机械零件失效分析，第四章.ppt

第四章失效分析的思路与方法 导致机械零件或系统失效的因素很多，零件之间的互相作用也很复杂，更兼外界因素的影响，致使失效分析任务非常繁琐。此外，大多数失效分析中，关键性试样很有限，在失效零件的残骸上基本上只容许一次取样，一次观察和测量。因此，确立一个正确的失效分析思路，制定正确的失效分析程序，对保证失效分析的顺利进行具有重要意义。 4.1 失效分析的常规思路4.1.1 以失效抗力指标为主的失效分析思路 ① 对具体服役条件下的零件作具体分析，从中找出主要的失效方式及主要失效抗力指标 ② 运用金属学、材料强度学和断裂物理、化学、力学的研究成果，深入分析各种失效现象的本质：主要失效抗力指标与材料成分、组织和状态的关系，提出改进措施。③ 根据“不同服役条件要求材料强度与塑性、韧性的合理配合”这一原则，分析研究失效零件现行的选材、用材技术条件是否合理，是否受旧的传统学术观念束缚。在失效分析中常遇到一些“合法而不合理”的技术条件和规定，如果把它当成金科玉律，则失效分析难以进行，不能得出科学的结论，对防止失效不利。④ 用局部复合强化，克服零件上的薄弱环节，争取达到材料的等强度设计。 4.1.2 以制造过程为主线的失效分析思路 任何零件都要经历设计→选材→热加工(铸、锻、焊)→冷加工→热处理→精加工→装配等工序，如果业已确定零件失效纯系制造过程中的问题，则可对上述诸工序展开分析。以热处理工序为例，因热处理不当造成零件失效的原因有： ①过热或过烧； ②淬火裂纹； ③淬火变形； ④奥氏体化温度不当造成显微组织不合理； ⑤脱碳或增碳； ⑥回火脆化； ⑦残余应力过高； ⑧未及时回火等。其中的每一项还可以继续分解。 4.1.3 按零件或设备类别的失效分析思路 表4.3 齿轮失效的形式、形貌和原因 4.2 失效分析的系统工程思路与方法 系统工程是—门综合运用多种现代科学技术的综合性管理工程。系统工程的思路和方法是按照事物本身的系统性，把所有要研究的问题都放进系统中加以考察。对失效分析来说，就是把设备本身的各种破坏因素与环境因素和人为因素当作一个系统，再运用系统工程的分析方法来处理，最后得出失效原因。 如“失效事故的模式及影响分析”(Failure Mode and Effect Analysis，简称FMEA)，“故障树分析”(Fault Tree Analysis，简称FTA)，“事件树分析”(Event Tree Analysis，简称ETA)和“特性要因图”等方法 故障树分析法是用数理逻辑符号，把不希望发生的各种现象(它们都是导致失效发生的潜在原因)，沿其发生的经过而展开成树的形式，分析事故发生的途径、原因以及发生概率的方法。实际上是从已发生的失效事故出发逆着失效发生的过程进行分析，是一个从结果到原因的所谓逆方向分析。 FTA的建立方法 第一级：顶事件，即失效或故障事故。 第二级：导致顶事件发生的直接原因的故陈事件。把它们用相应的符号表示出来。并且用适合于它们之间的逻辑关系的逻辑门与顶事件相连接。 第三级：导致二级故障事故发生的直接原因的故障事件。把它们用适于其间的逻辑关系的逻辑门与第二级故障事件相连接。 如此继续下去，一直连接到底事件为止。这样就建成了顶事件在上(相当于树根)，有许多分支的底事件在下(相当于树梢)倒置的具有n级的故障树。 表4.4 FTA采用的符号 图4.2 断裂失效分析思路图——断裂失效分析故障树 4.3 失效分析的程序和步骤4.3.1 失效分析程序 为了方便记忆，失效分析程序可简化为“问”(调查)、“望”(观察)、“闻”(探测)、“切”(测试)、模(拟)、结(论)六个方面，其中每一方面又可再分为若干分析内容。如表4.5。 这里应当指出，凡不损坏断口的实验步骤可以提前或同时进行，凡要破坏断口的实验要等到断口观测有了结果后才能进行，因此金相组织观察和力学性能试验常放在观察程序的最后一步进行。 表4.5 失效分析程序表 图4.4 机械零件失效分析程序框图 4.3.2 失效分析步骤 (一)调查研究收集原始背景材料 (1)零件名称，用于何机器、何部位及偶件情况。 (2)该零件的功能、要求及设计依据，包括材料选择。 (3)使用经历，包括使用寿命、操作温度、环境条件、载荷(谱)形式、受力情况、超载情况等。 (4)原材料：加工工艺流程和材料工艺性能情况。 (5)表面处理情况。 (6)制造工艺。 (7)失效零件的样品收集。 (二)残骸拼凑分析与低倍宏观检查 1．残骸分析——寻找最先发生破坏的零件或部位 有时一个较复杂的设备的破坏，不只是个别零件，而是许