失效分析基础2008.ppt

失效分析基础 杨力 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 失效分析的目的 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，以防止同类失效现象的重复出现。 以技术攻关为目的的失效分析。 以劣质产品的确定和处理为目的的失效分析。 仲裁性的失效分析。 为进行修复而作的失效分析。 失效分析是质量管理的重要环节 失效分析的经验是新产品开发规划和设计的重要依据 DFMEA 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，现代的机械设计和质量管理要求对产品作“危险度分析”，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。 失效分析是对质量控制网的实地检验 FMEA 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。 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、可修复缺陷、无害缺陷。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。 机械构件失效的主要形式 变形失效 断裂失效 腐蚀失效 磨损失效 变形失效 弹性变形失效----弹性变形过量，虽表面未发现任何损伤痕迹，但弹性性能已达不到原设计要求。例如汽车弹簧，经长期使用后松弛性能降低导致不能起缓冲作用塑性变形失效 塑性变形失效----变形量超过极限，不能再使用。经长期运转后的汽轮机叶片逐渐伸长发生塑性变形而与壳体相接触，使汽轮机不能正常运行。 蠕变变形失效----零件长期在高温和应力作用下，即使小于屈服应力也会缓慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变，当蠕变变形量超过规定数值后就会失效，甚至产生蠕变断裂。 高温松弛失效----零件在高温下失去弹性功能而导致失效。例如蒸汽轮机的高温紧固螺栓经长期使用发生松弛，使蒸汽轮机不能正常工作。 断裂失效----塑性断裂 塑性断裂失效：当构件所承受的实际应力大于材料的屈服强度时，将产生塑性变形，应力进一步增大，就会产生断裂，称为塑性断裂失效。 塑性断裂的特征：在裂纹或断口附近有宏观塑性变形，或者在塑性变形处有裂纹出现；塑性断裂的一种典型断口是抗拉试样的杯锥状断口，杯部呈纤维状特征，锥部呈浅灰色的光滑区，并与杯部或45o角。塑性断口微观形态主要为韧窝。根据韧窝的形状可分析断裂时所受应力的性质，如韧窝为等轴，受正应力作用，如杯锥状断口的杯部。韧窝为拉长呈方向性，受剪切应力或撕裂应力作用，如杯锥状断口的锥部。韧窝的大小与形核数量、材料韧性、温度、应变速率有关；材料韧性好、夹杂或第二相粒子少、温度高、应变速率慢则韧窝尺寸大；反之则韧窝尺寸小。 塑性断裂的原因：通常情况下塑性断裂是由于外应力超过材料的屈服强度所致(材料强度过低或超载)。 断裂失效---脆性断裂失效 脆性断裂是指断裂前几乎不产生显著的塑性变形 按裂纹扩展的路径分为穿晶脆性断裂和沿晶脆性断裂。 解理断裂----解理断裂是穿晶脆断的一种常见的主要断裂方式。解理断裂是指在一定的条件下，金属因受拉应力作用而沿某些特定的结晶学平面发生分离。铁素体钢的解理面为{100}晶面。 解理断裂的特征 *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 *断裂源总是发生在缺陷处(尤其是焊接缺陷)或几何形状突变的凹槽、缺口等处，也有裂纹源由疲劳损伤处引起 *断口宏观形貌平直，断面与拉应力方向垂直，断口上有放射状条纹，放射状条纹的收敛点为断裂源，当构件为管材或板材时，断口上有人字纹条纹，人字的头部指向裂源，并有闪光的“小刻面”，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。 形成解理脆断的条件: *构件存在三向应力集中部件，如构件存在表面缺口、裂纹等缺陷、几何形状的突变。 *有一定大小的应力作用，包括残余应力，尤其是在冲击应力作用下易发生解理脆断。 *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 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。 *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