材料失效分析概述详解.ppt

齿轮用保证淬透性钢 20CrMoH淬透性带标准 正火温度：915~935℃ 端淬温度：925±5℃ 失效引起的重大事故 材料在选用、设计、制造、使用、维修等过程中发生失效，轻则更换零件、重则导致严重事故，历史上曾有： 列车因车轴、车轮的断裂而出轨或倾覆； 大型轮船因船体的断裂而沉没； 大型压力容器、锅炉的失效而爆炸； 大型电站转子的断裂飞出； 桥梁的突然断裂； 飞机发动机、机翼等零件的失效而坠毁； 海洋钻井平台的立柱断裂而沉没。 重大失效案例 1986年1月28日，美国“挑战者”号第10次发射升空后73秒钟突然爆炸，7名宇航员遇难，直接损失12亿美元。 原因：助推器中“o橡胶圈”在低温天气下弹性降低，伸缩速度变慢，未达到规定要求，密封效果在0.2秒内失效，使助推器的燃料泄露发生爆炸。 2010年5月5日，美国墨西哥湾的英国抽油井发生抽油井爆炸和原油泄漏，井下“防喷阀” 无法关闭，造成原油泄漏，生态破坏，经济损失高达几百亿美元。 2010年07月17日 ，大连输油管线爆炸，由于油泵失效，无法切断直径700毫米输油管的阀门，导致大火燃烧超过12个小时。 * 《材料失效分析》内容 一、材料失效分析概述（教室，2学时） 二、材料失效因素（教室，2学时） 三、材料失效状态（教室，2学时） 四、失效分析方法（教室，2学时） 五、案例分析（教室，6学时） 六、实际零部件失效实验分析（实验室，6学时） 成绩考核：《实际零部件失效分析报告》 参考书：《机械零件失效分析 》刘瑞堂 第一章 失效分析概述 材料失效：材料（产品、零件）在加工和使用中因状态改变失去了规定的 功能。 宏观状态：变形、裂纹、断裂、磨损、腐蚀等。 微观状态：相变、偏析、偏聚、强化状态等。 失效的功能：强度、塑性、韧性、弹性、磁性、耐蚀性、耐热性、保温性、 导电性、加工性等。 失效的程度：(1)完全丧失；(2)失去部分功能；(3)能够加工或使用，但质 量可靠性差。 材料（产品、零件）的失效可发生在加工环节和使用过程。 加工环节：冶炼、合成、浇注、锻造、热轧、冷轧、热处理、焊接、切割、 机加等。 使用过程：过载载荷、恶劣环境、正常使用。 汽车零件失效造成事故 曲轴抱瓦 汽车零件失效造成事故 曲轴断裂 涡轮机叶片突然断裂 水泥罐车罐体断裂 空气压缩机 换热器 　　 齿面磨粒磨损 齿面塑性变形 齿面点蚀（表面疲劳磨损） 断齿 齿轮的失效形式（宏观） 盘齿齿面测量 齿轮的失效方式（微观） 举例： 汽车锥形齿轮加工过程发生无规律变形超差失效，装车运行发热、噪声大、寿命降低。 汽车后桥 材料：20CrMoH 工序：锻造 → 正火 →机加→ 渗碳 → 压床淬火→低温回火→精加工→检测 1250→1000℃ 950℃ 960℃ 860℃ 200℃ 工序：锻造→等温正火→机加→渗碳 →压床淬火→低温回火→精加工→检测 等温正火 普通正火 等温正火 普通正火 例：低碳钢在常温韧性良好，但在低温就会变脆，特别是含夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹较多时，v型缺口ak值较低，Tk较高。二次大战期间，美国有24艘船舶甲板完全断裂。事故多发生在气温多为零度以下的北大西洋航线上。 形成断裂源条件可分三类： 1)焊缝或焊接热影响区处部位； 2)结构件的应力集中处； 3)制造中造成局部损伤部位（划痕、凹坑、切口等）。 产品完全失效容易引发事故，甚至可造成重大或灾难事故，生命财产损失巨大，统计数字惊人。 压力容器壳体爆裂 2013年11月22日,青岛输油管道腐蚀减薄破裂、原油泄漏流入排水暗渠,遇明火爆炸。 o橡胶圈低温弹性失效 2013年6月17日，日本三菱重工长崎造船厂用高张力钢建造的9万吨船舶断裂。 1）重46万吨，局部钢接近强度极限；2）铆钉劣质，极易脆断； 3）钢板含硫超标，韧性低；4）环境温度低，局部撞冰山受冲击载荷。 材料失效形式分类 材料失效的主要因素 材料设计与选材因素 材料加工与热处理因素 产品装配因素 产品使用、操作和维护因素 失效分析方法： 用材料检验设备与相关标准及逻辑推理认定失效因素与机理，提出解决方案。 1、零件的服役条件-载荷 2、零件的服役条件-介质 3、零件的服役条件-温度 材料失效分析学是多个专业知识的组合 材料（零件）失效分析需要掌握的专业知识： ★材料化学成分设计、产品（零件）设计 ★冶金：冶炼、熔炼、粉末冶金、合成、复合 ★成型：凝固、热变形、冷变形、焊接