1 工程材料失效分析概述

1、2022/7/1311 概述问题分析解决失效/事故失效分析抗失效技术一般失效轻微失效严重失效生产过程设计过程使用过程方法技能基础知识2022/7/1322. 失效程度严重事故零件部件机器设备系统设备轻微失效中度失效x x失控/ 爆炸等断裂/应力腐蚀开裂/氢脆等变形/ 磨损/ 轻微腐蚀等1. 什么是失效？ 失效是对设备及其构件再使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。一、失效与事故2022/7/133 不可查的：太多太多！3. 频发性 可查的：资料、图书、档案、网络国家安全生产监督管理总局4. 失效、事故的损失及危害 直接的 间接的 目前的

2、 长期的2022/7/134二、抗失效意义1. 促进科学技术的发展例1： 19世纪中期，火车轴频发断裂，原因是疲劳。疲劳的研究促进了断裂力学和材料强度学的发展。例2： 二战期间，美国焊接结构“自由轮”在美国-冰岛-英国航线上发生千余次断裂破坏事故，原因是碳钢和低台金钢在低温出现脆性。低温脆性的研究促进了低温材料的发展。2022/7/1352. 提高构件、装备的质量例1：日本问题轿车的召回制零件内在质量大大提高3. 提高经济/社会效益例2：20世纪20年代奥氏体不锈钢的腐蚀失效提出晶间贫铬腐蚀选择性腐蚀沉淀相腐蚀理论开发不锈钢新钢种2022/7/136三、失效形式及原因1. 失效形式变形失效断裂

3、失效腐蚀失效磨损失效局部腐蚀失效均匀腐蚀失效塑性变形失效弹性变形失效疲劳断裂失效韧性断裂失效脆性断裂失效2022/7/1372. 失效原因设计不合理，如工程设计训练选材不当及材料缺陷制造工艺不合理使用操作不当和维护不当2022/7/138举例：设计不当容器碟形封头 按GBl50规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求过渡区尺寸rDi0.06，后修订为按rDi 0.10进行结构设计，大大减少了过渡区失效的发生。 2022/7/139 无折边锥形封头使用范围半锥角30也是失效得来的教训。 2004年，某酒精厂蒸煮锅上封头采用=80的无折边锥形封头，在0.5MPa的工作压力下操作发生爆炸引起事故。改进

4、2022/7/1310举 例：选材不当1) 构件高温蠕变失效屡见不鲜 某厂的火管锅炉，壳体材料为16MnR，火管材料为10g无缝钢管，流体入口温度超过1000，出口温度为240，压力为4MPa。此火管使用一段时间后，局部过热而烧穿。 原因：高温炉管选材不合理，应选含Cr、Mo高的合金钢管替代10g钢。2022/7/13112) 某厂原使用一台进口的管壳式热交换器，壳体及管子均为18-8铬镍不锈钢，基于生产需要按原图纸再加工一台，把壳体改为低碳钢/18-8铬镍复合钢板，管子仍为18-8铬镍不锈钢，投入使用即发生壳体横向开裂。原 因：管壳因材料热膨胀系数差异引起过大的轴向温差应力；选用复合钢板后未

5、对换热器结构作改进。2022/7/1312四、与其它学科的关系失 效分 析可靠性分析质量管理测试技术无损检测工程力学概率统计系统工程模糊数学机械设计工 艺 学腐蚀科学摩 擦 学断 口 学痕 迹 学裂 纹 学金 相 学材 料 学断裂物理断裂力学断裂化学1. 与基础学科的关系2022/7/1313 与基础学科结合 2. 与基础学科交叉融合失效分析化学力学物理数学 失效 机理学 可靠性 数 学失 效 数 学 损 伤 力 学失 效 力 学 失 效 环境学 失 效 化 学2022/7/1314 与应用学科结合失效机械设计学失 效 材 料 学失效机械制造学失 效 环 境 学失 效 方 法 学机械设计学工

6、程 力 学断 裂 力 学失效分析物理冶金学力学冶金学材料工艺学机制工艺学机 修 知 识腐蚀学摩擦学无损探伤/模糊判断学微分析学/数理统计学金相学/可靠性工程学2022/7/1315五、失效分析发展概况1. 发展历程特 征年 代 阶 段1950S至今工业革命前 1940S工业革命前现代物理检测技术集断裂特征分析、力学分析、结构分析、材料抗力分析和可靠性分析于一体全国性失效分析中心及失效分析学会成立出现大量的失效分析专著和论文集宏观检测和光学金相观测分析现象描述和凭经验分析现 代失效分析近 代失效分析初级分析2022/7/13162. 国内外失效分析现状1) 中国1970后为失效分析的新时期成立了

7、中央部委失效分析研究中心、各类理化实验室及试验研究中心、失效分析委员会重大失效事放： 国家组织攻关组或分析小组 一般失效事放： 单位委托专家分析常举办全国性和地方性的失效分析学术活动 工程技术刊物开辟了失效分析专栏失效分析、预测及预防知识的逐渐普及：出版了相关的教材、专著及技术丛书，高校有关专业增设失效分析课程2022/7/1317 钟群鹏-失效分析基础 上海交大-金属断口分析 褚武扬-断裂与环境断裂 刘正义-机械装备失效分析图谱 陈伯蠡-焊接工程欠缺分析与对策 吴望周-化工装备断裂失效分析基础 机械工业委员会-失效分析培训教材 机械工程学会材料分会-机械产品失效分析丛书 胡世炎-破断故障金相

8、分析及机械失效分析手册 张 栋-机械失效的实用分析及机械失效的痕迹分析2022/7/1318 邓文龙-金属构件断裂分析与防护 孙 智-失效分-基础与应用 窦照英-承压设备失效分析与处理化工设备事故分析与预防及应急处理技术实用手册国外石油化工事故案例化工事故案例分析与防范石油化工企业事故案例剖析锅炉压力容器爆炸事故案例剖析化工爆炸事故案例化工设备突发事故处理与分析预防技术规范实务全书安全生产事故典型案例评析全集含“化工事故典型案例评析”2022/7/13192) 美国 原子能、宇航部门：失效分析主要由国家研究机构承担 民用工业部门：失效分析主要由一些公司承担 失效分析与保险公司和法院关系最密切，

9、常以官司结案 美国金属学会(ASM):How Components Fail(1966) 美国机械工程师学会(ASME) 、美国材料与试验学会(ASTM) ASTM 1975年在金属手册中增设加“失效分析与预防” “Failure Analysis and Prevention” Jack A. Colins 1981年编著机械设计中的材料失效教材， Failure of Materials in Mechanical Design2022/7/1320六、工作人员的任务和素质要求 寻找失效构件及相关实物证据 宏观分析和推理，初步确定失效类型 必要的微观分析、理化检验，再查找失效原因 综合确定

10、整个失效过程及其失效原因间的联系 必要时模拟试验，验证因果分析的正确性1. 主要任务2022/7/1321 彻底的求实精神和严谨的工作态度 敏锐的观察力和熟练的分析技术 正确的失效分析思路和良好的判断能力 善于学习 扎实的专业基础和宽广的知识面2. 应备素质2022/7/1322事故报道：太多太多了！2022/7/13232006.5.18 西柏坡发电厂发生的锅炉爆炸事故：死伤， 原因为锅炉高温蒸汽泄漏爆炸所致。 2005.12.6 安徽凤台发生氨气泄漏事故，3死4伤。2005.11.16 中石油吉林石化公司双苯厂苯胺装置11月13日发生爆炸着火严重事故，造成5人死亡，2人重伤，21人轻伤，1

11、人下落不明。 事故发生后，疏散群众达1万多人。2022/7/1324 1984.12.3 美国碳联公司印度博帕尔市农药厂异氰酸甲酯泄漏事故-世界工业史上绝无仅有的惨案。 死亡近四千人，受害20多万人，5万人失明，孕妇流产或产下死婴，受害面积40平方公里，数千头牲畜被毒死。 1986.4.26 苏联切尔诺贝利核电站4号核反应堆爆炸-惨剧开始了。 当 场 31人 死 亡，附近13万多人被迫撤离 ，隔离区成为“死亡区” ，间接导致5.5万人丧生，7万人成为残疾人，30多万人受放射伤害死去。有些成为惨案和惨剧 - 惨不忍睹！2022/7/1325 1986年4月26日凌晨的1点23分，前苏联乌克兰地区

12、切尔诺贝利核电站4号核反应堆一声爆炸, 带来了人类和平利用核能史上的惨剧。 震天巨响，厂房被炸飞，墙壁坍塌，火光四起，烈焰冲天，火柱高达30多米。核辐射通过风力、雨水等传播途径，污染了乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯等一些堪称世界上最富饶的土壤，20多万平方公里的地区(居民694.5万)，附近13万多人被迫撤离 。核电站周围30公里范围被划为隔离区，约60万人进入隔离区进行清理抢救工作，庄稼被全部掩埋，周围7000米内的树木逐渐死亡。2022/7/1326 83.4万救援人员中，已有5.5万人丧生，7万人成为残疾人，30多万人受放射伤害死去。乌克兰共有250万人因切尔诺贝利核事故而身患各种疾病，其中包

13、括47.3万儿童。 到目前为止，还有200万人不得不生活在核污染区，其中包括48万不满17岁的少年儿童。 据预计，切尔诺贝利核事故造成的直接经济损失在2350亿美元以上。 在长达半个世纪里，隔离区成为“死亡区” : 10公里范围以内不能耕作、放牧，100公里范围内10年内禁止生产牛奶。2022/7/1327核辐射对儿童健康造成的伤害患癌症的白俄罗斯男孩2022/7/1328“死城”-普里皮亚季镇(离核电站km)2022/7/1329切尔诺贝利核电站“石棺” 现场2022/7/1330 前苏联政府组建的国家事故调查委员会的结论：核电站“铀-石墨大功率压力管式”反应堆设计上的缺陷，即反应堆燃料棒的

14、结构和保护系统不合理，是事故的直接原因；工作人员操作失误是事故的诱因(当时工作人员正在进行停电状态下重新激活反应堆的实验)。事故原因以下为附加内容以下为附加内容让更多的农民成为新型职业农民中央农业广播电视学校 刘天金20130507 陕西 农业部部长韩长赋： 这是一项基础性工程、创新性工作，要大抓特抓、坚持不懈。 让更多的农民成为新型职业农民（目标） 生产更多更好更安全的农产品供给社会（方向）一、为什么要大力培育新型职业农民二、什么是新型职业农民三、如何加快培育新型职业农民一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村劳动力持续转移,“人走村空”问题愈演愈烈 2012年我国农民工数量达到2

15、.6亿，每年新增900-1000万。四川抽样调查：26% 举家外出农户20% 留守农户转移比例平均60%，高的70-80% 一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村青壮年劳动力大量外出，“老人农业”“妇女农业”“小学农业”问题日益凸显陕西抽样调查：72% “80后”“90后”青壮年劳动力（农民工）55岁 务农农民平均年龄63% 妇女83% 初中及以下文化程度 四川抽样调查： 务农农民50岁以上54%，60岁以上30%，70岁以上13%； 妇女60%； 初中及以下90%。一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村新生劳动力离农意愿强烈，农业后继乏人问题步步紧逼新生代农民工76%

16、 不愿再回乡务农85% 从未种过地（国家统计局2010年10省调查：90%的新生代农民工没有从事过一天的农业生产活动）一、为什么要大力培育新型职业农民（二）紧迫课题“谁来种地”“地如何种”？党的十八大：坚持和完善农村基本经营制度，构建集约化、专业化、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系。国务院常务会议：要采取有效措施，使一部分年轻人愿意在农村留下来搞农业，培养和稳定现代农业生产队伍。中央经济工作会议、中央农村工作会议：要稳定完善强农惠农富农政策，充分保护和调动农民生产经营积极性，使务农种粮有效益、不吃亏、得实惠。2013年中央一号文件：农村劳动力大量流动，农户兼业化、村庄空心化、人口老龄化趋

17、势明显，农民利益诉求多元，加强和创新农村社会管理势在必行。十二届全国人大一次会议（政府工作报告）：要采取有效措施，稳定农业生产经营队伍，积极培育新型农民。 聚焦“谁来种地”“地如何种”一、为什么要大力培育新型职业农民（二）紧迫课题“谁来种地”“地如何种”是一个问题的两个方面 农村劳动力结构性不足：“不是没人种地，而是这地由什么人来种” 创新农业生产经营方式：“不是种不过来，而是怎么种得更好”一、为什么要大力培育新型职业农民（三）历史使命回答好“谁来种地”“地如何种”的问题，历史性地落在了培育新型职业农民上。 2012年中央一号文件聚焦农业科技，着力解决农业生产力发展问题，明确提出大力培育新型职

18、业农民；2013年中央一号文件突出农业经营体制机制创新，着力完善与现代农业发展相适应的农业生产关系，进一步强调加强农业职业教育和职业培训。创新农业生产经营方式（现代）家庭经营+合作组织+社会化服务 =新型农业经营体系新型职业农民 新型生产经营主体 新型农业经营体系 现代农业 新型职业农民是伴随农村生产力发展和生产关系完善产生的新型生产经营主体，是构建新型农业经营体系的基本细胞，是发展现代农业的基本支撑，是推动城乡发展一体化的基本力量。一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民： 一是有利于促进农民从身份向职业的转变，在推动城乡发展一体化中加快剥离“农民”的身份

19、属性，使培育起来的新型职业农民逐步走上具有相应社会保障和社会地位的职业化路子，解决有人愿意在农村留下来搞农业的问题；一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民： 二是有利于促进农民从传统农业生产向现代农业生产经营的转变，在加大强农惠农富农政策力度中加快发展现代农业，使培育起来的新型职业农民逐步走上专业化、规模化、集约化、标准化生产经营的现代化路子，解决务农种粮有效益、不吃亏、得实惠的问题；一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民： 三是有利于促进农民从传统小农生产向社会化大生产的转变，在坚持和完善农村基本经营制度中加快培育新型生产经营主体，使培育起来的新型职业农民逐步走上“家庭经营+合作组织+社会化服务”新型农业经营体系的组织化路子，解决保供增收长效机制的问题。 培育新型职业农民的过程，就是激活农民自身活力和增强农业农村发展活力的过程，就是培养高素质现代农业和新农村建设者的过程，就是培育“三农”事业发展未来的过程。农业部部长韩长赋 应对农业后继乏人问题的挑战，必须在稳定提高农业比较效益的基础上，大力培育种养大户、家庭农场、专业合作社等各类新型