機(jī)械失效分析與防護(hù)

1、機(jī)械失效分析與防護(hù)一、 名詞解釋 1、 失效：構(gòu)件不能正確行使其功能。2、 偏析：金屬在冷凝過程中，由于某些因素的影響形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。3、疲勞：金屬構(gòu)件在交變載荷作用下，雖然應(yīng)力水平低于金屬材料的抗拉強(qiáng)度，有時甚至低于屈服極限，但經(jīng)過一定的循環(huán)周期后，金屬構(gòu)件發(fā)生突然斷裂，稱為疲勞斷裂。4、內(nèi)應(yīng)力：構(gòu)件在無外力作用下，存在于內(nèi)部并保持平衡的力。5、應(yīng)力腐蝕斷裂：材料在固定拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的斷裂。6、縮孔：金屬在冷凝過程中由于體積的收縮而在鑄錠或鑄件心部形成管狀(或喇叭狀)或分散孔洞。7、斷裂：金屬構(gòu)件在應(yīng)力作用下材料分離為互不相連的兩個或兩個以上部分的現(xiàn)象。8、應(yīng)

2、力集中：零件截面有急劇變化處，引起局部地區(qū)的應(yīng)力高于零件受到的平均應(yīng)力的現(xiàn)象。9、痕跡：構(gòu)件失效時，由于力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等環(huán)境因素單獨(dú)或協(xié)同作用，并在構(gòu)件表面或表面層留下了某種標(biāo)記，稱為痕跡。二、 填空題 1、NSR越小，表示材料對缺口的敏感性越 大 。2、金屬構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂時的微觀形貌包括 河流花樣 、扇形花樣、魚骨狀花樣等。3、金屬材料的斷裂過程分為裂紋的萌生 、 裂紋的擴(kuò)展和斷裂三個階段。4、金屬構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形失效的原因是 過載 。5、 帶缺口的韌性斷裂斷口的宏觀形貌為：a代表纖維區(qū)、b代表 最終斷裂區(qū) 、c代表放射區(qū)。a cb6、構(gòu)件失效后，對其進(jìn)行失效分析前，需要對斷口進(jìn)行

3、保護(hù)，目的是防止搬運(yùn)過程中的 機(jī)械損傷 和 化學(xué)損傷 。7、構(gòu)件產(chǎn)生裂紋的部位比較特殊，可能因?yàn)闃?gòu)件局部結(jié)構(gòu)形狀引起，也可能與材料缺陷有關(guān)，主要?dú)w結(jié)于應(yīng)力因素 。8、構(gòu)件中的夾雜物按其變形能力分 脆性夾雜物 、塑性夾雜物和半塑性夾雜物。9、金屬構(gòu)件發(fā)生高溫氧化時，其表面生成的氧化膜是半導(dǎo)體 ，既能電子導(dǎo)電，又能離子導(dǎo)電。10、金屬構(gòu)件發(fā)生失效時，有起始態(tài)、中間態(tài)和完成態(tài)，一般以失效的 起始態(tài) 為分析重點(diǎn)。11、平面應(yīng)變斷裂韌性KIC表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋 擴(kuò)展 的能力12、金屬構(gòu)件在自然條件下發(fā)生的腐蝕包括 土壤 腐蝕、海水腐蝕和大氣腐蝕。13、典型零件的選材一般遵循的原則有使用性原

4、則、 工藝性原則 和經(jīng)濟(jì)性原則。14、失效構(gòu)件進(jìn)行理化檢驗(yàn)遵循的原則是 先不破壞性或少破壞性檢測，再做破壞性檢測 。15、構(gòu)件進(jìn)行磁粉檢測后，要求檢測對象具有 鐵磁性 。16、光滑圓棒狀拉伸試樣斷口三要素包括 纖維區(qū) 、 放射區(qū) 和 剪切唇 。17、疲勞斷口的微觀特征有 疲勞輝紋 、 輪胎壓痕花樣 。18、金屬構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形失效的原因有 過載 、超溫和材料變質(zhì)。19、構(gòu)件發(fā)生韌性斷裂時，當(dāng)材料含有較多的第二相質(zhì)點(diǎn)或夾雜物時，形成的韌窩數(shù)量較多，且 較淺 。20、金屬構(gòu)件失效過程的特點(diǎn)包括不可逆性、有序性、不穩(wěn)定性和 積累性 。21、從宏觀看，裂紋的走向是由 應(yīng)力原則 和強(qiáng)度原則決定的。22、

5、構(gòu)件進(jìn)行磁粉檢測后，還保留剩余磁性，影響使用，必須 退磁 處理。23、疲勞斷口中，用肉眼或低倍放大鏡觀察疲勞區(qū)中磨得最亮的地方是 疲勞源 。24、痕跡形成的三要素包括造痕物、留痕物和 發(fā)生相互接觸 。 25、對于帶缺口的圓棒狀拉伸試樣的斷口而言，由于缺口處存在 應(yīng)力集中 ，裂紋在此處萌生和擴(kuò)展。26、高溫作用下，金屬構(gòu)件常見的變形失效包括 蠕變 和 應(yīng)力松弛 。三、選擇題1、按照產(chǎn)品的失效形態(tài)對金屬構(gòu)件失效形式進(jìn)行分類，包括過量變形失效、（ B ）失效、表面損傷失效。A.疲勞 B.斷裂 C.腐蝕 D.磨損2、金屬在鍛造及軋制過程中容易產(chǎn)生的內(nèi)部阻止缺陷有粗大的魏氏體組織、網(wǎng)絡(luò)狀碳化物和（ D

6、）。A. 夾渣 B. 冷裂紋 C.折疊 D. 表層脫碳3、構(gòu)件發(fā)生斷裂時，判別其主裂紋的方法有T形法、（ A ）、變形法和氧化法。 A. 分枝法 B. 應(yīng)力原則 C.痕跡法 D.金相法4、消除殘余應(yīng)力的方法有去應(yīng)力退火、回火或自然時效處理以及（ C ）。 A. 振動法 B.錘擊法 C. 機(jī)械法 D.噴丸強(qiáng)化5、失效分析測試技術(shù)的選用原則是（C ）、有效性、可能性和經(jīng)濟(jì)性。A. 重現(xiàn)性 B. 簡單性 C.可信性 D.直觀性6、金屬構(gòu)件發(fā)生微孔聚集型韌性斷裂時，觀察微觀特征發(fā)現(xiàn)斷口表面有大量的韌窩，形狀有（ A ）、剪切形和撕裂形。 A. 等軸形 B. 橢圓形 C.圓形7、腐蝕電池的工作過程包括陽

7、極過程、陰極過程和（A ）。 A. 電流的流動 B.離子的流動 C. 電解質(zhì)溶液 D. 電子的流動8、裂紋擴(kuò)展的三種基本類型是（ A ）、滑移型、撕裂型。 A.張開型 B.剪切型 C.拋物型 D.等軸型9、構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂時，其斷口與與主應(yīng)力成（ A ）。 A. 90° B. 60° C. 45° D.30° 10、超聲波檢測對（ B ）敏感，對單個氣孔檢出率低。 A. 線缺陷 B.面狀缺陷 C.體積型缺陷11、構(gòu)件發(fā)生韌性斷裂時，其宏觀斷口為暗灰色纖維狀，無閃爍金屬光澤，斷口與與主應(yīng)力成（ D ）。 A. 90° B. 30° C.

8、 60° D. 45°12、在焊接生產(chǎn)中遇到的裂紋是多種多樣的，根據(jù)裂紋產(chǎn)生本質(zhì)看，有熱裂紋、再熱裂紋、（ B ）和層狀撕裂四類。A. 縱向裂紋 B. 冷裂紋 C.夾渣 D.橫向裂紋四、簡答下列問題 1根據(jù)下圖敘述韌性材料斷口的形成過程。并說明何為平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。1、（a）頸縮 (b) 空穴形成 (c)空穴長大形成裂紋 (d)裂紋擴(kuò)展 (e)最終斷裂形成杯錐斷口 平面應(yīng)力狀態(tài)：裂紋尖端處于二向應(yīng)力狀態(tài)，如薄板受力，其z方向的應(yīng)力為零，z = 0平面應(yīng)變狀態(tài)：裂紋尖端處于三向應(yīng)力狀態(tài)，如厚板受力，其z方向的位移被束縛，即z = 0， 有z方向的應(yīng)力， z = (x

9、 + y ) 2. 下圖為疲勞斷口示意圖，試說明a、b和c分別代表哪個區(qū)域。當(dāng)斷口有多個疲勞源萌生時，如何判斷最先啟裂點(diǎn)？ b 區(qū)的宏觀形貌特征如何。abc2、a:疲勞裂紋萌生區(qū) b:疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) c:最終斷裂區(qū) 起裂點(diǎn)的判定：有多個裂紋源時，疲勞條紋密度大，比較光澤明亮的為最初的。 b區(qū)為疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，其宏觀特征表現(xiàn)為沙灘狀花樣或貝殼狀花樣。3、 簡述構(gòu)件中的裂紋擴(kuò)展應(yīng)遵循的原則。在一般情況下，當(dāng)材質(zhì)比較均勻時，應(yīng)力原則起主導(dǎo)作用，裂紋按應(yīng)力原則擴(kuò)展； 當(dāng)材質(zhì)存在明顯的不均勻性時，裂紋按強(qiáng)度原則擴(kuò)展，強(qiáng)度原則起主導(dǎo)作用； 當(dāng)應(yīng)力原則和強(qiáng)度原則一致時，無疑裂紋將沿著一致的方向擴(kuò)展。這就是存

10、在于最大應(yīng)力部位的缺陷對裂紋產(chǎn)生的影響很大的原因。4、 簡述宏觀腐蝕電池的類型。 異種金屬接觸電池（電偶電池）；濃差電池；溫差電池。5、 簡述降低構(gòu)件應(yīng)力集中的措施。1）從強(qiáng)化材料方面降低應(yīng)力集中的作用：表面熱處理強(qiáng)化、薄殼淬火、噴丸強(qiáng)化、滾壓強(qiáng)化2）從設(shè)計(jì)方面降低應(yīng)力集中系數(shù)：變截面部位的過渡、根據(jù)零件的受力方向和位置選擇適當(dāng)?shù)拈_孔部位、在應(yīng)力集中區(qū)附近的低應(yīng)力部位增開缺口和圓孔 6、簡述構(gòu)件中的夾雜物為何會形成裂紋源。 1）夾雜物造成鋼材局部應(yīng)力集中； 2）夾雜物本身斷裂； 3）夾雜物與基體交界面產(chǎn)生斷裂而成為裂紋源。 7、簡述斷口三要素的作用及影響因素。1）確定裂紋源位置； 2）確定裂紋

11、擴(kuò)展方向； 3）根據(jù)三要素所占比例大小，粗略評價材料機(jī)械性能。影響因素：零件形狀；試驗(yàn)溫度；加載速率8、簡述構(gòu)件中形成微觀腐蝕電池的原因。 原因：金屬表面的電化學(xué)不均勻性。 金屬化學(xué)成分不均勻性； 組織結(jié)構(gòu)的不均勻性； 物理狀態(tài)的不均勻性； 金屬表面膜的不完整性； 9、簡述殘余應(yīng)力的產(chǎn)生途徑。 熱處理殘余應(yīng)力；表面化學(xué)熱處理引起的殘余應(yīng)力；焊接殘余應(yīng)力；鑄造殘余應(yīng)力；涂鍍層引起的殘余應(yīng)力；切削加工殘余應(yīng)力 10、簡述痕跡分析的程序。發(fā)現(xiàn)和顯現(xiàn)痕跡；提取、固定、顯現(xiàn)、清洗、記錄和保存痕跡；鑒定痕跡；模擬再現(xiàn)痕跡；綜合分析 11、簡述斷口分析有哪些依據(jù)。斷口的顏色及光澤；斷口上的花紋；斷口上的粗糙度；斷口與最大正應(yīng)力的交角；斷口上的冶金缺陷12、簡述構(gòu)件發(fā)生彈性變形和塑性變形的區(qū)別。彈性變形的特點(diǎn)： 可逆性、 單值性、變形量很??； 塑性變形的特點(diǎn)：不可逆性、變形量不恒定、慢速變形、伴隨材料性能的變化13、某管道公司在安裝一長輸管線的法蘭時，法蘭開裂，裂紋長約三分之二周長，距環(huán)焊縫有一定距離。該法蘭材質(zhì)為16Mn，宏觀斷口分析發(fā)現(xiàn)斷口表面呈現(xiàn)閃閃發(fā)光的小刻面，沒有明顯的塑性變形現(xiàn)象。請根據(jù)失效分析程序制定一失效分析方案，如何才能確定該法蘭斷裂原因。根據(jù)宏觀斷口分析發(fā)現(xiàn)斷口表面呈現(xiàn)閃閃發(fā)光的小刻面，沒有明顯的塑性變形現(xiàn)象可以初步判斷法蘭為脆性斷裂。