失效分析的思路和方法课件.ppt

第四章 失效分析的思路和方法 4.1、失效分析的常规思路失 效 分 析 的 常 规 思 路 有 三 种 思 路 ：1） 以 失 效 抗 力 指 标 为 主 线 的 失 效 分 析 思 路2） 以 制 造 过 程 为 主 线 的 失 效 分 析 思 路3） 以 零 件 或 设 备 为 类 别 的 失 效 分 析 思 路 1.以失效抗力为主线的失效分析思路 零 件 的 失 效 是 由 于 其 失 效 抗 力 与 服 役 条 件 这 一 对 矛 盾 的因 素 相 互 作 用 的 结 果 ， 当 零 件 的 失 效 抗 力 不 能 胜 任 服 役 条件 时 ， 便 造 成 了 零 件 失 效 。 零 件 的 服 役 条 件 主 要 包 括 载 荷 和 环 境 两 方 面 的 因 素。 而 零 件 的 失 效 抗 力 指 标 一 方 面 决 定 于 材 料 因 素 如 成 分 、组 织 和 状 态 等 ， 一 方 面 与 零 件 的 几 何 细 节 有 关 。 思路图 分析思路要点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 分 析 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 的 束 缚 。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 。 克服失效措施的几个结合在 进 行 失 效 分 析 和 提 出 克 服 失 效 的 措 施 时 ， 还 应 做 到 几 个 结合1.设 计 、 选 材 和 工 艺 相 结 合2.结 构 强 度 (力 学 计 算 、 实 验 应 力 分 析 )与 材 料 强 度 相 结 合3.宏 观 规 律 与 微 观 机 理 相 结 合 (断 口 与 组 织 分 析 )4.实 验 室 规 律 性 试 验 研 究 与 生 产 考 验 相 结 合 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 业己 已 经 确 认 零 件 失 效 纯 属 于 制 造 过 程 中 的 问 题 ， 则可 对 上 述 诸 工 序 一 一 展 开 分 析 。 找 出 失 效 分 析 的 原因 ， 提 出 克 服 失 效 的 措 施 。 3.以零件或设备为类别的失效分析思路机 械 产 品 按 其 类 别 可 分 为 基 础 零 件 和 成 套 设 备 。对 于 同 类 零 件 或 设 备 ， 尽 管 其 功 能 各 不 相 同 ， 服 役条 件 也 有 很 大 差 别 ， 但 在 其 工 作 性 质 上 仍 有 诸 多相 同 或 相 通 之 处 ， 因 此 其 失 效 形 式 以 及 造 成 失 效的 因 素 也 有 相 同 或 相 通 之 处 。 4.2 失效分析的系统工程思路与方法 系 统 工 程 是 一 门 综 合 运 用 多 种 现 代 化 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 。 故障树分析法(Fault Tree Analysis)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 ， 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 。 故 障 树 可 以 反 映 出 系 统 中 故 障 的 内 在 联 系 ， 使 人 一目 了 然 、 形 象 地 掌 握 这 种 联 系 并 进 行 正 确 分 析 。所 以 建 树 时 要 注 意 一 下 几 点 ：1） 为 建 好 故 障 树 ， 要 选 准 建 树 流 程 ， 然 后 根 据 主流 程 确 定 几 个 分 枝2） 合 理 处 理 好 系 统 及 部 件 的 边 界 条 件3） 对 系 统 中 各 事 件 的 逻 辑 关 系 和 条 件 必 须 分 析 清楚 ， 不 能 有 逻 辑 混 乱 和 条 件 矛 盾4） 故 障 事 件 定 义 要 准 确 ， 不 能 在 “ 树 ” 中 造 成 逻辑 混 乱 和 矛 盾 。 对于某个机械零件的失效，一般可以从以下四个方面去考虑分枝建树过程：1） 结 构 设 计 上 的 问 题2） 选 材 、 加 工 工 艺 及 材 质 上 的 问 题3） 装 配 上 的 问 题4） 使 用 维 护 中 的 问 题在 建 树 过 程 中 和 初 步 判 断 时 ， 应 遵 循 下 列 步 骤 ：1） 调 查 收 集 原 始 资 料2） 残 骸 分 析3） 通 过 模 拟 进 行 误 差 排 除 提出防止失效的措施故 障 树 分 析 指 出 的 是 特 定 条 件 下 发 生 失 效 的 主 要原 因 。 例 如 设 计 不 当 或 选 材 不 当 等 。 针 对 失 效原 因 ， 采 取 措 施 可 以 防 止 再 发 生 这 类 失 效 。 所采 取 的 措 施 不 一 定 是 针 对 造 成 失 效 的 主 要 原 因， 而 是 根 据 实 际 生 产 条 件 采 取 的 最 有 效 并 且 经济 的 方 法 。 4.3 失效分析的程序和步骤失效分析的程序可简化为“问”、“望”、“闻”、“切”、“模”、“结”六个方面 失效分析步骤1） 调 查 研 究 收 集 原 始 背 景 材 料2） 残 骸 拼 凑 分 析 与 低 倍 宏 观 检 查3） 零 件 失 效 部 位 应 力 分 析 计 算 ， 必 要 时 用 实 验 方 法测 定4） 深 入 实 验 分 析5） 综 合 分 析 找 出 失 效 的 原 因 ， 提 出 防 止 和 改 进 措 施的 建 议6） 撰 写 失 效 分 析 报 告 4.4 失效分析的基本实验技术作 为 失 效 分 析 的 手 段 ， 需 要 以 下 试 验 技 术 ： 宏 观 和微 观 断 口 分 析 技 术 ； 金 相 检 验 技 术 ； 无 损 探 伤 检验 技 术 ； 常 规 成 分 、 微 区 成 分 和 表 面 成 分 分 析 技术 ； X射 线 衍 射 分 析 技 术 ； 实 验 应 力 分 析 技 术 ； 力学 性 能 测 试 技 术 ； 断 裂 力 学 测 试 技 术 等 。 各个分析技术的特点1.宏 观 分 析 技 术 及 用 肉 眼 或 放 大 50倍 以 下 的 放 大 镜 观 察 分 析 是 失 效 分 析的 基 础 ， 可 以 确 定 损 坏 的 起 源 ， 根 据 断 口 的 宏 观 特 征 可 以 对 加 载 方 式、 应 力 大 小 、 材 料 的 相 对 韧 性 与 脆 性 等 给 以 说 明 。2.借 助 体 视 显 微 镜 的 分 析 可 以 进 一 步 帮 助 肉 眼 确 认 断 裂 源 和 裂 纹 走 向 ，以 及 观 察 磨 损 或 腐 蚀 的 情 况 。3.金 相 显 微 镜 的 分 辨 率 低 ， 景 深 小 ， 不 宜 于 作 断 口 观 察 ， 但 是 可 以 通 过金 相 显 微 镜 得 到 裂 纹 扩 展 的 方 式 （ 穿 晶 或 沿 晶 ）4.扫 描 电 子 显 微 镜 （ SEM） 适 合 做 断 口 上 的 定 点 观 察 ， 可 以 观 察 深 孔 底 部的 形 貌 ， 对 观 察 气 孔 、 疏 松 、 气 蚀 的 底 部 情 况 是 唯 一 较 好 的 工 具 ， 适合 作 拉 伸 、 弯 曲 、 压 痕 、 疲 劳 、 刀 具 切 削 等 动 态 形 变 过 程 的 观 察 ； 当备 用 高 温 、 低 温 装 置 时 ， 可 观 察 金 属 与 合 金 的 相 变 过 程 和 氧 化 过 程 。扫 描 的 不 足 之 处 是 不 能 分 辨 颜 色 和 不 能 定 结 构 。5.透 射 电 子 显 微 镜 （ TEM） 分 辨 率 高 ， 能 区 别 扫 描 电 镜 不 易 区 分 的 形 貌 细节 ， 能 确 定 第 二 相 的 结 构 ， 如 果 配 有 能 谱 ， 还 能 测 定 第 二 相 的 成 分 。6.电 子 探 针 （ EP） 主 要 的 特 点 是 能 测 量 几 立 方 微 米 体 积 内 材 料 的 化 学 成分 ， 如 测 量 细 小 的 夹 杂 物 或 第 二 相 的 成 分 ， 检 测 晶 界 或 晶 界 附 近 与 晶 内 相 比 有 无 元 素 富 集 或 贫 化 。 但 是 不 能 代 替 常 规 的 化 学 分 析 方 法 确 定总 体 含 量 的 平 均 成 分 ， 不 能 做 H、 He、 Li三 元 素 的 分 析 7.俄 歇 能 谱 仪 （ AEM） 是 进 行 薄 层 表 面 分 析 的 重 要 工 具 ， 用 它来 分 析 Li,Be,B,C,N,O时 的 灵 敏 度 比 电 子 探 针 高 很 多 ， 但 不能 测 定 H和 He.8.X射 线 分 析 可 以 确 定 断 口 上 的 腐 蚀 产 物 、 析 出 相 或 表 面 沉 积物 ， 它 一 次 可 获 得 多 种 结 构 和 成 分9.力 学 性 能 试 验 ： 做 拉 伸 ， 冲 击 试 验 是 为 了 测 定 失 效 材 料 的常 规 力 学 性 能 ， 检 验 材 料 的 力 学 性 能 参 量 是 否 达 到 设 计 计算 得 要 求 。 对 于 钢 材 来 说 ， 在 不 解 剖 零 件 的 前 提 下 ， 通 过测 量 硬 度 可 以 获 得 下 列 信 息 ： 帮 助 估 计 热 处 理 工 艺 是 否 存在 偏 差 ； 估 计 材 料 拉 伸 强 度 的 近 似 值 ； 检 验 加 工 硬 化 或 由于 过 热 、 脱 碳 或 渗 碳 、 渗 氮 所 引 起 的 软 化 或 硬 化 。10.断 裂 力 学 测 试 与 分 析 包 括 材 料 断 裂 韧 度 测 试 、 模 拟 介 质 条件 下 的 应 力 腐 蚀 以 及 模 拟 疲 劳 条 件 下 的 裂 纹 扩 展 参 数 测 试