(4.31)--概述-1.1失效和失效分析金属构件失效分析.pdf

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1、第1章 失效分析概论1.1 金属构件的失效及失效分析一、失效金属构件在使用过程中，由于设计问题、材料问题、制造质量问题、环境介质问题及操作维护问题等因素的作用，丧失其规定功能的现象。金属构件的失效大致可分为三种类型：完全丧失其规定的功能；部分丧失其规定的功能，虽仍能工作，但已不能圆满地完成规定的任务；失去安全工作能力的装备。1.1 金属构件的失效及失效分析二、失效引起的损失巨大损失直接经济损失间接经济损失失效迫使企业停产或者减产造成的损失引起其他企业停产或者减产造成的损失影响企业的信誉和市场竞争力造成的损失 美国1982年统计，因零件失效每年造成的经济损失达3400亿美元。1908年3月27日

2、，北海石油钻探船Alexander Kielland号，由于连接五根柱子的水平横梁发生腐蚀疲劳断裂而完全颠覆，损失达几千万美元。1.1 金属构件的失效及失效分析有些成为惨案和惨剧-惨不忍睹！1979年9月7日，中国某电化厂氯气车间的液氯钢瓶爆炸，使10t液氯外溢扩散，波及范围7.25 km2，致使59人死亡，779人中毒。1984年12月3日凌晨，在印度博帕尔市的美国联合碳化物公司所属的一家化工厂，由于安全装置失灵，系统升压导致储罐管路破裂，泄出大量毒气，造成375人死亡，2000人重伤，20万受到毒气的侵害，其中2万人需要住院治疗，有关方面要求美国公司赔偿150亿美元的损失费。1.1 金属构

3、件的失效及失效分析 1986.4.26 前苏联切尔诺贝利核电站4号核反应堆爆炸，当 场 31人 死 亡，附近13万多人被迫撤离，隔离区成为“死亡区”，间接导致5.5万人丧生，7万人成为残疾人，该次事故造成的直接经济损失在2350亿美元以上。“死城”-普里皮亚季镇(离核电站km)切尔诺贝利核电站“石棺”现场1.1 金属构件的失效及失效分析 2011年11月19日，泰安市新泰化工厂在冷凝器检修过程中发生一起爆燃事故，致使14人死亡，5人受伤。2013年11月22日，黄岛输油管道原油泄漏爆炸，造成62人死亡、136人受伤，直接经济损失7.5亿元。黄岛输油管道原油泄漏爆炸新泰化工厂爆燃事故1.1 金属

4、构件的失效及失效分析“失效”与“事故”的区别：要区分“失效”与“事故”，这是两个不同的概念。事故是一种结果，其原因可能是失效引起的，也可能不是失效引起的；同样，失效可能导致事故的发生，但也不一定就导致事故。1.1 金属构件的失效及失效分析三、失效分析为了查明失效构件的失效类型、失效机理和失效原因，研究并提出预防再失效的措施等而进行的一切技术活动和管理活动。四、失效分析目的通过对失效件的分析，明确失效类型、找出失效原因，提出改进和预防措施，防止类似的失效在设计寿命范围内再次发生，对装备及其构件在以后的设计、选材、加工及使用方面提供借鉴和指导。1.1 金属构件的失效及失效分析分析和查明产品的失效原

5、因、失效机理、判断失效模式，研究并提出预防再失效的对策。失效分析失效机理是指失效的物理、化学变化本质，其微观过程可追溯到原子、分子尺度和结构的变化。是对失效内在本质、必然性和规律性的研究。失效模式与其有必然的联系。更清楚地认识所用材料、提出更合理的技术规范、改进材料的选用和工艺技术在失效系统中寻找并确认失效零件及其部位。模式准确机理清楚原因明确措施得当根据失效件的外在宏观表现形式和过程，确定失效的性质和类型。失效原因是指酿成失效甚至事故的直接关键性因素。失效原因的查询和判断是建立在失效模式的确定和失效机理的分析基础上而得到科学结论。明确失效对象确定失效模式研究失效机理找出失效原因提出预防措施广

6、义地讲，失效分析的工作内容应包括失效分析的业务工作(即“门诊”工作)、失效分析的研究工作和失效分析的管理及技术反馈工作。1.1 金属构件的失效及失效分析失效分析与废品分析的区别:涉及的专业知识、采用的思想方法及分析手段等方面，有许多共同之处。在分析的对象、分析的目的及判断是非的依据等方面是不同的。失效分析的对象是在使用中发生失效的产品，分析的主要目的是寻找失效的原因，漏检和技术标准不合理都可能是失效的原因。废品分析的对象是不符合技术标准的产品及半成品，它所讨论的问题是产品及半成品为什么不符合技术标准的要求，至于产品的技术标准是否正确则不属于废品分析要解决的问题。1.1 金属构件的失效及失效分析

7、例：某传动齿轮，采用20CrMnTi钢制造，经渗碳淬火并低温回火处理。技术要求是：渗碳层的硬度58 63HRC，心部硬度3228HRC，马氏体及残余奥氏体4级，渗碳层深度为1.31.5mm，该齿轮在使用中发生断齿失效，要求分析断齿原因。1.1 金属构件的失效及失效分析分析1：常规检查结果渗碳层硬度为62HRC，心部硬度为32HRC，马氏体及残余奥氏体为3级，符合技术要求；渗碳层深度为1.1mm，不符合技术要求。按照技术要求而判为不合格品，这是无可非议的。现在要处理的问题是齿轮为什么发生断齿，那就不能简单地认定是硬化层深度不足而引起的。1.1 金属构件的失效及失效分析按失效分析的观点，在进行上述

8、常规检查后应作进一步分析。分析表明，断口为宏观脆性断裂，众多初裂纹源于齿根表面加工缺陷处，经快速扩展后引起断裂，属过载类型的宏观脆性断裂。原因：由于齿根加工质量不良产生的严重应力集中而引起。改进措施：提高齿根的加工质量，减少应力集中及防止过载。分析21.1 金属构件的失效及失效分析实践证明这一分析结论是正确的。如果按照废品分析的观点，增加硬化层的深度至1.31.5mm，虽然符合技术要求，但由于渗碳层的脆性进一步加大，不但解决不了此类断齿问题，还会增加断齿的危险性。因此，失效分析与废品分析是不同的，不能简单地将产品的某项技术指标不符合标准要求作为判断失效原因的依据，这一结论可能正确也可能完全不正确。1.1 金属构件的失效及失效分析事前分析：主要采用逻辑思维方法(如故障树分析法、事件时序树分析法、特征一因素图分析法等)，其主要目的是预防失效事件的发生。事中分析：主要采用故障诊断与状态监测技术，用于防止运行中的设备发生失效。事后分析：是采用实验检测技术与方法，对已经失效的某个系统或零件找出失效的原因。通常所说的失效分析是指事后分析。5、失效分析的分类按照失效分析工作进行的时序和主要目的，分为事前分析、事中分析和事后分析谢谢大家！