失效分析的思路和方法

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冲突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确定于材料因素如成分、组织和状态等，一方面与零件的几何微小环节有关。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、力学的探讨成果，深化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.依据“不同服役条件要求材料强度与塑性、韧性的合理协作”这一原则，分析探讨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、试验应力分析)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.试验室规律性试验探讨与生产考验相结合2.以制造过程为主线的失效分析思路

任何零件都要阅历设计、选材、热加工(铸锻焊)、冷加工、热处理、精加工、装配等工序，假如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绽开分析。找出失效分析的缘由，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依据事物本身的系统性，把全部要探讨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，最终得出失效缘由。故障树分析法(FaultTreeAnalysis)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，沿其发生的经过而绽开成树的形式，分析事故发生的途径、缘由以及发生概率的方法。事实上是从已发生的失效事故动身逆着失效发生的过程进行分析，是一个从结果到缘由的所谓逆方向分析。故障树可以反映出系统中故障的内在联系，使人一目了然、形象地驾驭这种联系并进行正确分析。所以建树时要留意一下几点：1）为建好故障树，要选准建树流程，然后依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）对系统中各事务的逻辑关系和条件必需分析清晰，不能有逻辑混乱和条件冲突4）故障事务定义要精确，不能在“树”中造成逻辑混乱和冲突。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）运用维护中的问题在建树过程中和初步推断时，应遵循下列步骤：1）调查收集原始资料2）残骸分析3）通过模拟进行误差解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缘由。例如设计不当或选材不当等。针对失效缘由，实行措施可以防止再发生这类失效。所实行的措施不确定是针对造成失效的主要缘由，而是依据实际生产条件实行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）调查探讨收集原始背景材料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，必要时用试验方法测定4）深化试验分析5）综合分析找出失效的缘由，提出防止和改进措施的建议6）撰写失效分析报告4.4失效分析的基本试验技术作为失效分析的手段，须要以下试验技术：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；试验应力分析技术；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倍以下的放大镜视察分析是失效分析的基础，可以确定损坏的起源，依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，以及视察磨损或腐蚀的状况。3.金相显微镜的辨别率低，景深小，不宜于作断口视察，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视察，可以视察深孔底部的形貌，对视察气孔、疏松、气蚀的底部状况是唯一较好的工具，适合作拉伸、弯曲、压痕、乏累、刀具切削等动态形变过程的视察；当备用高温、低温装置时，可视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辨别颜色和不能定结构。5.透射电子显微镜（TEM）辨别率高，能区分扫描电镜不易区分的形貌微小环节，能确定其次相的结构，假如配有能谱，还能测定其次相的成分。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其次相的成分，检测晶界或晶界旁边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