材料失效分析及案例

材料失效分析与预防及案例分析一、失效零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。二、失效危害性1、失效导致机械不能正常工作，降低生产效率，降低产品质量，误工误事。2、失效导致机械不能工作，停工停产，造成重大经济损失。3、失效导致机毁人亡三、失效分析失效分析:判断零件失效性质、分析零件失效原因、研究零件失效的预防措施的技术工作。四、失效分析内容1、判断失效性质：畸变失效、断裂失效、磨损失效、腐蚀失效。2、分析失效原因：设计、材料、加工、装配、使用、维护。3、研究失效的预防措施：修改设计、更换材料、改进加工、合理装配、正确使用、及时维护。五、失效分析技术金相分析技术，断口分析技术，力学性能测试技术，理化分析测试技术，晶体结构分析技术，无损检测技术，应力分析技术。失效案例汽车离合器壳体开裂失效分析1、粗视分析 离合器壳体由铝合金铸造而成。一个壳体破断为两部分，一个壳体一侧的裂纹长220mm,另一侧有一条15mm长的裂纹。裂纹的起始位置均在壳体侧面下方的交界处。壳体侧面的内表面呈135°和90°夹角,无明显的过渡园角。裂纹扩展方向与该处所受拉应力的方向垂直。2、现场调研离合器安装情况：离合器左边与发动机相联,右边与变速器相联。离合器壳体受到较大弯矩作用。发动机工作时,壳体受到强烈振动。壳体下部受到瞬时大的拉应力作用,在应力集中处容易产生裂纹造成开裂或破断。3、立体显微镜下观察断裂面有放射状撕裂棱。断面上有许多闪光的小点,同时发现有园形、椭园形的空洞。最大的一个椭园形孔洞尺寸为0.6mm×1.2mm。这些空洞的内表面呈熔融金属凝固态,为铸造缺陷气孔。4、显微分析观察裂纹形态及扩展方向。裂纹端部位于壳体两侧面内表面相交处,裂纹上及其附近有大大小小的气孔,裂纹垂直于壳体边缘扩展。金相显微组织由白色的a固溶体+灰色的条状及小块状的Si晶体+黑色细针状Al-Si-Fe化合物组成。黑色针状Al-Si-Fe化合物为有害相,导致壳体材料的韧性下降。裂纹穿过气孔,并沿针状Al-Si-Fe化合物界面扩展。5、扫描电镜分析 沿晶界或相界扩展的微细裂纹。平整的晶体平面。观察到晶界和晶内的裂纹。该壳体材料的断裂机制为一种包含沿晶(或相界)断裂和穿晶断裂两种形式的混合断裂。在裂纹快速扩展区断裂形貌呈山脊状撕裂棱。6、能谱成分分析对壳体材料和组织中的条状物进行成分分析。合金的成分接近于铸造铝合金ZL102(ZL102成分:90~87%Al,10~13%Si)。含有Fe,生成有害相细针状的Al-Si-Fe化合物,降低了该合金的韧性。条状物的Si含量很高,确定其为Si晶体。7、硬度测定(1)布氏硬度测定硬度为54～61HB。该壳体的硬度值与铸造铝合金ZL102的硬度相近。(2)显微硬度测定白色块状物 65HV0.02；条状物 75HV0.02合金的硬度较低,反映该合金的强度也较低,只能用于对强度要求不高的铸件。8、断裂原因分析(1)所用材料强度低,气孔多。合金含铁量高,出现较多的针状Al-Si-Fe化合物,使韧性大大降低。(2)壳体两侧面的内表面无明显的过渡园角,导致应力集中。(3)安装结构不甚合理,导致壳体承受弯矩过大,振动厉害。易于开裂。(4)壳体受弯矩作用,同时受到强烈振动,迭加了扭矩,在壳体应力集中处产生微裂纹,裂纹扩展,导致开裂、破断。9、改进措施(1)材料方面: a.更换材料,采用强度较高的ZL107、ZL109。 b.降低含铁量,