失效分析的思路和方法

第四章失效分析的思路和方法4.1、失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路有三種思路：1）以失效抗力指標為主線的失效分析思路2）以制造過程為主線的失效分析思路3）以零件或設備為類別的失效分析思路1.以失效抗力為主線的失效分析思路零件的失效是由于其失效抗力與服役條件這一對沖突的因素相互作用的結果，當零件的失效抗力不能勝任服役條件時，便造成了零件失效。零件的服役條件主要包括載荷和環(huán)境兩方面的因素。而零件的失效抗力指標一方面確定于材料因素如成分、組織和狀態(tài)等，一方面與零件的幾何微小環(huán)節(jié)有關。思路圖分析思路要點1.對具體服役條件下的零件作具體分析，從中找出主要的失效分析方式及主要失效抗力指標。2.運用金屬學、材料強度學和斷裂物理、化學、力學的探討成果，深化分析各種失效現象的本質：主要失效抗力指標與材料成分、組織和狀態(tài)的關系，提出改進措施。3.依據“不同服役條件要求材料強度與塑性、韌性的合理協作”這一原則，分析探討失效零件現行的選材、用材技術條件是否合理，是否受舊的傳統學術觀念的束縛。4.用局部復合強化，克服零件上的薄弱環(huán)節(jié)，爭取達到材料的等強度設計?？朔Т胧┑膸讉€結合在進行失效分析和提出克服失效的措施時，還應做到幾個結合1.設計、選材和工藝相結合2.結構強度(力學計算、試驗應力分析)與材料強度相結合3.宏觀規(guī)律與微觀機理相結合(斷口與組織分析)4.試驗室規(guī)律性試驗探討與生產考驗相結合2.以制造過程為主線的失效分析思路

任何零件都要閱歷設計、選材、熱加工(鑄鍛焊)、冷加工、熱處理、精加工、裝配等工序，假如業(yè)己已經確認零件失效純屬于制造過程中的問題，則可對上述諸工序一一綻開分析。找出失效分析的緣由，提出克服失效的措施。3.以零件或設備為類別的失效分析思路機械產品按其類別可分為基礎零件和成套設備。對于同類零件或設備，盡管其功能各不相同，服役條件也有很大差別，但在其工作性質上仍有諸多相同或相通之處，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。4.2失效分析的系統工程思路與方法系統工程是一門綜合運用多種現代化科學技術的綜合性管理工程。系統工程的思路和方法是依據事物本身的系統性，把全部要探討的問題都放進系統中加以考察。對失效分析來說，就是把設備本身的各種破壞因素與環(huán)境因素和人為因素當作一個系統，再運用系統工程的分析方法來處理，最終得出失效緣由。故障樹分析法(FaultTreeAnalysis)故障樹分析法是用數理邏輯符號，把不希望發(fā)生的各種現象，沿其發(fā)生的經過而綻開成樹的形式，分析事故發(fā)生的途徑、緣由以及發(fā)生概率的方法。事實上是從已發(fā)生的失效事故動身逆著失效發(fā)生的過程進行分析，是一個從結果到緣由的所謂逆方向分析。故障樹可以反映出系統中故障的內在聯系，使人一目了然、形象地駕馭這種聯系并進行正確分析。所以建樹時要留意一下幾點：1）為建好故障樹，要選準建樹流程，然后依據主流程確定幾個分枝2）合理處理好系統及部件的邊界條件3）對系統中各事務的邏輯關系和條件必需分析清晰，不能有邏輯混亂和條件沖突4）故障事務定義要精確，不能在“樹”中造成邏輯混亂和沖突。對于某個機械零件的失效，一般可以從以下四個方面去考慮分枝建樹過程：1）結構設計上的問題2）選材、加工工藝及材質上的問題3）裝配上的問題4）運用維護中的問題在建樹過程中和初步推斷時，應遵循下列步驟：1）調查收集原始資料2）殘骸分析3）通過模擬進行誤差解除提出防止失效的措施故障樹分析指出的是特定條件下發(fā)生失效的主要緣由。例如設計不當或選材不當等。針對失效緣由，實行措施可以防止再發(fā)生這類失效。所實行的措施不確定是針對造成失效的主要緣由，而是依據實際生產條件實行的最有效并且經濟的方法。4.3失效分析的程序和步驟失效分析的程序可簡化為“問”、“望”、“聞”、“切”、“?！?、“結”六個方面失效分析步驟

1）調查探討收集原始背景材料2）殘骸拼湊分析與低倍宏觀檢查3）零件失效部位應力分析計算，必要時用試驗方法測定4）深化試驗分析5）綜合分析找出失效的緣由，提出防止和改進措施的建議6）撰寫失效分析報告4.4失效分析的基本試驗技術作為失效分析的手段，須要以下試驗技術：宏觀和微觀斷口分析技術；金相檢驗技術；無損探傷檢驗技術；常規(guī)成分、微區(qū)成分和表面成分分析技術；X射線衍射分析技術；試驗應力分析技術；力學性能測試技術；斷裂力學測試技術等。各個分析技術的特點1.宏觀分析技術及用肉眼或放大50倍以下的放大鏡視察分析是失效分析的基礎，可以確定損壞的起源，依據斷口的宏觀特征可以對加載方式、應力大小、材料的相對韌性與脆性等給以說明。2.借助體視顯微鏡的分析可以進一步幫助肉眼確認斷裂源和裂紋走向，以及視察磨損或腐蝕的狀況。3.金相顯微鏡的辨別率低，景深小，不宜于作斷口視察，但是可以通過金相顯微鏡得到裂紋擴展的方式（穿晶或沿晶）4.掃描電子顯微鏡（SEM）適合做斷口上的定點視察，可以視察深孔底部的形貌，對視察氣孔、疏松、氣蝕的底部狀況是唯一較好的工具，適合作拉伸、彎曲、壓痕、乏累、刀具切削等動態(tài)形變過程的視察；當備用高溫、低溫裝置時，可視察金屬與合金的相變過程和氧化過程。掃描的不足之處是不能辨別顏色和不能定結構。5.透射電子顯微鏡（TEM）辨別率高，能區(qū)分掃描電鏡不易區(qū)分的形貌微小環(huán)節(jié)，能確定其次相的結構，假如配有能譜，還能測定其次相的成分。6.電子探針（EP）主要的特點是能測量幾立方微米體積內材料的化學成分，如測量細小的夾雜物或其次相的成分，檢測晶界或晶界旁邊與晶內相比有無元素富集或貧化。但是不能代替常規(guī)的化學分析方法確定總體含量的平均成分，不能做H、He、Li三元素的分析7.俄歇能譜儀（AEM）是進行薄層表面分析的重要工具，用它來分析Li,Be,B,C,N,O時的靈敏度比電子探針高很多，但不能測定H和He.8.X射線分析可以確定斷口上的腐蝕產物、析出相或表面沉積物，它一次可獲得多種結構和成分9.力學性能試驗：做拉伸，沖擊試驗是為了測定失效材料的常規(guī)力學性能，檢驗材料的力學性能參量是否達到設計計算得要求。對于鋼材來說，在不解