1工程材料失效分析概述课件.ppt

* * §1 概述 问题 分析 解决 失效/事故 失效分析 抗失效技术 一般失效 轻微失效 严重失效 生产过程 设计过程 使用过程 方法技能 基础知识 * * 2. 失效程度 严重事故 零件 部件 机器设备 系统设备 轻微失效 中度失效 x x失控/ 爆炸等 断裂/应力腐蚀开裂/氢脆等 变形/ 磨损/ 轻微腐蚀等 1. 什么是失效？ 失效是对设备及其构件再使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。 一、失效与事故 * * ★ 不可查的：太多太多！ 3. 频发性 ★ 可查的：资料、图书、档案、网络 国家安全生产监督管理总局 4. 失效、事故的损失及危害 ★ 直接的 ★ 间接的 ★ 目前的 ★ 长期的 * * 二、抗失效意义 1. 促进科学技术的发展 例1： 19世纪中期，火车轴频发断裂，原因是疲劳。疲劳的研究促进了断裂力学和材料强度学的发展。 例2： 二战期间，美国焊接结构“自由轮”在美国-冰岛-英国航线上发生千余次断裂破坏事故，原因是碳钢和低台金钢在低温出现脆性。低温脆性的研究促进了低温材料的发展。 * * 2. 提高构件、装备的质量 例1：日本问题轿车的召回制 →零件内在质量大大提高 3. 提高经济/社会效益 例2：20世纪20年代 →奥氏体不锈钢的腐蚀失效 →提出晶间贫铬腐蚀／选择性腐蚀／沉淀相腐蚀理论 →开发不锈钢新钢种 * * 三、失效形式及原因 1. 失效形式 变形失效 断裂失效 腐蚀失效 磨损失效 局部腐蚀失效 均匀腐蚀失效 塑性变形失效 弹性变形失效 疲劳断裂失效 韧性断裂失效 脆性断裂失效 * * 2. 失效原因 设计不合理，如工程设计训练 选材不当及材料缺陷 制造工艺不合理 使用操作不当和维护不当 * * 举例：设计不当 容器碟形封头 按GBl50规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求过渡区尺寸r／Di≥0.06％，后修订为按r／Di≥ 0.10％进行结构设计，大大减少了过渡区失效的发生。 * * 无折边锥形封头使用范围半锥角α≤30°也是失效得来的教训。 2004年，某酒精厂蒸煮锅上封头采用α=80°的无折边锥形封头，在0.5MPa的工作压力下操作发生爆炸引起事故。 改进 * * 举 例：选材不当 1) 构件高温蠕变失效屡见不鲜 某厂的火管锅炉，壳体材料为16MnR，火管材料为10g无缝钢管，流体入口温度超过1000℃，出口温度为240℃，压力为4MPa。此火管使用一段时间后，局部过热而烧穿。 原因：高温炉管选材不合理，应选含Cr、Mo高的合金钢管替代10g钢。 * * 2) 某厂原使用一台进口的管壳式热交换器，壳体及管子均为18-8铬镍不锈钢，基于生产需要按原图纸再加工一台，把壳体改为低碳钢/18-8铬镍复合钢板，管子仍为18-8铬镍不锈钢，投入使用即发生壳体横向开裂。 原 因： ①管壳因材料热膨胀系数差异引起过大的轴向温差应力； ②选用复合钢板后未对换热器结构作改进。 * * 四、与其它学科的关系 失 效 分 析 可靠性分析 质量管理 测试技术 无损检测 工程力学 概率统计 系统工程 模糊数学 机械设计 工 艺 学 腐蚀科学 摩 擦 学 断 口 学 痕 迹 学 裂 纹 学 金 相 学 材 料 学 断裂物理 断裂力学 断裂化学 1. 与基础学科的关系 * * ● 与基础学科结合 2. 与基础学科交叉融合 失效 分析 化学 力学 物理 数学 失效 机理学 可靠性 数 学 失 效 数 学 损 伤 力 学 失 效 力 学 失 效 环境学 失 效 化 学 * * ● 与应用学科结合 失效机械设计学 失 效 材 料 学 失效机械制造学 失 效 环 境 学 失 效 方 法 学 机械设计学 工 程 力 学 断 裂 力 学 ＋ 失 效 分 析 物理冶金学 力学冶金学 材料工艺学 ＋ 机制工艺学 机 修 知 识 ＋ 腐蚀学 摩擦学 ＋ 无损探伤/模糊判断学 微分析学/数理统计学 金相学/可靠性工程学 ＋ * * 五、失效分析发展概况 1. 发展历程 特 征 年 代 阶 段 1950’S ～至今 工业革命前 ～ 1940’S 工业革命前 ①现代物理检测技术 ②集断裂特征分析、力学分析、结构分析、材料抗力分析和可靠性分析于一体 ③全国性失效分析中心及失效分析学会成立 ④出现大量的失效分析专著和论文集 宏观检测和光学金相观测分析 现象描述和凭经验分析 现 代 失效分析 近