第十二章 失效分析优秀PPT.ppt

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1、第十二章 失效分析第一页，本课件共有57页Senior Engineer YangLi机械失效分析技术机械失效分析技术机械构件在使用过程中由于各种原因可能会发生失效现象。机械构件丧失其规定功能的现象称为失效。分析引起机械构件的失效原因，提出对策，研究采取补救措施的技术和管理活动称为失效分析第二页，本课件共有57页失效分析的目的失效分析的目的n以提高产品质量为目的，找出造成机械产以提高产品质量为目的，找出造成机械产品失效的原因及影响因素，提出改进措施，品失效的原因及影响因素，提出改进措施，以防止同类失效现象的重复出现。以防止同类失效现象的重复出现。n以技术攻关为目的的失效分析。以技术攻关为目的的

2、失效分析。n以劣质产品的确定和处理为目的的失效分析。以劣质产品的确定和处理为目的的失效分析。n仲裁性的失效分析。仲裁性的失效分析。n为进行修复而作的失效分析。为进行修复而作的失效分析。第三页，本课件共有57页失效分析是质量管理的重要环节失效分析是质量管理的重要环节n失效分析的经验是新产品开发规划和设计的重要依失效分析的经验是新产品开发规划和设计的重要依据据 DFMEAn开发规划和设计是决定产品质量的两个重要因素，由于规划和设开发规划和设计是决定产品质量的两个重要因素，由于规划和设计差错在产品失效案例统计分布中比例较大，现代的机械设计和计差错在产品失效案例统计分布中比例较大，现代的机械设计和质量

3、管理要求对产品作质量管理要求对产品作“危险度分析危险度分析”，就是运用失效分析的经验，就是运用失效分析的经验和知识去分析审查设计方案中是否存在某些会导致失效的因素及万一失和知识去分析审查设计方案中是否存在某些会导致失效的因素及万一失效后又会产生何种程度的危害，根据这种分析去修改设计方案，把失效效后又会产生何种程度的危害，根据这种分析去修改设计方案，把失效因素在产品设计时就消除或减少因素在产品设计时就消除或减少。n失效分析是对质量控制网的实地检验失效分析是对质量控制网的实地检验 FMEAn如产品在使用过程中频频发生失效，说明原来确定的质量控制如产品在使用过程中频频发生失效，说明原来确定的质量控制

4、网在某些环节上发生问题，失效分析可根据失效现象找出失效网在某些环节上发生问题，失效分析可根据失效现象找出失效原因，提出应当从哪些方面去调整，增强和改进质量控制网。原因，提出应当从哪些方面去调整，增强和改进质量控制网。第四页，本课件共有57页n产品在加工制造过程中，不论质量控制网如产品在加工制造过程中，不论质量控制网如何严格，也难免产生缺陷，这些缺陷通过失何严格，也难免产生缺陷，这些缺陷通过失效分析积累的经验和知识来判断对产品的功效分析积累的经验和知识来判断对产品的功能会产生何种影响，可分为危险缺陷、可修能会产生何种影响，可分为危险缺陷、可修复缺陷、无害缺陷。这种以失效分析经验和复缺陷、无害缺陷

5、。这种以失效分析经验和知识为依据的缺陷安全度分析，既可避免盲知识为依据的缺陷安全度分析，既可避免盲目报废，节约大量的材料、工时和成本，又目报废，节约大量的材料、工时和成本，又可保证产品安全使用。可保证产品安全使用。失效分析的经验是评定产品缺陷安失效分析的经验是评定产品缺陷安全的最佳参考依据全的最佳参考依据第五页，本课件共有57页 机械构件失效的主要形式机械构件失效的主要形式n变形失效n断裂失效n腐蚀失效n磨损失效第六页，本课件共有57页变形失效变形失效n弹弹性性变变形形失失效效-弹弹性性变变形形过过量量，虽虽表表面面未未发发现现任任何何损损伤伤痕痕迹迹，但但弹弹性性性性能能已已达达不不到到原原

6、设设计计要要求求。例例如如汽汽车车弹弹簧簧，经经长长期期使使用用后后松松弛弛性性能能降降低低导导致致不不能能起起缓缓冲冲作作用用塑性变形失效塑性变形失效n塑塑性性变变形形失失效效-变变形形量量超超过过极极限限，不不能能再再使使用用。经经长长期期运运转转后后的的汽汽轮轮机机叶叶片片逐逐渐渐伸伸长长发发生生塑塑性性变变形形而而与与壳壳体体相相接接触触，使汽轮机不能正常运行。使汽轮机不能正常运行。n蠕蠕变变变变形形失失效效-零零件件长长期期在在高高温温和和应应力力作作用用下下，即即使使小小于于屈屈服服应应力力也也会会缓缓慢慢地地产产生生塑塑性性变变形形，这这种种现现象象称称为为蠕蠕变变，当当蠕蠕变变

7、变变形形量量超超过过规规定定数数值值后后就就会会失失效效，甚甚至至产产生生蠕蠕变断裂。变断裂。n高高温温松松弛弛失失效效-零零件件在在高高温温下下失失去去弹弹性性功功能能而而导导致致失失效效。例例如如蒸蒸汽汽轮轮机机的的高高温温紧紧固固螺螺栓栓经经长长期期使使用用发发生生松松弛弛，使蒸汽轮机不能正常工作。使蒸汽轮机不能正常工作。第七页，本课件共有57页断裂失效断裂失效-塑性断裂塑性断裂n塑塑性性断断裂裂失失效效：当当构构件件所所承承受受的的实实际际应应力力大大于于材材料料的的屈屈服服强强度度时时，将将产产生生塑塑性性变变形形，应应力力进进一一步步增增大大，就就会会产产生生断断裂裂，称称为为塑塑

8、性性断断裂裂失效。失效。n塑塑性性断断裂裂的的特特征征：在在裂裂纹纹或或断断口口附附近近有有宏宏观观塑塑性性变变形形，或或者者在在塑塑性性变变形形处处有有裂裂纹纹出出现现；塑塑性性断断裂裂的的一一种种典典型型断断口口是是抗抗拉拉试试样样的的杯杯锥锥状状断断口口，杯杯部部呈呈纤纤维维状状特特征征，锥锥部部呈呈浅浅灰灰色色的的光光滑滑区区，并并与与杯杯部部或或45o角角。塑塑性性断断口口微微观观形形态态主主要要为为韧韧窝窝。根根据据韧韧窝窝的的形形状状可可分分析析断断裂裂时时所所受受应应力力的的性性质质，如如韧韧窝窝为为等等轴轴，受受正正应应力力作作用用，如如杯杯锥锥状状断断口口的的杯杯部部。韧韧

9、窝窝为为拉拉长长呈呈方方向向性性，受受剪剪切切应应力力或或撕撕裂裂应应力力作作用用，如如杯杯锥锥状状断断口口的的锥锥部部。韧韧窝窝的的大大小小与与形形核核数数量量、材材料料韧韧性性、温温度度、应应变变速速率率有有关关；材材料料韧韧性性好好、夹夹杂杂或或第第二二相相粒粒子子少少、温温度度高高、应应变变速速率率慢慢则则韧韧窝窝尺尺寸寸大大；反反之之则则韧韧窝窝尺尺寸寸小。小。n塑塑性性断断裂裂的的原原因因：通通常常情情况况下下塑塑性性断断裂裂是是由由于于外外应应力力超超过过材材料料的的屈屈服服强强度所致度所致(材料强度过低或超载材料强度过低或超载)。第八页，本课件共有57页断裂失效断裂失效-脆性断

10、裂失效脆性断裂失效n脆性断裂脆性断裂是指断裂前几乎不产生显著的塑性变形是指断裂前几乎不产生显著的塑性变形n按裂纹扩展的路径分为穿晶脆性断裂和沿晶脆性断裂按裂纹扩展的路径分为穿晶脆性断裂和沿晶脆性断裂。n解解理理断断裂裂-解解理理断断裂裂是是穿穿晶晶脆脆断断的的一一种种常常见见的的主主要要断断裂裂方方式式。解解理理断断裂裂是是指指在在一一定定的的条条件件下下，金金属属因因受受拉拉应应力力作作用用而而沿沿某某些些特特定定的的结结晶晶学学平平面面发发生生分分离离。铁铁素素体体钢钢的的解解理理面为面为100晶面。晶面。第九页，本课件共有57页解理断裂的特征解理断裂的特征*断裂时所受应力较低，常低于材料

11、的屈服强度及设计许用应力断裂时所受应力较低，常低于材料的屈服强度及设计许用应力*构件破坏之前没有或只有局部的轻微的塑性变形构件破坏之前没有或只有局部的轻微的塑性变形*断断裂裂源源总总是是发发生生在在缺缺陷陷处处(尤尤其其是是焊焊接接缺缺陷陷)或或几几何何形形状状突突变变的的凹槽、缺口等处，也有裂纹源由疲劳损伤处引起凹槽、缺口等处，也有裂纹源由疲劳损伤处引起*断断口口宏宏观观形形貌貌平平直直，断断面面与与拉拉应应力力方方向向垂垂直直，断断口口上上有有放放射射状状条条纹纹，放放射射状状条条纹纹的的收收敛敛点点为为断断裂裂源源，当当构构件件为为管管材材或或板板材材时时，断断口口上上有有人人字字纹纹条

12、条纹纹，人人字字的的头头部部指指向向裂裂源源，并并有有闪闪光光的的“小小刻刻面面”，断口微观形貌为河流花样，断口微观形貌为河流花样*一旦发生开裂，裂纹便以极高的速度扩展，危害性很大。一旦发生开裂，裂纹便以极高的速度扩展，危害性很大。第十页，本课件共有57页n形成解理脆断的条件形成解理脆断的条件:*构构件件存存在在三三向向应应力力集集中中部部件件，如如构构件件存存在在表表面面缺缺口口、裂裂纹纹等等缺缺陷陷、几几何何形形状的突变。状的突变。*有有一一定定大大小小的的应应力力作作用用，包包括括残残余余应应力力，尤尤其其是是在在冲冲击击应应力力作作用用下下易发生解理脆断。易发生解理脆断。*低温条件下，

13、当温度低于材料的脆性转变温度点时易发生解理脆断低温条件下，当温度低于材料的脆性转变温度点时易发生解理脆断n准解理断裂准解理断裂*准解理断裂常在经淬火及随后回火的马氏体组织中出现。准解理断裂常在经淬火及随后回火的马氏体组织中出现。*按断裂形态，准解理断裂介于韧性断裂和解理断裂之间，其韧性按断裂形态，准解理断裂介于韧性断裂和解理断裂之间，其韧性比解理断裂好，而比韧性断裂差。断口宏观形貌具有细小的放射比解理断裂好，而比韧性断裂差。断口宏观形貌具有细小的放射状条纹或呈瓷状，断口微观形态也有河流花样，但其河流短而不状条纹或呈瓷状，断口微观形态也有河流花样，但其河流短而不连续，并能观察到较多的撕裂岭特征连

14、续，并能观察到较多的撕裂岭特征第十一页，本课件共有57页断裂失效断裂失效-脆性断裂脆性断裂-沿晶脆性断裂沿晶脆性断裂n裂纹沿晶粒界面扩展而造成金属材料的脆断称为沿晶裂纹沿晶粒界面扩展而造成金属材料的脆断称为沿晶脆性断裂脆性断裂。通常晶界是强化的因素，即晶界的键合力高于晶内，只有在通常晶界是强化的因素，即晶界的键合力高于晶内，只有在晶界被弱化时才会产生沿晶断裂。晶界被弱化时才会产生沿晶断裂。n晶界弱化的基本原因晶界弱化的基本原因-材料本身或环境介质或高温的作用材料本身或环境介质或高温的作用*晶界沉淀相造成的沿晶断裂晶界沉淀相造成的沿晶断裂-由晶界的夹杂和第二相沉淀所造成由晶界的夹杂和第二相沉淀所

15、造成的，晶界上的析出相通常是不连续的，呈球状、棒状或树枝状，晶界的，晶界上的析出相通常是不连续的，呈球状、棒状或树枝状，晶界沉淀相越多，断裂应力越低沉淀相越多，断裂应力越低*杂质元素在晶界偏聚造成沿晶脆断杂质元素在晶界偏聚造成沿晶脆断-如如Ge、Sn、N、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te等。低合金钢的第二类回火脆性（合金钢在回火后慢冷等。低合金钢的第二类回火脆性（合金钢在回火后慢冷或在或在375560oC等温产生晶界脆化和沿晶断裂）。等温产生晶界脆化和沿晶断裂）。*环境介质侵蚀而引起的沿晶断裂环境介质侵蚀而引起的沿晶断裂-高强度钢的氢脆、应力腐蚀高强度钢的氢脆、应力腐蚀*高温下的沿晶断裂。

16、高温下的沿晶断裂。第十二页，本课件共有57页沿晶脆断的特征沿晶脆断的特征n断口在宏观上呈颗粒状，有时能观察到断口在宏观上呈颗粒状，有时能观察到放射状条纹。断口微观形貌呈冰糖状。放射状条纹。断口微观形貌呈冰糖状。第十三页，本课件共有57页断裂失效断裂失效-脆性断裂失效脆性断裂失效-疲劳断裂疲劳断裂n机机械械零零件件在在循循环环交交变变应应力力的的作作用用下下引引起起的的断断裂裂称称为为疲疲劳劳断断裂裂。在机械构件的断裂失效中，疲劳断裂所占的比例最高，达。在机械构件的断裂失效中，疲劳断裂所占的比例最高，达70%以上。以上。n疲疲劳劳断断裂裂的的类类型型-高高周周疲疲劳劳、低低周周疲疲劳劳、热热疲疲

17、劳劳、接接触触疲疲劳劳、腐蚀疲劳、微振疲劳、蠕变疲劳等。腐蚀疲劳、微振疲劳、蠕变疲劳等。n高高周周疲疲劳劳-循循环环次次数数N104105的的疲疲劳劳断断裂裂称称为为高高周周疲疲劳劳,为低应力高周疲劳断裂。为低应力高周疲劳断裂。n低低周周疲疲劳劳-循循环环次次数数N103，断断口口上上有有粗粗大大的的辉辉纹纹；当当循循环环次次数数N103，断断口口观观察察到到一一种种“轮轮胎胎花花样样”；当当循循环环次次数数N102，断断口口上上观观察察到到韧韧窝窝或或准准解解理。理。第十四页，本课件共有57页断裂失效断裂失效-脆性断裂失效脆性断裂失效-疲劳断裂疲劳断裂n热疲劳热疲劳-冷热交变应力作用下引起的

18、疲劳开裂称热冷热交变应力作用下引起的疲劳开裂称热疲劳。如发动机排气门、热模。宏观有网状或平行断续疲劳。如发动机排气门、热模。宏观有网状或平行断续的细小裂纹，微观断口有氧化特征，难见辉纹。的细小裂纹，微观断口有氧化特征，难见辉纹。n接接触触疲疲劳劳-接接触触应应力力作作用用引引起起疲疲劳劳破破坏坏。如如轴轴承承、轴轴瓦瓦、齿齿轮轮。宏宏观观有有剥剥落落特特征征，微微观观有有辉辉纹纹、准准解解理理等等特特征征。产生接触疲劳的原因主要是接触应力较高产生接触疲劳的原因主要是接触应力较高。n腐腐蚀蚀疲疲劳劳-腐腐蚀蚀介介质质和和交交变变应应力力联联合合作作用用下下引引起起的的疲疲劳劳破破坏坏称称腐腐蚀蚀

19、疲疲劳劳。断断口口宏宏观观上上有有腐腐蚀蚀特特征征，微微观观形形貌除疲劳辉纹外有腐蚀特征。貌除疲劳辉纹外有腐蚀特征。n微振疲劳微振疲劳-由微振应力作用下引起的疲劳破坏，如铆钉、由微振应力作用下引起的疲劳破坏，如铆钉、叶片、钢丝绳等。裂源处有磨损现象，疲劳断口上可观察到叶片、钢丝绳等。裂源处有磨损现象，疲劳断口上可观察到与高周疲劳相似的辉纹与高周疲劳相似的辉纹 第十五页，本课件共有57页高周疲劳的特征高周疲劳的特征n疲劳断裂过程中，工作应力多是在低于屈服应力下进行疲劳断裂过程中，工作应力多是在低于屈服应力下进行，零件不发生肉眼可见的宏观塑性变形，对于常见的低零件不发生肉眼可见的宏观塑性变形，对于

20、常见的低应力高周疲劳，在断裂发生后，也未能观察到宏观塑应力高周疲劳，在断裂发生后，也未能观察到宏观塑性变形现象，所以一般将疲劳断裂归入脆性断裂性变形现象，所以一般将疲劳断裂归入脆性断裂n疲劳断口具有独特的断口形貌，断口由疲劳源区、裂纹疲劳断口具有独特的断口形貌，断口由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个部分组成扩展区和瞬时断裂区三个部分组成。疲劳源常位于零件。疲劳源常位于零件的尖角、凹槽或材料的夹杂、空洞、微裂纹等缺陷处。的尖角、凹槽或材料的夹杂、空洞、微裂纹等缺陷处。裂纹扩展区具有独特的疲劳条纹，常以海滩状条纹、裂纹扩展区具有独特的疲劳条纹，常以海滩状条纹、贝纹线等术语描述其宏观特征。疲劳扩

21、展区的断口微贝纹线等术语描述其宏观特征。疲劳扩展区的断口微观形貌为疲劳辉纹。瞬时断裂区断口形貌与材料性质观形貌为疲劳辉纹。瞬时断裂区断口形貌与材料性质及断裂时应力状态有关，塑性材料常为塑性断裂，而及断裂时应力状态有关，塑性材料常为塑性断裂，而脆性材料为脆性断裂脆性材料为脆性断裂 第十六页，本课件共有57页产生疲劳断裂的常见原因产生疲劳断裂的常见原因 n材料强度不足引起的疲劳断裂；材料强度不足引起的疲劳断裂；n零零件件结结构构上上有有尖尖角角、键键槽槽、圆圆角角等等应应力力集集中中区；区；n 夹杂、疏松、气孔、微裂纹等材料缺陷；夹杂、疏松、气孔、微裂纹等材料缺陷；n表面缺陷，如凹坑、折叠、加工刀

22、痕；表面缺陷，如凹坑、折叠、加工刀痕；n热处理缺陷，如表面脱碳、过热热处理缺陷，如表面脱碳、过热 第十七页，本课件共有57页疲劳断口的宏观特征第十八页，本课件共有57页韧窝第十九页，本课件共有57页准解理第二十页，本课件共有57页沿晶第二十一页，本课件共有57页解理第二十二页，本课件共有57页疲劳辉纹疲劳辉纹第二十三页，本课件共有57页腐蚀失效腐蚀失效n金金属属与与其其表表面面接接触触的的介介质质发发生生反反应应而而造造成成的的损损坏坏称称为为腐腐蚀。蚀。n腐蚀失效的特点是失效形式众多，失效机理复杂。腐蚀失效的特点是失效形式众多，失效机理复杂。n腐腐蚀蚀失失效效占占金金属属机机械械构构件件失失

23、效效事事故故的的比比例例相相当当高高，仅仅次次于于疲疲劳劳断断裂裂。尤尤其其是是在在化化工工、石石油油、电电站站、冶冶金金等等工工业业领领域域中中，其其腐腐蚀蚀失失效效的的事事故故较较多多，造造成成的的损损失失是是巨巨大大的的。因因此此对对腐腐蚀蚀失失效效的的研研究究和和预预防防在在失失效效分分析析中中是是非非常常重重要要的工作。的工作。第二十四页，本课件共有57页腐蚀失效腐蚀失效-均匀腐蚀失效均匀腐蚀失效n均均匀匀腐腐蚀蚀失失效效-是是最最常常见见的的一一种种腐腐蚀蚀，又又称称全全面面腐腐蚀蚀失失效效。它它的的特特征征是是在在整整个个暴暴露露的的金金属属构构件件表表面面或或相相当当大大的的面

24、面积积上上发发生生化化学学或或电电化化学学反反应应而而被被腐腐蚀蚀，构构件件由由于于腐腐蚀蚀减减薄薄而而最最终终失失效。效。n均均匀匀腐腐蚀蚀耗耗费费掉掉大大量量金金属属材材料料，但但比比其其它它腐腐蚀蚀失失效效的的危危险险度度小小，比比较较容容易易进进行行预预测测和和防防腐腐，当当金金属属材材料料减减薄薄至至一一定定程程度度后后就就进进行行更更换换，不不至至于于造造成成突突然然断断裂裂，对对于于均均匀匀腐腐蚀蚀常常用用腐腐蚀速率：毫米蚀速率：毫米/年年(mm/a)来表示。来表示。n均匀腐蚀的防护措施均匀腐蚀的防护措施：*选择合适的材料，可降低腐蚀速率。选择合适的材料，可降低腐蚀速率。*在金属

25、表面涂覆耐蚀涂层或镀层。在金属表面涂覆耐蚀涂层或镀层。*在在工工况况介介质质许许可可情情况况下下，在在接接触触环环境境中中添添加加缓缓蚀蚀剂。剂。*采用阴极保护。采用阴极保护。第二十五页，本课件共有57页腐蚀失效腐蚀失效n点腐蚀n缝隙腐蚀n晶界腐蚀n应力腐蚀第二十六页，本课件共有57页腐蚀失效腐蚀失效-电偶腐蚀电偶腐蚀n电电偶偶腐腐蚀蚀-在在电电解解质质中中，两两种种不不同同的的金金属属相相接接触触，由由于于电电位位不不同同，构构成成一一个个微微电电池池，严严重重腐腐蚀蚀发发生生在在电电极极电电位位低低的的阳阳极极上上。在在机机械械构构件件最最多多见见的的是是在在异异金金属属的的管管子子接接头

26、头处处，异异金金属属螺螺栓栓或或铆铆钉钉的的连连接接处处，异异金金属属焊焊料料的的焊焊接接处处。如如加加热热水水箱箱或或锅锅炉炉一一般般用用钢钢板板制制成成，外外接接水水管管若若用用铜铜管管，则水箱和锅炉很快被腐蚀报废。则水箱和锅炉很快被腐蚀报废。n电电偶偶腐腐蚀蚀的的重重要要影影响响因因素素-大大阴阴极极与与小小阳阳极极，如如一一艘艘高高级级游游艇艇用用钢钢制制铆铆钉钉铆铆接接蒙蒙乃乃尔尔合合金金制制作作的的壳壳体体，在在海海水中使用仅几周，铆钉被腐蚀掉，船解体沉没水中使用仅几周，铆钉被腐蚀掉，船解体沉没。n电偶腐蚀预防措施电偶腐蚀预防措施：（1）尽可能使用电极电位接近）尽可能使用电极电位接

27、近的异金属连接。（的异金属连接。（2）避免使用大阴极、小阳极。）避免使用大阴极、小阳极。（3）异金属连接处采用加绝缘材料。（）异金属连接处采用加绝缘材料。（4）表面采用）表面采用涂层或镀层，与腐蚀介质隔离涂层或镀层，与腐蚀介质隔离。第二十七页，本课件共有57页电偶腐蚀预防措施电偶腐蚀预防措施n（1）尽可能使用电极电位接近的异金属）尽可能使用电极电位接近的异金属连接。连接。n（2）避免使用大阴极、小阳极。）避免使用大阴极、小阳极。n（3）异金属连接处采用加绝缘材料。）异金属连接处采用加绝缘材料。（4）表面采用涂层或镀层，与腐蚀介质）表面采用涂层或镀层，与腐蚀介质隔离隔离。第二十八页，本课件共有5

28、7页腐蚀失效腐蚀失效-腐蚀疲劳腐蚀疲劳n 腐腐蚀蚀疲疲劳劳：在在具具有有腐腐蚀蚀性性的的介介质质中中，金金属属材材料料的的疲疲劳劳极极限限（或或疲疲劳劳强强度度）显显著著降降低低。腐腐蚀蚀疲疲劳劳的的机机理理较较为为复复杂杂，通通常常认认为为，腐腐蚀蚀疲疲劳劳是是一一种种局局部部腐腐蚀蚀与与周周期期交交变变载载荷荷共共同同作作用用下下引引起起开裂的一个复杂过程。开裂的一个复杂过程。n腐腐蚀蚀疲疲劳劳开开裂裂的的影影响响因因素素：较较应应力力腐腐蚀蚀更更为为复复杂杂。除除材材料料本本身身及及环环境境介介质质外外，受受力力因因素素也也相相当当复复杂杂，应应力力幅幅值值和和频频率率对其影响很大。对其

29、影响很大。n腐腐蚀蚀疲疲劳劳的的断断口口特特征征：有有腐腐蚀蚀产产物物覆覆盖盖，颜颜色色呈呈棕棕黑黑色色，常常为为多多源源，疲疲劳劳常常起起源源于于点点腐腐蚀蚀坑坑或或零零件件结结构构上上的的尖尖角角、凹凹槽槽部部位位。断断口口微微观观形形貌貌为为其其疲疲劳劳辉辉纹纹有有与与河河流流花花样样相相垂垂直直的的形形态态，在在断断口口分分析析中中称称为为脆脆性性辉辉纹纹。用用能谱仪分析可检测到介质中的腐蚀元素。能谱仪分析可检测到介质中的腐蚀元素。n腐腐蚀蚀疲疲劳劳的的防防护护：与与应应力力腐腐蚀蚀防防护护相相似似，需需从从受受载载、冶冶金金因素、环境因素作综合考虑。因素、环境因素作综合考虑。第二十九

30、页，本课件共有57页腐蚀失效腐蚀失效-氢损伤氢损伤n氢氢损损伤伤：是是金金属属材材料料的的性性能能由由于于氢氢的的作作用用而而恶恶化化的的总总称称。造造成成金金属属氢氢损损伤伤的的氢氢，常常来来源源于于环环境境介介质质中中，故故把把氢氢损损伤伤归归为为腐腐蚀蚀失失效效。氢氢损损伤伤包包括括氢氢鼓鼓包包失失效效、氢氢脆脆开开裂裂、氢氢脱脱碳碳及及氢氢腐腐蚀。蚀。n氢氢鼓鼓包包：是是由由于于氢氢原原子子扩扩散散到到金金属属里里，在在金金属属的的空空穴穴（或或缩缩孔孔）、夹夹杂杂处处结结合合为为氢氢分分子子，而而氢氢分分子子不不能能继继续续扩扩散散，使使空空穴穴里里的的氢氢浓浓度度和和压压力力不不断

31、断上上升升，致致使使材材料料内内部形成一个微裂纹。其裂纹反映在断口上为部形成一个微裂纹。其裂纹反映在断口上为“白点白点”。n氢氢脆脆开开裂裂：在在高高强强度度钢钢中中发发生生较较多多，易易在在电电镀镀和和酸酸洗洗过过程程中中造造成成，是是由由于于氢氢离离子子被被还还原原并并扩扩散散到到金金属属中中，氢脆裂纹高强度钢为沿晶，强度较低的钢为穿晶。氢脆裂纹高强度钢为沿晶，强度较低的钢为穿晶。第三十页，本课件共有57页n氢氢脱脱碳碳：是是在在高高温温下下发发生生，金金属属表表面面接接触触到到含含有有氢氢的的环环境境，钢钢表表面面的的碳碳和和碳碳化化物物与与氢氢反反应应，使使表表面面脱脱碳碳而而引起钢强

32、度降低。引起钢强度降低。n氢氢腐腐蚀蚀：是是氢氢进进入入金金属属内内部部与与金金属属组组织织中中的的碳碳化化物物发发生生反反应而生成甲烷，常沿晶界发生腐蚀应而生成甲烷，常沿晶界发生腐蚀。第三十一页，本课件共有57页腐蚀失效腐蚀失效-其他腐蚀其他腐蚀 n高高温温腐腐蚀蚀：在在高高温温下下金金属属材材料料的的腐腐蚀蚀失失效效称称高高温温腐腐蚀蚀。如如水水和和其其它它腐腐蚀蚀介介质质都都不不存存在在，主主要要表表现现为为金金属属不不断断被被氧氧化化，生生成成氧氧化化皮皮，此此为为高高温温腐腐蚀蚀的的典典型型失失效效形形式式。若若高高温温下下有有H2S和和SO2气气相相对对金金属属起起腐腐蚀蚀作作用用

33、称称为为高高温温硫硫腐蚀，如柴油机零件中的热腐蚀。腐蚀，如柴油机零件中的热腐蚀。n气气蚀蚀：在在液液体体与与金金属属材材料料之之间间相相对对速速度度很很高高的的情情况况下下，由由于于气气体体在在材材料料表表面面的的局局部部区区域域形形成成空空穴穴或或气气泡泡并并迅迅速速破破灭灭。气气泡泡破破灭灭时时产产生生强强烈烈的的冲冲击击波波，压压力力可可达达410MPa，金金属属表表面面被被损损耗耗，形形成成蚀蚀坑坑，称称气气蚀蚀。在在螺螺旋旋桨桨、水水轮轮机机叶叶片片、泵泵的的叶叶轮等零件中常出现。轮等零件中常出现。第三十二页，本课件共有57页n微微动动磨磨损损腐腐蚀蚀-受受载载金金属属材材料料与与其

34、其相相接接触触的的固固体体材材料料作作微微小小的的相相对对运运动动时时产产生生微微动动磨磨损损，在在空空气气中中，微微动动磨磨损损能能引引起起氧氧化化，形形成成微微动动磨磨损损腐腐蚀蚀。接接触触海海水水的的多多股钢丝绳也易发生微动磨损腐蚀。股钢丝绳也易发生微动磨损腐蚀。n磨磨蚀蚀、冲冲刷刷腐腐蚀蚀-磨磨蚀蚀是是由由于于腐腐蚀蚀介介质质与与金金属属表表面面作作相相对对运运动动而而引引起起的的，磨磨蚀蚀失失效效零零件件上上往往往往有有沟沟槽槽、水水波波纹纹。冲冲刷刷腐腐蚀蚀实实际际上上是是磨磨蚀蚀的的一一种种，只只是是介介质质流流速速很很高，冲击力大。高，冲击力大。n微微生生物物腐腐蚀蚀-微微生生

35、物物新新陈陈代代谢谢可可产产生生腐腐蚀蚀性性很很强强的的物物质质引引起起对对金金属属材材料料的的腐腐蚀蚀，如如澡澡类类造造成成对对冷冷却却水水管管的的腐腐蚀蚀，贝贝壳类动物、海藻对海洋工程构件造成腐蚀失效。壳类动物、海藻对海洋工程构件造成腐蚀失效。第三十三页，本课件共有57页磨损失效磨损失效n相相互互接接触触并并作作相相对对运运动动的的物物体体，由由于于机机械械作作用用所所造造成成的的材材料料位位移移及及分分离离的的破破坏坏形形式式称称为为磨磨损损失失效效。所所有有滑滑动动或或滚滚动动的的零零件件均均会会受受到到磨磨损损，如如轴轴承承、齿齿轮轮、导导轨轨、活活塞塞环环、花花键键、制制动动器器、

36、离离合合器器等等。磨磨损损失失效效虽虽不不象象断断裂裂失失效效及及腐腐蚀蚀失失效效所所造造成成的的损损失失巨巨大大，然然而而也也发发现现一一些些灾灾难难性性的的事事故故根根源源来来自自磨磨损损失失效效，如如飞飞机机起起落落架架和和液液压压控控制制筒筒在在活活塞塞与与油油缸缸、活活塞塞秆秆与与密密封封之之间间发发生生微微动动磨磨损损，最最后后导导致致飞飞机机起起落落架架无无法法放放下下而而发发生生机机毁事故。毁事故。n常见的磨损失效主要有粘着磨损、磨粒磨常见的磨损失效主要有粘着磨损、磨粒磨损、接触疲劳磨损、微动磨损损、接触疲劳磨损、微动磨损等等。第三十四页，本课件共有57页失效分析思路及方法失效

37、分析思路及方法 n逐个因素排除法逐个因素排除法5M1E法法*从从操操作作人人员员(Man)、机机械械设设备备系系统统(Machine)、材材料料(Material)、制制 造造 工工 艺艺(Manufacturing)、环环 境境(Environment)和和管管理理(Management)六六个个方方面面来来分分析析事事故故的的原因原因n系统工程法系统工程法故障树法故障树法(FTA)*查明与事故的发生有关的所有可能的原因查明与事故的发生有关的所有可能的原因*作作为为一一种种手手段段，利利用用图图形形明明确确地地把把分分析析对对象象的的过过程程或或结结果果形象地表示出来形象地表示出来*可以方便

38、地计算出系统故障的概率可以方便地计算出系统故障的概率n系统工程法系统工程法特征特征-因素图分析法因素图分析法n失效分析专家系统，失效分析案例库失效分析专家系统，失效分析案例库第三十五页，本课件共有57页n以整体原则为思路的分析法以整体原则为思路的分析法-进行失效分析时，进行失效分析时，始终要树立整体观念。零件一旦失效，就要把设备始终要树立整体观念。零件一旦失效，就要把设备-环环境境-人当作整体关系来考虑，首先将设备、环境、人三人当作整体关系来考虑，首先将设备、环境、人三方面问题各自进行考虑和分析，然后再根据调查资料方面问题各自进行考虑和分析，然后再根据调查资料和检验结果，采取和检验结果，采取“

39、消去法消去法”，把不可能的问题逐个，把不可能的问题逐个排除，对剩下的问题再进行仔细分析，通过试验分析排除，对剩下的问题再进行仔细分析，通过试验分析找出失效原因找出失效原因 n以设备制造全过程为系统的思路以设备制造全过程为系统的思路-如已排除人如已排除人员及环境因素，就可以从设备制造方面进行考虑。可从员及环境因素，就可以从设备制造方面进行考虑。可从以下几方面考虑（以下几方面考虑（1）设计不当；（）设计不当；（2）材质问题；）材质问题；（3）热加工缺陷；（）热加工缺陷；（4）冷加工缺陷；（）冷加工缺陷；（5）装配和检）装配和检验不当；（验不当；（6）使用和维护不当。）使用和维护不当。第三十六页，本

40、课件共有57页n根据失效类型和失效模式（机理）分析的思路根据失效类型和失效模式（机理）分析的思路-机械产品一旦失效，一般不外乎变形、断裂、腐蚀、机械产品一旦失效，一般不外乎变形、断裂、腐蚀、磨损四种失效形式，首先根据失效件的使用工况、表磨损四种失效形式，首先根据失效件的使用工况、表面形貌、断口宏观微观形貌，就可以确定该项失效模面形貌、断口宏观微观形貌，就可以确定该项失效模式，然后通过实验数据来分析引起失效的原因式，然后通过实验数据来分析引起失效的原因 n根据构件服役条件分析的思路根据构件服役条件分析的思路-机械构件发生失效机械构件发生失效除制造质量缺陷外，与它的服役条件影响很大。通常情况下与除

41、制造质量缺陷外，与它的服役条件影响很大。通常情况下与失效有关的服役条件有力、时间、温度和环境，根据这些诱发失效有关的服役条件有力、时间、温度和环境，根据这些诱发条件初步可确定失效模式，排除大部分其它原因条件初步可确定失效模式，排除大部分其它原因。第三十七页，本课件共有57页第三十八页，本课件共有57页失效分析程序失效分析程序 n接受任务、调查研究、分析失效原因和提接受任务、调查研究、分析失效原因和提出改进措施出改进措施-对于简单的失效零件，且失效因对于简单的失效零件，且失效因素也较简单，一般不需要设计分析程序，对于一个大素也较简单，一般不需要设计分析程序，对于一个大而复杂的系统失效，为使工作进

42、展顺利，分析结论准而复杂的系统失效，为使工作进展顺利，分析结论准确，设计一个分析程序是非常重要的。确，设计一个分析程序是非常重要的。n接受任务，明确要求接受任务，明确要求-失效分析人员在接受任失效分析人员在接受任务时，必须明确失效分析的目的务时，必须明确失效分析的目的。n调查研究调查研究-调查研究的目的是为了了解失效件调查研究的目的是为了了解失效件的背景材料和现场情况的背景材料和现场情况 第三十九页，本课件共有57页n了了解解失失效效件件的的名名称称、型型号号、生生产产厂厂、制制造造工工艺艺、工作时间、使用环境等工作时间、使用环境等。n现场调查现场调查-对于一个重大的失效事故，应保护现场。失对

43、于一个重大的失效事故，应保护现场。失效分析人员现场调查通常包括以下方面效分析人员现场调查通常包括以下方面：*了解发生失效的时间、地点、周围环境及失效经过。了解发生失效的时间、地点、周围环境及失效经过。*观察失效件的破坏程度、并作记录和照相。观察失效件的破坏程度、并作记录和照相。*观察失效件周围的金属屑、氧化皮等一切可疑杂物。观察失效件周围的金属屑、氧化皮等一切可疑杂物。*失效件周围环境、温度、湿度、气氛、水质等情况。失效件周围环境、温度、湿度、气氛、水质等情况。*调查现场目击者的证词。调查现场目击者的证词。*对失效件作宏观分析，选择供实验室分析用的试样。对失效件作宏观分析，选择供实验室分析用的

44、试样。*收收集集失失效效件件的的背背景景材材料料，包包括括使使用用记记录录、运运转转情情况况、维修情况、操作人员的情况。维修情况、操作人员的情况。第四十页，本课件共有57页失效件测试和分析失效件测试和分析 n直观分析直观分析(宏观分析宏观分析)-直观分析主要用肉眼或低倍放直观分析主要用肉眼或低倍放大镜观察，是以后各项试验分析的基础，十分重要，大镜观察，是以后各项试验分析的基础，十分重要，须仔细进行。直观分析通常包括以下内容须仔细进行。直观分析通常包括以下内容：*观观察察整整套套装装置置或或整整个个部部件件，了了解解失失效效装装置置各各部部分分的的作用。作用。*初初步步确确定定失失效效形形式式，

45、如如韧韧性性、脆脆性性、疲疲劳劳、腐腐蚀或磨损。蚀或磨损。*根据断口形貌确定裂源位置。根据断口形貌确定裂源位置。*根根据据断断裂裂特特征征推推测测加加载载方方式式(拉拉、弯弯、压压、扭扭等等)，应力大小、应力方向。，应力大小、应力方向。第四十一页，本课件共有57页*根根据据断断裂裂特特征征判判断断是是否否由由缺缺陷陷引引起起，如如材材质质缺缺陷、制造加工缺陷、装配缺陷等。陷、制造加工缺陷、装配缺陷等。*根根据据断断口口形形貌貌初初步步确确定定环环境境介介质质影影响响，对对未未断断裂裂的的腐腐蚀蚀失失效效件件表表面面、粒粒屑屑、介介质质进进行行分分析析观观察察，初初步提出属于何种腐蚀失效。步提出

46、属于何种腐蚀失效。*对对磨磨损损失失效效件件的的表表面面磨磨损损形形貌貌、表表面面裂裂纹纹、磨磨粒等进行观察。粒等进行观察。第四十二页，本课件共有57页裂源识别法裂源识别法n碎块拼凑法碎块拼凑法-将碎块依次拼合，密合程度好将碎块依次拼合，密合程度好的是后断的，密合程度差的是先断的，图中的是后断的，密合程度差的是先断的，图中A先断。先断。第四十三页，本课件共有57页n-若一个零件上存在两条以上裂纹，横贯裂纹为主裂若一个零件上存在两条以上裂纹，横贯裂纹为主裂纹，下图中，裂源位于纹，下图中，裂源位于A裂纹的裂纹的O或或O处。处。“T”型型法法第四十四页，本课件共有57页n-下图中，汇合处为裂源，分叉

47、裂纹产生于后。下图中，汇合处为裂源，分叉裂纹产生于后。多枝形法多枝形法第四十五页，本课件共有57页n-人字纹出现在板材断口上，人字纹出现在板材断口上，“人人”字头部指向裂源，字头部指向裂源，人字形法人字形法第四十六页，本课件共有57页n-放射状条纹的会聚点就是裂源，放射状条纹的会聚点就是裂源，放射状标记法放射状标记法第四十七页，本课件共有57页n最小应变法最小应变法-对于韧性材料，断裂时宏观对于韧性材料，断裂时宏观变形先小后大，变形小的为裂源变形先小后大，变形小的为裂源 n剪切唇法剪切唇法-剪切唇在断口上较易识别，其剪切唇在断口上较易识别，其特征断口光滑，与主应力方向呈特征断口光滑，与主应力方

48、向呈45o角，外表角，外表面有毛边等特征，剪切唇的对面为裂源。面有毛边等特征，剪切唇的对面为裂源。n贝纹花样判断法贝纹花样判断法-对于疲劳断口，根据对于疲劳断口，根据贝纹线判断裂源，裂源位于弧形条纹的圆弧贝纹线判断裂源，裂源位于弧形条纹的圆弧中心处。中心处。n氧化法氧化法-当断口由腐蚀介质或温度作用下产当断口由腐蚀介质或温度作用下产生，断口上氧化或腐蚀严重的部位为裂源。生，断口上氧化或腐蚀严重的部位为裂源。第四十八页，本课件共有57页取样取样n对分析过程中所需要的全部试样，在现场调查对分析过程中所需要的全部试样，在现场调查时应有计划，取样的部位及数量应合理确定，时应有计划，取样的部位及数量应合

49、理确定，取样要有代表性，检查失效件的力学性能、金取样要有代表性，检查失效件的力学性能、金相组织、化学成分等须在失效源附近取样，而相组织、化学成分等须在失效源附近取样，而对比试样则要远离裂源区。对于断口试样取样对比试样则要远离裂源区。对于断口试样取样时注意防止对断口的损伤，对于大件取样一般时注意防止对断口的损伤，对于大件取样一般用火焰切割或机械切割，切割时离分析部位要用火焰切割或机械切割，切割时离分析部位要保持一定距离，以保证分析样品的组织和性能保持一定距离，以保证分析样品的组织和性能不受切割热的影响不受切割热的影响。第四十九页，本课件共有57页金相检验金相检验n金相检验金相检验-是失效分析中很

50、重要的一项工作，包括宏观检验与微观是失效分析中很重要的一项工作，包括宏观检验与微观检验，常有以下几方面内容：检验，常有以下几方面内容：n低低倍倍酸酸蚀蚀检检验验-检检查查材材料料内内部部偏偏析析、疏疏松松、夹夹杂杂、气气孔孔等等缺缺陷陷；表表面面折折叠叠、夹夹砂砂、斑斑疤疤等等缺缺陷陷；内内裂裂纹纹、白白点点、过过烧等；锻造流线、焊接质量、磨削烧伤等。烧等；锻造流线、焊接质量、磨削烧伤等。n硫印和磷印硫印和磷印-检验钢中硫和磷的偏析。检验钢中硫和磷的偏析。n显显微微组组织织分分析析-判判断断失失效效件件的的热热处处理理或或冷冷加加工工工工艺艺是否正常。是否正常。n分分析析失失效效件件在在工工作