金属材料零部件失效分析基础与应用绪论.pptx

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1.1失效出现的宏观原因

1.2失效分析的基本方法

1.3失效分析的主要目的与值得注意的两种倾向

1.4失效分析的进展;

失效出现的宏

观原因;

零部件失效现象在工程中并不少见。失效可以一般定义为：

目前在机械装备、冶金设备、铁路、机车车辆等领域最重要及最广泛使用的材料仍然是金属材料，零部件发生失效往往是在各类应力作用下发生的。腐蚀失效问题一般有专门论述，本书不包括这部分内容。造成早期失效的常见的宏观原因归结如下：;

重载轴承滚柱材料采用G20Cr2Ni4A，进行深层渗碳＋淬火＋回火处理。在滚柱中部有一个圆孔如图中虚线所示。在圆孔靠近表面处有一个台阶。该台阶在原设计时是90直角，导致在滚子使用过程中很容易在此处产生裂纹。后来改进设计将此处设计为圆弧过渡，大幅降低了开裂情况。;

标准件(如螺栓)是最常见的零部件，在各类机械中大量使用。对于标准件的设计，一些设计者的思路是依据标准件承受的拉应力进行设计，即以材料的强度指标作为设计依据。图1-2是某典型设备上使用的直径为30mm的螺栓断裂的断口宏观照片与金相组织照片。

据了解，设计人员的出发点是保证螺栓有高的强度，依据材料的强度指标进行设计。选择了GCr15材料进行加工(并没有选择合适的热处理)。，实际服役条件下螺栓的断裂属于疲劳断裂(如何判断见3.1节)，由于设计思想有误，导致螺栓早期断裂。对于螺栓的设计，许多情况下设计者往往选用高强螺栓。但是在螺栓实际是受到疲劳载荷作用的情况下，并没有达到设计要求。高强度常常有损于工件，使工件出现严重的应力增高区域。;

2.设计中选材或热处理选择不当

这类问题实际上也可以归类为设计问题。零部件进行设计时必须进行选材，设计人员的

选材思路一般是根据零部件受力分析，但有时是仿照类似产品进行选材与设计，这时往往由

于没有考虑使用环境等影响因素出现选材或热处理不当问题。;

设计一根材料为45钢的轴类零件，如图1-4所示，采用以下加??路线：下料→粗加工→调质处理→精加工→产品;

失效机理;

失效有时是由于在装配中失误造成的。这类失效一般都不会在检验中发现，而且装配好的产品初次工作时也不会出现明显的问题。这类失效往往与机械组装件的转动部分有关，而且在结构件中，有许多由装配失误引起的失效。例如，在铆钉孔的布局中，由于不太合理，在飞机机翼结构件中引起疲劳失效。;

存在两种情况：一种情况是设备在服役过程中受到超过设计要求的载荷作用，或

者材料内部存在残余应力没有引起设计者注意，再累加上服役应力造成失效，常见的是一些机动车辆的超载运行引起的事故；另一种情况是在设计时没有考虑到实际工况的某些恶劣环境的影响，例如很多零部件受到交变载荷作用，设计者将材料的抗疲劳性能作为设计主要依据。疲劳裂纹源一般在表面位置，如果实际工况条件下存在腐蚀介质与表面发生作用，将加速裂纹的形成。由于设计者没有考虑到腐蚀作用，即使材料有高的疲劳强度仍然发生断裂情况。;

某公司研制一种特制高强螺栓M26，用于紧固铁路上的道岔。根据公司技术人员介绍，他们设计的该高强螺栓材料选用40Cr，采用以下技术路线制造：

下料→粗加工→调质处理→精加工→成品

初期试用共制造了13根螺栓安装在某车站附近，进行考核试验。过了3个月左右，在13根螺栓中有1根发生了断裂，剩余的12根螺栓没有问题，还在继续使用。公司有些技术人员认为：由于螺扣处加工精度不够，造成应力集中引起断裂。要求对断裂的螺栓进行分析，说明为什么这根螺栓发生断裂，对断裂螺栓的金相组织进行分析，;

应当说明的是：在实际失效零部件中，由于这种原因引起的失效确实时有发生。再加上

进行失效分析的技术人员往往是材料专业的技术人员，所以往往一遇到失效问题，就认为一定是材料内部出问题，从这点出发设计试验方案、寻找失效分析原因，但是如前面所论述，材料内部组织结构原因造成的失效，仅仅是引起失效的一种情况。依据寻找内部组织缺陷的思路进行失效分析，并不是科学的分析思路。