失效分析的思路和方法PPT精選文檔

1、1第四章 失效分析的思路和方法24.1、失效分析的常規(guī)思路失效分析的常規(guī)思路有三種思路：失效分析的常規(guī)思路有三種思路：1 1）以失效抗力指標(biāo)為主線的失效分析思路）以失效抗力指標(biāo)為主線的失效分析思路2 2）以制造過程為主線的失效分析思路）以制造過程為主線的失效分析思路3 3）以零件或設(shè)備為類別的失效分析思路）以零件或設(shè)備為類別的失效分析思路31.以失效抗力為主線的失效分析思路 零件的失效是由于其失效抗力與服役條件這一對矛盾的零件的失效是由于其失效抗力與服役條件這一對矛盾的因素相互作用的結(jié)果，當(dāng)零件的失效抗力不能勝任服役條因素相互作用的結(jié)果，當(dāng)零件的失效抗力不能勝任服役條件時(shí)，便造成了零件失效。件

2、時(shí)，便造成了零件失效。 零件的服役條件主要包括載荷和環(huán)境兩方面的因素零件的服役條件主要包括載荷和環(huán)境兩方面的因素。而零件的失效抗力指標(biāo)一方面決定于材料因素如成分、。而零件的失效抗力指標(biāo)一方面決定于材料因素如成分、組織和狀態(tài)等，一方面與零件的幾何細(xì)節(jié)有關(guān)。組織和狀態(tài)等，一方面與零件的幾何細(xì)節(jié)有關(guān)。4思路圖5分析思路要點(diǎn)1.1.對具體服役條件下的零件作具體分析，從中找出主要的失對具體服役條件下的零件作具體分析，從中找出主要的失效分析方式及主要失效抗力指標(biāo)。效分析方式及主要失效抗力指標(biāo)。2.2.運(yùn)用金屬學(xué)、材料強(qiáng)度學(xué)和斷裂物理、化學(xué)、力學(xué)的研究運(yùn)用金屬學(xué)、材料強(qiáng)度學(xué)和斷裂物理、化學(xué)、力學(xué)的研究成果，

3、深入分析各種失效現(xiàn)象的本質(zhì)：主要失效抗力指標(biāo)成果，深入分析各種失效現(xiàn)象的本質(zhì)：主要失效抗力指標(biāo)與材料成分、組織和狀態(tài)的關(guān)系，提出改進(jìn)措施。與材料成分、組織和狀態(tài)的關(guān)系，提出改進(jìn)措施。3.3.根據(jù)根據(jù)“不同服役條件要求材料強(qiáng)度與塑性、韌性的合理配不同服役條件要求材料強(qiáng)度與塑性、韌性的合理配合合”這一原則，分析研究失效零件現(xiàn)行的選材、用材技術(shù)這一原則，分析研究失效零件現(xiàn)行的選材、用材技術(shù)條件是否合理，是否受舊的傳統(tǒng)學(xué)術(shù)觀念的束縛。條件是否合理，是否受舊的傳統(tǒng)學(xué)術(shù)觀念的束縛。4.4.用局部復(fù)合強(qiáng)化，克服零件上的薄弱環(huán)節(jié)，爭取達(dá)到材料用局部復(fù)合強(qiáng)化，克服零件上的薄弱環(huán)節(jié)，爭取達(dá)到材料的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。的等

4、強(qiáng)度設(shè)計(jì)。6克服失效措施的幾個(gè)結(jié)合在進(jìn)行失效分析和提出克服失效的措施時(shí)，還應(yīng)做到幾個(gè)結(jié)在進(jìn)行失效分析和提出克服失效的措施時(shí)，還應(yīng)做到幾個(gè)結(jié)合合1.1.設(shè)計(jì)、選材和工藝相結(jié)合設(shè)計(jì)、選材和工藝相結(jié)合2.2.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度( (力學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析力學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析) )與材料強(qiáng)度相結(jié)合與材料強(qiáng)度相結(jié)合3.3.宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理相結(jié)合宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理相結(jié)合( (斷口與組織分析斷口與組織分析) )4.4.實(shí)驗(yàn)室規(guī)律性試驗(yàn)研究與生產(chǎn)考驗(yàn)相結(jié)合實(shí)驗(yàn)室規(guī)律性試驗(yàn)研究與生產(chǎn)考驗(yàn)相結(jié)合72.以制造過程為主線的失效分析思路 任何零件都要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、選材、熱加工任何零件都要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、選材、熱加工( (鑄鍛焊

5、鑄鍛焊) )、冷加工、熱處理、精加工、裝配等工序，如果業(yè)、冷加工、熱處理、精加工、裝配等工序，如果業(yè)己已經(jīng)確認(rèn)零件失效純屬于制造過程中的問題，則己已經(jīng)確認(rèn)零件失效純屬于制造過程中的問題，則可對上述諸工序一一展開分析。找出失效分析的原可對上述諸工序一一展開分析。找出失效分析的原因，提出克服失效的措施。因，提出克服失效的措施。83.以零件或設(shè)備為類別的失效分析思路機(jī)械產(chǎn)品按其類別可分為機(jī)械產(chǎn)品按其類別可分為基礎(chǔ)零件基礎(chǔ)零件和和成套設(shè)備成套設(shè)備。對于同類零件或設(shè)備，盡管其功能各不相同，服役對于同類零件或設(shè)備，盡管其功能各不相同，服役條件也有很大差別，但在其工作性質(zhì)上仍有諸多條件也有很大差別，但在其工

6、作性質(zhì)上仍有諸多相同或相通之處，因此其失效形式以及造成失效相同或相通之處，因此其失效形式以及造成失效的因素也有相同或相通之處。的因素也有相同或相通之處。94.2 失效分析的系統(tǒng)工程思路與方法 系統(tǒng)工程是一門綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的綜合系統(tǒng)工程是一門綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的綜合性管理工程。系統(tǒng)工程的思路和方法是按照事物本身性管理工程。系統(tǒng)工程的思路和方法是按照事物本身的系統(tǒng)性，把所有要研究的問題都放進(jìn)系統(tǒng)中加以考的系統(tǒng)性，把所有要研究的問題都放進(jìn)系統(tǒng)中加以考察。對失效分析來說，就是把設(shè)備本身的各種破壞因察。對失效分析來說，就是把設(shè)備本身的各種破壞因素與環(huán)境因素和人為因素當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，再運(yùn)

7、用系統(tǒng)素與環(huán)境因素和人為因素當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，再運(yùn)用系統(tǒng)工程的分析方法來處理，最后得出失效原因。工程的分析方法來處理，最后得出失效原因。10故障樹分析法(Fault Tree Analysis)故障樹分析法是用數(shù)理邏輯符號，把不希望發(fā)生的故障樹分析法是用數(shù)理邏輯符號，把不希望發(fā)生的各種現(xiàn)象，沿其發(fā)生的經(jīng)過而展開成樹的形式，各種現(xiàn)象，沿其發(fā)生的經(jīng)過而展開成樹的形式，分析事故發(fā)生的途徑、原因以及發(fā)生概率的方法分析事故發(fā)生的途徑、原因以及發(fā)生概率的方法。實(shí)際上是從已發(fā)生的失效事故出發(fā)逆著失效發(fā)。實(shí)際上是從已發(fā)生的失效事故出發(fā)逆著失效發(fā)生的過程進(jìn)行分析，是一個(gè)從結(jié)果到原因的所謂生的過程進(jìn)行分析，是一個(gè)從結(jié)

8、果到原因的所謂逆方向分析。逆方向分析。11故障樹可以反映出系統(tǒng)中故障的內(nèi)在聯(lián)系，使人一故障樹可以反映出系統(tǒng)中故障的內(nèi)在聯(lián)系，使人一目了然、形象地掌握這種聯(lián)系并進(jìn)行正確分析。目了然、形象地掌握這種聯(lián)系并進(jìn)行正確分析。所以建樹時(shí)要注意一下幾點(diǎn)：所以建樹時(shí)要注意一下幾點(diǎn)：1 1）為建好故障樹，要選準(zhǔn)建樹流程，然后根據(jù)主）為建好故障樹，要選準(zhǔn)建樹流程，然后根據(jù)主流程確定幾個(gè)分枝流程確定幾個(gè)分枝2 2）合理處理好系統(tǒng)及部件的邊界條件）合理處理好系統(tǒng)及部件的邊界條件3 3）對系統(tǒng)中各事件的邏輯關(guān)系和條件必須分析清）對系統(tǒng)中各事件的邏輯關(guān)系和條件必須分析清楚，不能有邏輯混亂和條件矛盾楚，不能有邏輯混亂和條件

9、矛盾4 4）故障事件定義要準(zhǔn)確，不能在）故障事件定義要準(zhǔn)確，不能在“樹樹”中造成邏中造成邏輯混亂和矛盾。輯混亂和矛盾。12對于某個(gè)機(jī)械零件的失效，一般可以從以下四個(gè)方面去考慮分枝建樹過程：1 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題2 2）選材、加工工藝及材質(zhì)上的問題）選材、加工工藝及材質(zhì)上的問題3 3）裝配上的問題）裝配上的問題4 4）使用維護(hù)中的問題）使用維護(hù)中的問題在建樹過程中和初步判斷時(shí)，應(yīng)遵循下列步驟：在建樹過程中和初步判斷時(shí)，應(yīng)遵循下列步驟：1 1）調(diào)查收集原始資料）調(diào)查收集原始資料2 2）殘骸分析）殘骸分析3 3）通過模擬進(jìn)行誤差排除）通過模擬進(jìn)行誤差排除13提出防止失效的措施故障

10、樹分析指出的是特定條件下發(fā)生失效的主要故障樹分析指出的是特定條件下發(fā)生失效的主要原因。例如設(shè)計(jì)不當(dāng)或選材不當(dāng)?shù)?。針對失效原因。例如設(shè)計(jì)不當(dāng)或選材不當(dāng)?shù)?。針對失效原因，采取措施可以防止再發(fā)生這類失效。所原因，采取措施可以防止再發(fā)生這類失效。所采取的措施不一定是針對造成失效的主要原因采取的措施不一定是針對造成失效的主要原因，而是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件采取的最有效并且經(jīng)，而是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件采取的最有效并且經(jīng)濟(jì)的方法。濟(jì)的方法。144.3 失效分析的程序和步驟失效分析的程序可簡化為“問”、“望”、“聞”、“切”、“?！?、“結(jié)”六個(gè)方面15失效分析步驟1 1）調(diào)查研究收集原始背景材料）調(diào)查研究收集原始背景材

11、料2 2）殘骸拼湊分析與低倍宏觀檢查）殘骸拼湊分析與低倍宏觀檢查3 3）零件失效部位應(yīng)力分析計(jì)算，必要時(shí)用實(shí)驗(yàn)方法）零件失效部位應(yīng)力分析計(jì)算，必要時(shí)用實(shí)驗(yàn)方法測定測定4 4）深入實(shí)驗(yàn)分析）深入實(shí)驗(yàn)分析5 5）綜合分析找出失效的原因，提出防止和改進(jìn)措施）綜合分析找出失效的原因，提出防止和改進(jìn)措施的建議的建議6 6）撰寫失效分析報(bào)告）撰寫失效分析報(bào)告164.4 失效分析的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為失效分析的手段，需要以下試驗(yàn)技術(shù)：作為失效分析的手段，需要以下試驗(yàn)技術(shù)：宏觀和宏觀和微觀斷口分析技術(shù)微觀斷口分析技術(shù)；金相檢驗(yàn)技術(shù)金相檢驗(yàn)技術(shù)；無損探傷檢無損探傷檢驗(yàn)技術(shù)驗(yàn)技術(shù)；常規(guī)成分、微區(qū)成分和表面成分分析技常

12、規(guī)成分、微區(qū)成分和表面成分分析技術(shù)術(shù)；X X射線衍射分析技術(shù)射線衍射分析技術(shù)；實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)；力力學(xué)性能測試技術(shù)學(xué)性能測試技術(shù)；斷裂力學(xué)測試技術(shù)斷裂力學(xué)測試技術(shù)等。等。17各個(gè)分析技術(shù)的特點(diǎn)1.1.宏觀分析技術(shù)及用肉眼或放大宏觀分析技術(shù)及用肉眼或放大5050倍以下的放大鏡觀察分析是失效分析倍以下的放大鏡觀察分析是失效分析的基礎(chǔ)，可以確定損壞的起源，根據(jù)斷口的宏觀特征可以對加載方式的基礎(chǔ)，可以確定損壞的起源，根據(jù)斷口的宏觀特征可以對加載方式、應(yīng)力大小、材料的相對韌性與脆性等給以說明。、應(yīng)力大小、材料的相對韌性與脆性等給以說明。2.2.借助體視顯微鏡的分析可以進(jìn)一步幫助肉眼確認(rèn)斷

13、裂源和裂紋走向，借助體視顯微鏡的分析可以進(jìn)一步幫助肉眼確認(rèn)斷裂源和裂紋走向，以及觀察磨損或腐蝕的情況。以及觀察磨損或腐蝕的情況。3.3.金相顯微鏡的分辨率低，景深小，不宜于作斷口觀察，但是可以通過金相顯微鏡的分辨率低，景深小，不宜于作斷口觀察，但是可以通過金相顯微鏡得到裂紋擴(kuò)展的方式（穿晶或沿晶）金相顯微鏡得到裂紋擴(kuò)展的方式（穿晶或沿晶）4.4.掃描電子顯微鏡（掃描電子顯微鏡（SEMSEM）適合做斷口上的定點(diǎn)觀察，可以觀察深孔底部）適合做斷口上的定點(diǎn)觀察，可以觀察深孔底部的形貌，對觀察氣孔、疏松、氣蝕的底部情況是唯一較好的工具，適的形貌，對觀察氣孔、疏松、氣蝕的底部情況是唯一較好的工具，適合作

14、拉伸、彎曲、壓痕、疲勞、刀具切削等動態(tài)形變過程的觀察；當(dāng)合作拉伸、彎曲、壓痕、疲勞、刀具切削等動態(tài)形變過程的觀察；當(dāng)備用高溫、低溫裝置時(shí)，可觀察金屬與合金的相變過程和氧化過程。備用高溫、低溫裝置時(shí)，可觀察金屬與合金的相變過程和氧化過程。掃描的不足之處是不能分辨顏色和不能定結(jié)構(gòu)。掃描的不足之處是不能分辨顏色和不能定結(jié)構(gòu)。5.5.透射電子顯微鏡（透射電子顯微鏡（TEMTEM）分辨率高，能區(qū)別掃描電鏡不易區(qū)分的形貌細(xì)）分辨率高，能區(qū)別掃描電鏡不易區(qū)分的形貌細(xì)節(jié)，能確定第二相的結(jié)構(gòu)，如果配有能譜，還能測定第二相的成分。節(jié)，能確定第二相的結(jié)構(gòu)，如果配有能譜，還能測定第二相的成分。6.6.電子探針（電子探

15、針（EPEP）主要的特點(diǎn)是能測量幾立方微米體積內(nèi)材料的化學(xué)成）主要的特點(diǎn)是能測量幾立方微米體積內(nèi)材料的化學(xué)成分，如測量細(xì)小的夾雜物或第二相的成分，檢測晶界或晶界附近與晶分，如測量細(xì)小的夾雜物或第二相的成分，檢測晶界或晶界附近與晶內(nèi)相比有無元素富集或貧化。但是不能代替常規(guī)的化學(xué)分析方法確定內(nèi)相比有無元素富集或貧化。但是不能代替常規(guī)的化學(xué)分析方法確定總體含量的平均成分，不能做總體含量的平均成分，不能做H H、HeHe、LiLi三元素的分析三元素的分析187.7.俄歇能譜儀（俄歇能譜儀（AEMAEM）是進(jìn)行薄層表面分析的重要工具，用它）是進(jìn)行薄層表面分析的重要工具，用它來分析來分析Li,Be,B,C

16、,N,OLi,Be,B,C,N,O時(shí)的靈敏度比電子探針高很多，但不時(shí)的靈敏度比電子探針高很多，但不能測定能測定H H和和He.He.8.X8.X射線分析可以確定斷口上的腐蝕產(chǎn)物、析出相或表面沉積射線分析可以確定斷口上的腐蝕產(chǎn)物、析出相或表面沉積物，它一次可獲得多種結(jié)構(gòu)和成分物，它一次可獲得多種結(jié)構(gòu)和成分9.9.力學(xué)性能試驗(yàn)：做拉伸，沖擊試驗(yàn)是為了測定失效材料的力學(xué)性能試驗(yàn)：做拉伸，沖擊試驗(yàn)是為了測定失效材料的常規(guī)力學(xué)性能，檢驗(yàn)材料的力學(xué)性能參量是否達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)常規(guī)力學(xué)性能，檢驗(yàn)材料的力學(xué)性能參量是否達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算得要求。對于鋼材來說，在不解剖零件的前提下，通過算得要求。對于鋼材來說，在不解剖零件的前提下，