質(zhì)：力學(xué)，深入分析各種失效現(xiàn)象的本質(zhì)：主要失主要失 效抗力指標(biāo)與材料成分、組織和狀態(tài)的關(guān)系效抗力指標(biāo)與材料成分、組織和狀態(tài)的關(guān)系， 提出改進(jìn)措施。提出改進(jìn)措施

3、。 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 5 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 6 根據(jù)根據(jù)“不同服役條件要求材料強(qiáng)度與塑性、不同服役條件要求材料強(qiáng)度與塑性、 韌性的合理配合韌性的合理配合”這一原則，分析研究失效零這一原則，分析研究失效零 件現(xiàn)行的選材、用材技術(shù)條件是否合理。件現(xiàn)行的選材、用材技術(shù)條件是否合理。 用用局部復(fù)合強(qiáng)化局部復(fù)合強(qiáng)化，克服零件上的薄弱環(huán)節(jié)，克服零件上的薄弱環(huán)節(jié)， 爭取達(dá)到材料的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。爭取達(dá)到材料的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 7 在進(jìn)行失效分析和提出克服失效的措施時(shí)，還在進(jìn)行失效分析和提出克服失效的措施時(shí)，還 應(yīng)做

4、到應(yīng)做到四個(gè)結(jié)合四個(gè)結(jié)合： 設(shè)計(jì)、選材和工藝相結(jié)合設(shè)計(jì)、選材和工藝相結(jié)合 。 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(力學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析力學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析)與材料與材料 強(qiáng)度相結(jié)合強(qiáng)度相結(jié)合 。 宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理相結(jié)合。宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理相結(jié)合。 試驗(yàn)室規(guī)律性試驗(yàn)研究與生產(chǎn)考驗(yàn)相結(jié)合。試驗(yàn)室規(guī)律性試驗(yàn)研究與生產(chǎn)考驗(yàn)相結(jié)合。 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 8 二、以制造過程為主線的失效分析思路二、以制造過程為主線的失效分析思路 任何零件都要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、選材、熱加工任何零件都要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、選材、熱加工(鑄、鍛、鑄、鍛、 焊焊)、冷加工、熱處理、精加工、裝配等工序，、冷加工、熱處理、精加工、裝配等工

5、序， 如果業(yè)已確定零件失效純系如果業(yè)已確定零件失效純系制造過程中制造過程中的問題，的問題， 則可對(duì)上述諸工序展開分析。則可對(duì)上述諸工序展開分析。 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 9 如：如：熱處理工序熱處理工序造成零件失效的原因有：造成零件失效的原因有： 過熱或過燒；過熱或過燒； 淬火裂紋淬火裂紋； 淬火變形；淬火變形； 奧氏體化溫度不當(dāng)造成顯微組織不合理；奧氏體化溫度不當(dāng)造成顯微組織不合理； 脫碳或增碳；脫碳或增碳； 回火脆化；回火脆化； 殘余應(yīng)力過高；殘余應(yīng)力過高； 未及時(shí)回火等。未及時(shí)回火等。 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 10 7.1 失效分析的常規(guī)思路失

6、效分析的常規(guī)思路 導(dǎo)致導(dǎo)致淬火裂紋淬火裂紋的因素如下表：的因素如下表： 11 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 12 三、按零件或設(shè)備類別的失效分析思路三、按零件或設(shè)備類別的失效分析思路 對(duì)于同類零件或設(shè)備，盡管其功能各不相同，對(duì)于同類零件或設(shè)備，盡管其功能各不相同， 服役條件也有很大差別，但在其工作性質(zhì)上仍服役條件也有很大差別，但在其工作性質(zhì)上仍 有諸多有諸多相同或相通相同或相通之處，因此其失效形式以及之處，因此其失效形式以及 造成失效的因素也有相同或相通之處。造成失效的因素也有相同或相通之處。 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路 13 7.1 失效分析的常規(guī)思路失效分

7、析的常規(guī)思路 14 n失效事故的模式及影響分析失效事故的模式及影響分析 Failure Mode and Effect Analysis，簡稱簡稱 FMEA n故障樹分析故障樹分析 Fault Tree Analysis，簡稱簡稱FTA n事件樹分析事件樹分析 Event Tree Analysis，簡稱簡稱ETA 7.2 失效分析的系統(tǒng)工程思路與方法失效分析的系統(tǒng)工程思路與方法 15 失失 效效 分分 析析 程程 序序 7.3 失效分析的程序和步驟失效分析的程序和步驟 16 7.3 失效分析的程序和步驟失效分析的程序和步驟 17 失效分析步驟失效分析步驟 n調(diào)查研究收集原始背景材料調(diào)查研究收

8、集原始背景材料 n殘骸拼湊分析與低倍宏觀檢查殘骸拼湊分析與低倍宏觀檢查 n零件失效部位應(yīng)力分析計(jì)算，必要時(shí)用實(shí)驗(yàn)方零件失效部位應(yīng)力分析計(jì)算，必要時(shí)用實(shí)驗(yàn)方 法測定法測定 n深入實(shí)驗(yàn)分析（力學(xué)、微觀形貌、化學(xué)、物理、深入實(shí)驗(yàn)分析（力學(xué)、微觀形貌、化學(xué)、物理、 電化學(xué)）電化學(xué)） n綜合分析找出失效原因，提出防止和改進(jìn)措施綜合分析找出失效原因，提出防止和改進(jìn)措施 的建議的建議 n撰寫失效分析報(bào)告撰寫失效分析報(bào)告 7.3 失效分析的程序和步驟失效分析的程序和步驟 18 基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)：基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)： n宏觀和微觀斷口分析技術(shù)；宏觀和微觀斷口分析技術(shù)； n金相檢驗(yàn)技術(shù)；金相檢驗(yàn)技術(shù)； n無損探傷檢驗(yàn)技術(shù)；

9、無損探傷檢驗(yàn)技術(shù)； n常規(guī)成分、微區(qū)成分和表面成分分析技術(shù)常規(guī)成分、微區(qū)成分和表面成分分析技術(shù) nX射線衍射分析技術(shù)；射線衍射分析技術(shù)； n力學(xué)性能測試技術(shù)；力學(xué)性能測試技術(shù)； n斷裂力學(xué)測試技術(shù)等。斷裂力學(xué)測試技術(shù)等。 7.4 失效分析的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)失效分析的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù) 19 從不同角度觀察物體，使從不同角度觀察物體，使 雙眼引起立體感覺的雙目雙眼引起立體感覺的雙目 顯微鏡。顯微鏡。 是是低倍斷口形貌低倍斷口形貌觀察不可觀察不可 或缺的工具，能幫助肉眼或缺的工具，能幫助肉眼 進(jìn)一步確定斷裂源和裂紋進(jìn)一步確定斷裂源和裂紋 走向，以及觀察磨損或腐走向，以及觀察磨損或腐 蝕的情況。它的放大倍數(shù)蝕

10、的情況。它的放大倍數(shù) 不高，一般不超過不高，一般不超過200倍。倍。 體視顯微鏡體視顯微鏡 20 用于鑒定和分析金屬內(nèi)部結(jié)用于鑒定和分析金屬內(nèi)部結(jié) 構(gòu)組織，是金屬學(xué)研究金相構(gòu)組織，是金屬學(xué)研究金相 的重要儀器，的重要儀器，是失效分析中是失效分析中 常用的手段。常用的手段。 鑄造、鍛造、焊接、熱處理、鑄造、鍛造、焊接、熱處理、 表面處理等造成的表面處理等造成的非正常組非正常組 織織或材料或材料缺陷缺陷；腐蝕、氧化、；腐蝕、氧化、 表面加工硬化、裂紋特征，表面加工硬化、裂紋特征， 尤其是裂紋擴(kuò)展方式尤其是裂紋擴(kuò)展方式(穿晶穿晶 或沿晶或沿晶)，都可從金相檢驗(yàn)，都可從金相檢驗(yàn) 得到可靠的信息。得到可

11、靠的信息。 金相顯微鏡金相顯微鏡 21 應(yīng)用電子束在樣品表應(yīng)用電子束在樣品表 面掃描激發(fā)二次電子面掃描激發(fā)二次電子 成像的電子顯微鏡。成像的電子顯微鏡。 主要用于研究樣品主要用于研究樣品表表 面形貌面形貌與成分。與成分。成像成像 立體感特別強(qiáng)；放大立體感特別強(qiáng)；放大 范圍很寬，能從十倍范圍很寬，能從十倍 直接放大到十萬倍，直接放大到十萬倍， 特別適合作斷口上的特別適合作斷口上的 定點(diǎn)觀察。定點(diǎn)觀察。 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM) 22 進(jìn)行進(jìn)行薄層表面分析薄層表面分析的重要的重要 工具。工具。 用它分析用它分析Li，Be，B，C， N，O時(shí)的靈敏度比電子探時(shí)的靈敏度比電子探 針高很多

12、，但不能測定針高很多，但不能測定H 和和He此外。需要超高真空，此外。需要超高真空， 測試測試“周期周期”長，定量也長，定量也 有一定困難。有一定困難。 俄歇能譜儀俄歇能譜儀(AEM) 23 利用衍射原理利用衍射原理, ,精確測定精確測定 物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu), ,織構(gòu)及織構(gòu)及 應(yīng)力應(yīng)力, ,精確的進(jìn)行物相分精確的進(jìn)行物相分 析析, ,定性分析定性分析, ,定量分析。定量分析。 如：確定斷口上的腐蝕如：確定斷口上的腐蝕 產(chǎn)物、析出相或表面沉產(chǎn)物、析出相或表面沉 積物積物, , 一次可獲得多種一次可獲得多種 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和成分成分。靈敏度高，。靈敏度高， 方便、快速，能分析高、方便、快速，能分析高、 低溫狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)。低溫狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)。 X射線衍射儀射線衍射儀 24 包括材料包括材料斷裂韌度測試斷裂韌度測試、模擬介質(zhì)條件下的應(yīng)模擬介質(zhì)條件下的應(yīng) 力腐蝕力腐蝕以及以及模擬疲勞模擬疲勞條件下的裂紋擴(kuò)展參數(shù)測條件下的裂紋擴(kuò)展參數(shù)測 試，應(yīng)用這些斷裂力學(xué)參數(shù)對(duì)結(jié)