金属断裂与失效分析.pptxVIP

第一章 失效与失效分析 检修的目的就是： 确定部件是否处于安全、有效工作状态。 发现缺陷、消除缺陷。一、部件失效一）失效：（1）完全不能工作。（2）虽然能工作，但性能恶劣，超过规定指标。（3）有严重损伤、失去安全工作能力。二）类型（1）表面损伤失效：磨损、腐蚀（2）断裂失效：超温、超载、腐蚀、疲劳、腐 蚀、氢脆、蠕变，它们的联合作用。 （3）变形失效：弹性变形，塑性变形，蠕变变 形，应力松弛。（4）材质变化失效：冶金因素、化学作用、组 织变化。三）失效与时间的关系失效率与使用时间的关系图四）失效判据1．变形判据：过量塑性变形或过量弹性变形。2．组织和性能判据：磷编聚（→脆化），组织变化，蠕变，孔洞，碳化物析出→物理性能、机械性能（高温）的变化：持久温度→蠕变温度。3．裂纹判据显微裂纹判据：出现蠕变裂纹。客观裂纹判据：出现宏观裂纹（断裂力学方法）。断裂判据：断裂而导致失效。4．表面损伤判据：零件尺寸判据，尺寸改变超过允许值。表面损伤判据，麻点、蚀坑、剥落引起的噪声、振动。5．损伤失效判据：孔穴、显微裂纹、晶界弱化、晶界析出，如蠕变、热疲劳、氢损伤。6．安全性判据：强度不足或安全系数不够。失效总是首先从零件或部件中最薄弱的部位开始。 二、失效分析 失效分析：分析机械装备失效的原因，并提出对策，以防止再次发生的技术活动和管理活动（失效部件或零件的残骸上必然会保留失效过程的信息） 1．失效分析的核心是分析零部件失效的原因。 2．失效分析的目的在于提出对策。 3．失效分析既是技术活动，也是管理活动。 残骸分析→失效原因意义在于： 返馈信息→完善或改进设计→材料的选用、研制、工艺制定→制造工艺改进、质量的提高→技术规范的修定→安全性和寿命分析。三、失效的主要原因1．设计上的原因：（1）结构或形状不合理。（2）不合适的设计。 （3）提高级别使用。（4）设计标准不够。2．材料原因。（1）机械性能达不到要求。（2）选材标准不适。（3）错用钢材。（4）缺陷： 铸造缺陷：疏松、缩孔、空洞、夹杂物。 铸造缺陷：折叠、裂纹、流线。3．加工原因：（1）加工粗糙度大，明显刀痕→应力集中（2）残余应力大：冷加工、焊接→裂纹（3）冷加工、热处理、焊接中裂纹→应力腐蚀（宏观、微 观） 电镀液、焊接渗氢→氢损伤。4．安装原因： 偏心、过盈不当、次序不当、对中不良、紧固、焊接接头 问题。5．操作和维护不良（1）没有执行操作规程、超温、超压（2）维护不当6．环境原因： ①腐蚀介质：应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、局部腐蚀、脱锌腐蚀、冲刷腐蚀。 ②氧化、水蒸汽高温氧化。四、失效分析程序（一）现场调查：保护现场、记录取证（二）残骸分析：确定首先破坏部位风扇磨转轮飞裂后经拼凑确定断裂源（三）实验研究：1．结构、工艺、受力状况分析（最薄弱部位）。2．无损检验。3．材质分析：化学成分；金相：组织、结构分析；机械性能。4．断口分析——微观分析：断裂源→断裂原因。宏观分析：确定断裂类型、延性、脆性、疲劳、应力腐蚀、蠕变；确定断口三要素：裂源、缓慢扩展区、快速扩展区；确定微观分析部位。5．断裂力学分析：式中：y——与裂纹结构几何形状及受力形成有关的系数；a——裂纹半长； ——平均应力。裂纹不失效扩展： ： 同时反映了材料的强度和塑性指标；对于→失效的“临界应力”：对于 →失效的“临界裂纹尺寸”： 6．模拟试验五、综合分析 报告：失效零部件的描述、服役条件、失效前的使用记录、零部件的制造及热处理工艺、力学分析、材料质量评价失效的主要原因及影响因素、措施及建议。第二章 裂纹及断口 第一节 裂 纹 裂纹：金属的局部破断，又称裂纹，金属零（部）件在应力作用下，某些薄弱部位发生局部破断。前端尖锐、应力集中，高温下变钝。一、裂纹分类宏观形态：网状裂纹：龟裂（沿晶延伸），表面裂纹（热疲劳：铸、锻、热处理、磨削）、电弧焊中均可能。原因：材料表面化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与中心不一致或晶界性能下降。直线型裂纹：微裂纹扩展而成、蠕变裂纹。树枝型裂纹：主干和大量枝干，应力腐蚀裂纹，焊接中的热裂纹。其它型裂纹：圆周裂纹、周向裂纹、弧形裂纹。。 树枝型裂纹辐射状裂纹环形裂纹微观形态——沿晶裂纹、穿晶裂纹、混合裂纹沿晶裂纹 穿晶裂纹形成原因：工艺裂纹：铸造裂纹、锻造裂纹、热处理裂纹、焊接裂纹、磨削裂纹。使用裂纹：机械冷应力裂纹、疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、蠕变裂纹。断裂力学观点稳定性裂纹：裂纹扩展非常缓慢。过渡性裂纹：开始缓慢扩展到一定尺寸后快速扩展。危脆性裂纹：裂纹扩展极快。二、裂纹的起源位置应力集中部位：零（部）件的形状和材料性质急剧改变的地方处于三向应力状态。材料缺陷处——表面缺陷：夹砂、划痕、折叠、氧化、脱碳。内部缺陷：缩孔、气泡、疏松、偏析、夹杂物、白点、过热、过烧、粗晶。零（部）件形