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发表于 2007-8-12 12:16:06
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摘自：《失效分析的任务、方法及其展望》一文
2 ~( S0 O N z# J# B失效分析的思路及程序
0 w7 H) M( W) `- W/ W1.防止失效的思路
; n. s+ D5 m' x: T$ D4 z" p' u失效分析及失效的防止好比医生治病,正确的诊断、配合对症下药才能将病治好,这是紧密联系的两个方面。其基本思路是:
( S! t* \4 F8 A: T6 h) K(1)对具体服役条件下的零部件进行具体分析,从中找出主要的失效形式及主要失效抗力指标。
, j5 z8 c2 Z; h, O(2)运用金属学、材料强度学和断裂物理、化学、力学的研究成果,深入分析各种失效现象的本质,以主要失效抗力指标与材料成分、组织、状态的关系,提出改进措施。
9 j4 s# z7 J1 d(3)根据“不同服役条件要求材料强度和塑性、韧性的合理配合”这一规律,分析研究失效零部件现行的选材、用材技术条件是否合理,是否受旧的传统学术观念束缚。在失效分析中常遇到一些“合法而不合理”的技术条件规定,如果把它当成金科玉律,则会犯分析上的错误,对防止零部件失效不利。
3 v% H) Y# l! U7 n* c(4)采用局部复合强化,克服零部件上的薄弱环节,争取达到材料的等强度设计。8 r. X4 j- L8 r$ k* L$ I; P+ h
(5)在进行失效分析和提出防止失效的措施时,还应做到几个结合:/ P+ L5 T: @+ C; H1 M% l+ @" U4 p
①设计、材料、工艺相结合,即对形状、尺寸、材料、成型加工和强化工艺统一考虑;
) E% `. N, p" i" F1 _6 a②结构强度(力学计算、实验应力分析)与材料强度相结合,试棒试验与实际零部件台架模拟试验相结合; p7 N* C+ u9 ^9 Z }
③宏观规律与微观机理相结合,宏观断口和微观断口分析相结合,宏观与显微、亚显微组织分析相结合;4 G( a# `! \/ y
④试验室规律性试验研究与生产试验相结合。
6 E0 b1 f s9 T' S5 @3 S( P% U1 a2.失效分析的程序
/ d$ Y/ [5 i& T: X w进行失效分析,对于具体零部件要具体对待,不能企求有统一的方法。在整个失效分析过程中,应重点抓住以下几个环节:
- _& L9 ?/ ^" C! V& @3 R8 @" b(1)收集失效件的背景数据 除了解失效零部件在机器中的部位和作用、材料牌号、处理状态等基本情况外,应着重收集下面两方面的资料:6 C# R- g( P2 Q' {4 I: w+ |) R( ~
①失效件全部制造工艺历史。从取得有关图纸和技术标准开始,了解冶炼、铸造、压力加工、切削加工、热处理、化学热处理、抛光、磨削、各种表面强化和表面处理及装配、润滑情况;8 W( O7 X- }: p" o
②失效件的服役条件及服役历史。除了解载荷性质、加载次序、应力状态、环境介质、工作温度外,应特别注意环境细节和异常工况,如突发超载、温度变化、温度梯度和偶然与腐蚀介质的接触等。/ Q8 E+ i. L2 U& b3 y
(2)失效零部件及全部碎片的外观检查 在进行任何清洗之前都应经过彻底的外观检查,用摄相等方法详细做好记录。重点检查内容为:
; U9 l) v8 p$ [5 `①观察整个零部件的变形情况,看是否有镦粗、下陷、内孔扩大、弯曲、颈缩等;
/ M- O6 y* d8 E7 a0 I②观察零部件表面冷热加工质量,如有无过烧、折叠、斑疤等热加工缺陷,有无刀痕、刮伤等机加工缺陷,有无冷热加工造成的裂纹;! M) M2 s) k- |- v
③观察断裂部位是否在键槽、油孔、尖角、加工深刀痕、凹坑等应力集中处;
* k9 \* m+ J, e" c/ R0 L④观察零部件表面有无氧化、腐蚀、气蚀、咬蚀、磨损、龟裂、麻点或其它损伤;8 Q; K; ~4 Y. t! F6 |5 c
⑤观察相邻零部件或配偶件的情况;
& r A( V5 E6 I6 m& s, R1 [⑥观察零部件表面有无附着物。4 \+ ^9 Q. h$ \- W4 A
(3)试验室检验 在检验前,对试验项目和顺序、取样部位、取样方法、试样数量等均应全面、周密地考虑。一般采用的分析手段有下列各项:- M/ U3 k5 x( k
①化学分析 3 v5 u: N. w V! ]+ p
目的是鉴定零部件用材料是否符合原定要求,有无用错材料或成分出格,必要时可分析微量元素或进行微区成分分析。当表面有腐蚀产物时,也应分析腐蚀产物成分;! N8 y4 c3 m* X* P2 X$ l
②宏观(低倍)分析 主要用于检查原材料或零部件质量,揭示各种宏观缺陷;
# o2 D1 P1 [* K7 j5 q③断口分析
- P' \: }8 |% R0 f对于断裂失效零部件,断口分析是最重要的一环。断口形貌真实地反映了断裂过程中材料抵抗外力的能力,记录了对材料断裂起决定作用的主裂缝所留下的痕迹。通过对断口形貌特征的分析,不仅可以得到有关零部件使用条件和失效特点的资料,还可以了解断口附近材料的性质和状况,进而可以判明断裂源、裂纹扩展方向和断裂顺序,确定断裂的性质,从而找出断裂的主要原因。断口分析先用肉眼或低倍实体显微镜和立体显微镜从各个角度来观察断口表面的纹理和特征,然后用电子显微镜(特别是扫描电镜)对有代表性的部位进行深入观察,以了解断口的微观特征;: \7 q8 C5 ~$ y( [; `! W+ h5 w
④微观组织分析 . I) p9 X! b1 u
即用金相显微镜、电子显微镜鉴定失效分析的显微组织,观察非金属夹杂物,分析组织对性能的影响,检查铸、锻、焊和热处理等工艺是否恰当,从而由材料的内在因素分析导致失效的原因;1 V/ v& _) w# N# Q
⑤力学性能试验 在必要时可以进行某些项目的力学性能试验,包括断裂韧性试验,以校验该零部件的实际性能是否符合技术要求;) ~* K& s2 a0 m1 z8 N
⑥其它检测项目 如用X射线衍射仪进行定性(如σ相)或定量(如残余奥氏体含量)分析,对受力复杂的零部件进行实验应力分析等等。
) i: v; f' j' t. L' D8 ~(4)判定失效原因 ! r' p- n% i- x0 {
进行上述环节后,把所得的资料进行综合分析,搞清失效的过程和规律,这是失效分析的重要环节。断裂失效原因的分析过程见图4。一般要从影响零部件失效的结构设计因素、材料因素、工艺因素、装配因素和服役条件因素中进行全面分析,真正找到导致该零部件早期失效的主导因素。重大的失效分析项目,在初步确定失效原因后,还应及时进行重现性试验(模拟试验),以验证初步结论的可靠性。; d" i$ `# x$ {! l8 C, K% a
(5)失效分析的反馈
9 e) p, ?' v$ z1 v积极的失效分析,其目的不仅在于失效性质和原因的分析判断,更重要的是反馈到生产实践中去。由于失效原因涉及到结构设计、材料设计、加工制造及装配使用、维护保养等各个方面,失效分析结果也要相应地反馈到这些环节。在一般情况下,失效分析反馈可按图5所示的基本思路进行,即从失效分析的结论中获得反馈信息,据以确定提高失效抗力的途径(形成反馈试验方案),并通过试验选择出最佳改进措施。反馈的结果可能是改进设计结构、材料、工艺、现场操作规程,也可能是综合改进。
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