失效分析的評價

1、失效分析班級:姓名:學號:材科102 李金龍 201001524213失效分析的評價隨著現(xiàn)代科學技術的飛躍發(fā)展，失效分析已經(jīng)成為一門綜合性學科，在工 程上正得到日益廣泛的應用和普遍的重視。為了提高機械產品質量及使用壽 命，國內外對機械構件的失效(斷裂)現(xiàn)象進行了大量的分析和研究，日益完 善了失效分析技術及其基本理論。應用失效分析技術一一可以指導機械產品規(guī) 劃、設計、選材、加工、檢驗及質量管理等方面工作；同時失效分析技術又是 制定技術規(guī)范、科學發(fā)展規(guī)劃、法律仲裁等的重要依據(jù)之一。大力開展失效分 析研究，無論對工業(yè)、民生、科技發(fā)展，都具有極其重要的作用。一、失效的概念所謂失效一一主要指機械構件由于

2、尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變 化而引起的機械構件不能完滿地完成指定的功能。亦可稱為故障或事故。一個 機械零部件被認為是失效，應根據(jù)是否具有以下三個條件中的一個為判據(jù)：零件完全破壞，不能工作；嚴重損傷，繼續(xù)工作不安全；雖能暫時安全工作，但已不能滿意完成指定任務。上述情況的任何一種發(fā)生，都認為零件已經(jīng)失效。零件的失效，特別是那些事先沒有明顯征兆的失效，往往會帶來巨大的損 失，甚至導致重大事故。因此，對零件的失效進行分析，找出失效的原因，并 提出防止或推遲失效的措施，具有十分重要的意義。另外，失效分析的結果， 對于零件的設計選材、加工以及使用等也都是完全必要的，它為這些工作提供 了實踐基礎。二

3、、失效的形式最常見的失效形或是以下幾種：塑性變形受靜載的零件產生過量的塑性(屈服)變形，位置相對于其它 零件發(fā)生變化，致使整個機器運轉不良，導致失效。彈性失穩(wěn)細長件或薄壁筒受軸向壓縮時，發(fā)生彈性失穩(wěn)，即產生很大的 側向彈性彎曲變形，喪失工作能力，甚至引起大的塑性彎曲或斷裂。蠕變斷裂受長期固定載荷的零件，特別是在高溫下工作時，蠕變量超出 規(guī)定范圍，因而處于不安全狀態(tài)，嚴重時可能與其它零件相碰，造成斷裂。磨損兩相互接觸的零件相對運動時，表面發(fā)生磨損。磨損使零件尺寸變 化，精度降低，甚至發(fā)生咬合，剝落，而不能繼續(xù)工作?？焖贁嗔咽軉握{載荷的零件可發(fā)生韌性斷裂或脆性斷裂，韌性斷裂是屈 服變形的結果；脆性

4、斷裂無明顯塑性變形，常在低應力下突然發(fā)生，它的情況比 較復雜。在高溫、低溫下能發(fā)生；在靜載、沖擊載荷時可發(fā)生；光滑、缺口構件 也可以發(fā)生。但最多的是有尖銳缺口或裂級的構件，在低溫或受沖擊載荷時發(fā)生 的低應力斷裂。疲勞斷裂 零件受交變應力作用時，在比靜載屈服應力低得多的應力下發(fā) 生突然斷裂，斷裂前往往沒有明顯征兆。應力腐蝕斷裂 零件在某種環(huán)境中受載時，由于應力和腐蝕介質的聯(lián)合作 用，發(fā)生低應力脆性斷裂。在以上各種失效中，彈性失穩(wěn)，塑性變形，蠕變和磨 損等，在失效前一般都有尺寸的變化，有較明顯的征兆，所以失效可以預防斷裂 可以避免；而低應力脆斷，疲勞斷裂和應力腐蝕斷裂往往事前無明顯征兆，斷裂 是突

5、發(fā)的，因陋就簡此特別危險，會帶來災難性后果。它們是當今工程斷裂事故 的三大主要緣由。同一種零件可有幾種不同的失效形式。對應于不同的失效形式，零件具有不 同的抗力。例如，軸的失效可以是疲勞斷裂，也可以是過量彈性變形。究競以什 么形式失效，決定于具體條件下零件的哪種抗力最低。因此，一個零件失效，總是由一種形式起主導作用，很少同時以兩種形式主 導失效的。但它們可以組合為更復雜的失效形式，例如，腐蝕疲勞、蠕變疲勞、 腐蝕磨損等。根據(jù)零件破壞的特點，所受載荷的類型以及外在條件，失效的形式可以歸納和區(qū)分為 三大類型：變形失效、斷裂失效和表面損傷失效。三、失效分析失效分析是指分析研究機械構件的斷裂，表面損傷

6、及變形等失效現(xiàn)象的特 征及規(guī)律，并從中找出產生失效主要原因的一門新的學科或分析技術。也稱之 為故障分析或事故分析等。失效分析是門多學科的邊緣科學，它不僅包括斷口學及材料學，而且它還 與力學、化學、腐蝕科學、摩擦學、工藝學及設計基礎等學科有關。只掌握一 門學科是不行的。失效分析在整個機械產品制造過程中占據(jù)重要地位。失效分析對改進產品設計、選材等提供依據(jù)，并可防止或減少斷裂事故的發(fā)生； 通過失效分析還可預測可靠性，特別是利用“失效樹”來預測系統(tǒng)的安全可靠性 更為有力。所謂“失效樹”是指由各種可能引起系統(tǒng)失效的事件和連接這些事件 的邏輯門組成的圖形，并顯示出它們相互之間的關系。失效分析可以提高機械產

7、 品的信譽，并能起到技術反饋作用，明顯提高經(jīng)濟效益。四、失效的原因零件失效的原因大體在于設計、材料、加工和安裝使用等四個方面。設計不合理最常見的情況是，零件尺寸和幾何結構不正確。例如，過渡 圓角太小，存在尖角、尖銳切口等，造成了較大的應力集中。另外，設計中對零 件工作條件估計錯誤。例如，對工作中可能的過載估計不足，因而設計的零件承 載能力不夠。或者對環(huán)境的惡劣程度估計不足，忽略或低估了溫度，介質等因素 的影響，造成零件實際工作能力的降低?，F(xiàn)在，由于應力分析水平的提高和對環(huán) 境條件的重視，由于設計不合理造成的事故已大大減少。選材錯誤設計中對零件失效的形式判斷錯誤，使所選用的材料的性能不 能滿足工

8、作條件的要求；或者選材所根據(jù)的性能指標，不能反映材料對實際失效 形式的抗力，錯誤地選擇了材料。另外，所用材料的冶金質量太差。例如夾雜物 多，雜質元素過多，存在夾層等。它們常常是零件斷裂的策源地。所以原材料的 檢驗很重要。加工工藝不當零件在加工和成形過程中，由于采用的工藝不正確，可能 造成種種缺陷。冷加工中常出現(xiàn)的缺陷是：表面光潔度太低，存在較深的刀痕， 磨削裂紋等。熱成形中最容易產生的缺陷是過燒、過熱和帶狀組織等。而熱處理 中，工序的遺漏、淬火冷卻速度不夠，表面脫碳，淬火變形、開裂等，都是造成 零件失效的重要原子核因。尤其當零件厚度不均，截面變化急劇，結構不對稱時（這些都是設計的問題），熱處理

9、工藝對零件失效的影響，更應特別注意。安裝使用不良安裝時配合過緊，過松，對中不好、固定不緊等，都可 能使零件不能正常地工作，或工作不安全。使用維護不良，不按工藝規(guī)程操作， 也可使零件在不正常的條件下運轉。例如，零件磨損后未及時調整間隙或進行更 換，會造成過量彈性變形和沖擊受載;環(huán)境介質的污染會加速磨損和腐蝕進程， 等等。所有這些情況對失效的影響都是不可輕視的。以上只討論了導致零件失效的四個方面的原因，但實際的情況是很復雜的， 還存在其它方面的原因。另外，失效往往不是單一原因造成的，而可能是多種原 因共同作用的結果。在這種情況下，必須逐一考查設計、材料、加工和安裝使用 等方面的問題，排除種種可能性

10、，找到真正的原因，特別是起決定作用的主要原 因。五、失效分析的方法現(xiàn)在，失效分析已成為一門科學。它包括邏輯推理和實驗研究兩個方面，在 實際應用中應把它們結合起來。這里主要談實驗研究方面。失效的原因主要在設計、材料、加工工藝、安裝使用等四個方面，所以失效 分析中的實驗研究也應該主要集中在這些方面。要充分地利用各種宏觀測試和微 觀觀察手段，有系統(tǒng)、有步驟地實驗和研究失效零件中的變化，以便從蛛絲馬跡 中找到零件失效的根源。影響失效的因素很多，失效與諸多因素之間關系網(wǎng)如圖 示，可見失效的系統(tǒng)分析是非常復雜的。下面簡介大致分析步驟。失效分析技術 機械性能測試 化學分析 金相分析 斷口分析 無損探傷 應

11、力分析服役條件失效零件失效類型 變形 斷裂 磨損 力學分析 應力分析失效原因 設計 材料 工藝 裝配使用 主要抗力指標 改進設計抗力指標與內外因素關系 改進工藝加強管 理指標與壽命關系，提高零件失效抗力的途徑實驗室試驗 使用考驗工業(yè)試驗 失效分析的基本環(huán)節(jié)示意圖。收集失效零件的殘體，觀測并記錄損壞的部位、尺寸變化和斷口宏觀特 征；收集表面剝落物和腐蝕產物，必要時照相留據(jù)。了解零件的工作環(huán)境和失效經(jīng)過，觀察相鄰零件的損壞情況，判斷損壞 的順序。審查有關零件的設計、材料、加工、安裝、使用、維護等方面的資料.。試驗研究，取得數(shù)據(jù)。一般根據(jù)需要選擇以下項目試驗。（1）化學分析檢驗材料成分與設計要求是否

12、相符。有時需要采用剝層法， 查明化學熱處理零件截面上的化學成分變化情況;必要時還應采用電子探針等方 法，了解局部區(qū)域的化學成分。（2）斷口分析對斷口做宏觀（肉眼或立體顯微鏡）及微觀（高倍光學顯而 易見微鏡或電子顯微鏡）觀察，確定裂紋的發(fā)源地，擴展區(qū)和最終斷裂區(qū)的斷裂 性質。（3）宏觀健全性檢查檢查零件的材料及其在加工過程中產生的缺陷，如與 冶金質量有關的疏松、縮孔、氣泡、白點、夾雜物等；與鍛造有關的流線分布、 鍛造裂紋等；與熱處理有關的氧化、脫碳、淬火裂紋等。為此，應對失效部位的 表面和縱橫剖面作低倍檢驗。有時還要用無損探傷法檢測內部缺陷及其分布。對 于表面強化零件，還應檢查強化層厚度。（4）顯微分析判明顯微組織，觀察組織組成物的形狀、大小、數(shù)量、分布 及均勻性，鑒別各種組織缺陷，判斷組織是否正常。特別注意失效源周圍組織的 變化，這對清查裂紋的性質，找出失效的原因非常重要。（5）應力分析采用實驗應力分析方法，檢查失效零件的應力分布，確定損 害部位是否為主應力最大的地方，找出產生裂紋的平面與最大主應力方向之間的 關系，以便判定零件幾何形狀與結構受力位置的安排是否合理。（6）