零件失效分析4-金属构件常见失效形式及其判断

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第三章金属构件常见失效形式及其

（1）过量的弹性变形失效
– 定义：构件产生的弹性变形量超过构件匹配允许的数值 – 判断依据
• 失效构件是否有严格尺寸匹配要求，是否有高温或低温要求 • 观察正常工作时构件不接触，而又很靠近的表面是否有划伤、擦伤
等痕迹 • 设计时是否考虑弹性变形影响及采取相应措施 • 计算验证是否有过量弹性变形 • 用X射线测量金属受载时的晶格常数变化，验证是否符合要求
纯剪切过程，其内表面出现蛇行滑动、涟波等特征
蛇形滑移
大韧窝底部观察到蛇形花样
剪切韧窝及涟波花样
B. 微孔聚集型断裂的微观特征
– 断口上有大量韧窝
• 材料在塑性变形时，在夹杂物、析出物等第二相粒子周围或有缺陷地区先出现裂纹，形成微孔
• 进一步塑性变形时，微孔长大、聚集、断裂
粒子与基体脱离形成微孔
耗
损
失效期
t1
t2 使用时间t
4）从经济法的观点对失效进行分类
– 产品缺陷失效：本质失效 – 误用失效：使用不当 – 受用性失效：它因失效，火灾、水灾、地震 – 耗损失效：正常失效
2、失效原因
原
因
材料选择不当
装配错误错误的热处理机械设计错误未预见的操作条件
环境控制不够充分不恰当的或缺少监测与质量控制材料混杂
❖带缺口圆棒拉伸试样
– 由于缺口处应力集中，裂纹在此区域萌生，发展 – 断口特征
• 外周为纤维区 • 向内扩展 • 破坏区在中心 • 无剪切唇
• 板状拉伸试样
不同厚度的板状拉伸试样断口特征
• 带缺口的板状拉伸试样的断口
解理断裂断口
裂纹源
人字条纹
带缺口试样，发生明显塑性变形
3）弹性变形失效原因及防护措施

金属件的失效形式探究

金属件的失效形式探究金属件是广泛应用于各种机械、仪器设备和工程建设中的零部件。

然而，由于环境、载荷和使用条件等因素的影响，金属件在运行中可能会发生失效。

本文将从金属件的失效形式入手，探究金属件失效的原因及防范措施。

1.疲劳失效疲劳失效是指在长期交替载荷作用下，金属件内部发生微小裂纹，最终导致裂纹扩展至金属截面，导致零部件失效。

疲劳失效与材料的强度、硬度、韧性等有关。

同时，载荷的幅值、频率和持续时间等也会对其产生影响。

在防范疲劳失效中，应注意减小内部应力集中的情况，控制材料的相关参数，调节载荷状况，以及定期进行检测和维护。

2.腐蚀失效腐蚀失效是指金属件在特定环境、温度和湿度下，遭受化学或电化学腐蚀作用，导致零部件出现腐蚀、破损等情况，对机械功能产生负面影响。

在防范腐蚀失效中，应注意选用抗腐蚀性能好的材料，加强物件工艺与表面处理，提高储存条件和周检等。

3.磨损失效磨损失效是指金属件表面与其他表面摩擦所产生的磨擦力，在长期作用下，导致金属表面破损、磨损，影响零部件的性能和寿命。

在防范磨损失效中，应注意加强材质选择，提高工作精度、加强润滑与检查保养。

4.变形失效变形失效是指金属件受到太大的载荷、挤压等因素，导致其变形、变形过大、折断等失效情况。

在防范变形失效中，应注意控制峰值载荷，加强温度控制，支撑力和固定力均匀等。

热疲劳失效是指长期高温下，金属件内部发生热应力、热膨胀等变化，导致零部件的性能明显变化或失效。

在防范热疲劳失效中，应注意在设计材料、加工工艺、温度控制等方面进行调整与优化，定期进行检查。

综上所述，金属件失效形式多种多样，原因也各不相同。

为了保证金属件的正常运转，应该建立完善的质量控制体系，加强对金属件的定期检测和维护，优化金属件的设计与加工工艺，选用质量高、耐用性好的材料，并采取相应的防范措施，以此来减少和避免金属件的失效发生，提高其使用寿命和安全性。

金属材料失效分析

金属材料失效分析
金属材料是工程领域中常用的材料之一，但在实际使用过程中，金属材料可能
会出现各种失效现象，影响其使用性能和安全性。

因此，对金属材料失效进行分析具有重要意义。

本文将从金属材料失效的原因、常见失效形式以及分析方法等方面进行探讨。

首先，金属材料失效的原因主要包括内在因素和外在因素。

内在因素包括材料
的组织结构、化学成分、加工工艺等，这些因素可能导致材料在使用过程中出现断裂、蠕变、疲劳等失效形式。

外在因素则包括环境条件、工作载荷、温度变化等，这些因素也会对金属材料的性能产生影响，导致失效现象的发生。

其次，金属材料常见的失效形式包括断裂、蠕变、疲劳、腐蚀等。

断裂是指材
料在外部受力作用下出现破裂现象，主要包括静态断裂和疲劳断裂两种形式。

蠕变是指材料在高温和持续加载条件下发生塑性变形的现象，容易导致构件变形和失效。

疲劳是指材料在交变载荷下发生的断裂现象，是一种常见的失效形式。

腐蚀则是指金属材料在化学介质中受到侵蚀，导致材料表面产生损伤和腐蚀失效。

最后，针对金属材料失效的分析方法主要包括实验分析和数值模拟两种。

实验
分析是通过对失效样品进行金相分析、断口分析、物理性能测试等手段，来确定失效原因和形式。

而数值模拟则是通过建立材料的本构模型、载荷模型等，利用有限元分析等方法进行模拟，预测材料的失效行为和寿命。

综上所述，金属材料失效分析是工程领域中的重要课题，对于提高材料的可靠
性和安全性具有重要意义。

通过对金属材料失效原因、失效形式和分析方法的深入了解，可以有效地预防和解决金属材料失效问题，保障工程结构的安全可靠运行。

金属件的失效形式探究

金属件的失效形式探究引言：在现代工业生产中，金属件广泛应用于各种机械设备中，承载着巨大的力和压力。

由于各种原因，金属件在使用过程中可能会出现各种不同的失效形式，影响设备的正常运行。

研究金属件的失效形式对于改善产品质量、提高生产效率至关重要。

本文将探究金属件常见的失效形式及其原因。

一、金属件的常见失效形式：1. 塑性变形：金属件在受到外力作用下发生塑性变形是一种常见的失效形式。

当金属件受到过大的载荷时，超过了其强度和硬度的极限，就会发生塑性变形，导致零部件变形失效。

塑性变形有屈服、蠕变、断裂等几种类型。

2. 疲劳破坏：金属件长时间受到交变载荷的作用，会引起疲劳破坏。

疲劳破坏是金属件在交变载荷下发生裂纹形成并扩展，导致分离或断裂。

疲劳破坏常发生在金属件表面、孔洞和切口等应力集中区域，如螺纹孔、焊缝等处。

3. 特殊环境腐蚀：金属件在特殊环境中（如高温、湿润、酸碱等）会发生腐蚀，导致金属局部失效。

腐蚀有很多种类型，如电化学腐蚀、氧化腐蚀、碳化、硫化等。

4. 渗碳层剥落：金属件表面渗入碳，形成硬度高、耐磨损的渗碳层。

在使用过程中，渗碳层会受到外力和热效应的影响，导致渗碳层剥落，降低金属件的使用寿命。

5. 轴承失效：轴承是金属件中常见的零部件，其失效形式包括磨损、疲劳、断裂等。

轴承失效会引起设备振动增大、摩擦增加等故障。

二、金属件失效形式的原因：1. 金属材料质量不合格：金属材料的质量是保证金属件正常使用的基础。

材料中的含杂质、非金属夹杂物和缺陷等都会导致金属件的强度和韧性下降，增加失效的风险。

2. 设计不合理：金属件的设计不合理是造成失效的另一个重要原因。

如设计的载荷超过了金属材料的承载能力、几何形状不合理导致应力集中等，都会导致金属件的失效。

3. 使用条件不恰当：金属件在使用过程中受到的载荷、震动、温度、湿度等环境条件都会影响其失效形式。

如超负荷使用、温度过高等都会导致金属件的疲劳破坏和腐蚀失效。

4. 加工工艺不合理：金属件的加工工艺是决定其性能和质量的关键因素之一。

金属件的失效形式探究

金属件的失效形式探究1. 疲劳失效：金属在循环加载作用下会逐渐出现疲劳裂纹，导致零件失效。

常见的疲劳失效形式有疲劳断裂、疲劳弯曲、疲劳磨损等。

2. 塑性变形失效：当金属受到较大的力或冲击时，会发生塑性变形，导致零件失去原有的形状和功能。

常见的塑性变形失效形式有塑性弯曲、塑性变形、塑性流动等。

3. 腐蚀失效：金属在潮湿环境中容易发生腐蚀，进而导致零件的表面产生疏松、氧化等现象，甚至腐蚀穿孔导致整个零件失效。

4. 熔化失效：金属在高温条件下容易熔化，导致零件失去结构和功能。

常见的熔化失效形式有熔化断裂、熔化扭曲等。

5. 渗透失效：由于材质的不均匀性或者制造工艺不当，会导致金属件内部产生裂纹或孔洞，从而影响其力学性能和使用寿命。

6. 强度不足失效：当零件设计或制造过程中强度不足时，会导致金属件在受力时发生形变、变形或破裂，进而造成失效。

7. 焊接失效：金属件在焊接过程中可能会出现焊接不良、焊缝裂纹、焊接变形等问题，进而导致零件的焊接失效。

在实际应用中，为了避免金属件的失效，可以采取以下措施：1. 合理设计：在设计金属件时，应充分考虑受力情况、工作环境等因素，合理确定材质、尺寸和结构，以提高零件的强度和可靠性。

2. 优化制造工艺：在金属件的制造过程中，应严格控制工艺参数，避免产生质量缺陷，提高零件的品质。

3. 加强表面防护：采用适当的表面处理方法，如涂覆防腐剂、镀层等，以增强金属件的抗腐蚀能力。

4. 定期检验和维护：对金属件进行定期检验，及时发现问题并采取维修或更换措施，以保证零件的正常工作和使用寿命。

总之，了解金属件失效的形式和原因，对于提高金属件的可靠性和使用寿命具有重要意义，可以指导设计、制造和使用过程中的科学决策。

第三章金属构件常见失效形式及其

第三章金属构件常见失效形式及其金属构件在使用过程中常常会发生各种失效，导致工件不能正常工作或失去使用价值。

常见的金属构件失效形式包括疲劳失效、蠕变失效、腐蚀失效、磨损失效和断裂失效等。

下面将对这些失效形式进行详细介绍。

疲劳失效是金属构件在经过多次循环加载下，由于应力集中、存在缺陷或工作环境存在震动等因素造成的失效。

这种失效形式往往是逐渐积累的，表现为构件出现裂纹，并逐渐扩展至断裂。

疲劳失效可以发生在各种工件上，如弯曲构件、轴类构件等。

为了防止疲劳失效，可以通过增加构件的强度、改变工作环境或提高构件的表面光洁度来减少应力集中。

蠕变失效是金属在高温和持续加载下的失效，主要表现为构件的材料发生塑性变形，导致尺寸增大、变形失效或破坏。

蠕变失效常见于高温合金构件、锅炉管道等工作在高温环境下的设备。

为了防止蠕变失效，可以通过提高材料的抗蠕变能力、降低工作温度或减少加载应力等措施来防止。

腐蚀失效是金属在化学环境中和电化学作用的影响下逐渐腐蚀产生的失效。

腐蚀失效可以表现为构件的表面出现腐蚀坑、腐蚀皮膜等，导致金属的强度和刚度降低，最终导致构件失效。

腐蚀失效在大气中、水中、酸碱溶液中等多种环境下都会发生。

为了防止腐蚀失效，可以通过材料的表面处理、涂层保护、选择抗腐蚀材料等措施来减少腐蚀的发生。

磨损失效是金属构件在与其他构件摩擦和磨擦过程中逐渐损耗，最终导致表面的粗糙度增加、尺寸的减小和形状的改变。

磨损失效常见于轴承、齿轮、刀具等工作在高速、高负荷和高温环境下的设备。

为了防止磨损失效，可以通过润滑剂的使用、提高表面硬度、减少工作条件下的振动和冲击等措施来减少磨损。

断裂失效是金属构件在受到应力超限或存在明显缺陷的情况下，由于应力集中、承受能力不足等原因导致的突然破裂。

断裂失效常见于焊接接头、薄壁结构等，造成的后果往往是灾难性的。

为了防止断裂失效，可以通过增加构件的强度、改善焊接质量、增加材料的韧性等措施来提高构件的承载能力。

金属件的失效形式探究

金属件的失效形式探究金属件的失效形式可分为四种：断裂、变形、疲劳和腐蚀。

本文将对这四种失效形式进行探究。

一、断裂断裂是金属件失效最常见的一种形式。

主要有静态断裂和疲劳断裂两种。

1. 静态断裂静态断裂是指在金属件承受静态载荷时发生的断裂。

静态断裂主要有几种形式：拉断、剪断和压断。

拉断是金属件在拉伸载荷作用下发生的断裂，一般发生在材料的强度不足处，由于应力集中造成的。

剪断是金属件在剪切载荷作用下发生的断裂，常见于螺栓连接处。

压断是金属件在受到压缩载荷作用下发生的断裂，常见于轴承连接处。

2. 疲劳断裂疲劳断裂是指金属件在循环载荷作用下发生的断裂。

疲劳断裂的特点是在应力远低于金属的屈服强度下，由于长期循环应力的积累使金属产生微小裂纹，最终导致断裂。

疲劳断裂常见于金属复杂循环应力的作用下，如车轮、飞机机翼等工程结构。

二、变形变形是金属件在外力作用下发生的形状改变。

主要有塑性变形和弹性变形两种。

1. 塑性变形塑性变形是指金属件在外力作用下，应力超过材料屈服强度时发生的形状改变。

塑性变形一般是可逆的，即在外力作用取消后，金属件会恢复到原来的形状。

塑性变形常见于金属的拉伸、压缩和弯曲等加工过程。

三、疲劳疲劳是金属件在循环载荷作用下发生的形状改变，不同于疲劳断裂，疲劳主要表现为材料的硬度和强度下降。

疲劳常见于金属循环载荷作用下的材料，如弹簧、扭矩杆等。

疲劳的形成主要有以下几个因素：1. 材料内部的缺陷如夹杂、孔洞等，会导致应力集中，从而加速材料的疲劳损伤。

2. 应力幅值和应力集中是材料疲劳的重要因素，应力幅值越大，材料疲劳程度越严重。

3. 材料表面的处理和涂层可以增加材料的抗疲劳能力。

四、腐蚀腐蚀是指金属表面与周围环境中的化学物质发生反应，导致金属的表面和内部发生物理或化学性质的改变。

腐蚀可分为常温腐蚀、高温腐蚀和电化学腐蚀等。

腐蚀对金属的影响主要有以下几个方面：1. 降低了金属的强度和硬度。

2. 引起金属表面的裂纹和脆化，导致疲劳断裂。

金属件的失效形式探究

金属件的失效形式探究金属件的失效形式有很多种，常见的有疲劳失效、腐蚀失效、磨损失效、松动失效、断裂失效等。

下面分别进行探究：1、疲劳失效：当金属构件受到外力的反复循环作用时，在外力的作用下，材料内部原子结构发生变化，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致构件失效。

疲劳失效是金属零件最常见的失效形式之一，特别是在机械振动和反复载荷下易发生。

2、腐蚀失效：金属构件在存在腐蚀介质的环境下，其表面会产生化学反应，导致金属壁厚减薄，最终导致零件失效。

腐蚀失效有许多形式，如氧化腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等。

3、磨损失效：金属构件在运行过程中，由于受到摩擦和剪切等力的作用，使得材料表面发生不同程度的磨损，从而减少材料壁厚和尺寸，最终导致零件失效。

磨损失效分为表面磨损和体积磨损两种，表面磨损包括磨损、腐蚀磨损和磨粒石磨损，体积磨损包括疲劳磨损和金属疲劳。

4、松动失效：金属构件在运行过程中由于振动、冲击等荷载作用，或由于其他原因导致连接处的螺栓、销轴、齿轮等零件发生位移，出现松动等现象，从而导致零件失效。

松动失效是很常见的设备失效形式之一，是由于零件之间的连接松动导致对未来运行产生严重的后果。

5、断裂失效：当金属构件受到超载或者由于其他原因导致产生裂纹时，金属材料在裂纹处发生断裂，这种失效形式称为断裂失效。

断裂失效位置通常在应力集中处，包括冲击断裂、塑性断裂、脆性断裂等几种类型。

断裂失效发生后，易导致整个设备的失效。

综上所述，金属件的失效形式是多种多样的，每种形式都有着不同的失效机制和特点。

在实际应用中，对不同失效形式进行预防和控制是保持机器设备长寿命和安全运行的必要手段。

金属件的失效形式探究

金属件的失效形式探究
金属件的失效形式是指在使用过程中由于各种因素的作用，金属材料发生了不可逆转
的变化，导致其性能下降甚至完全丧失的现象。

金属件的失效形式包括疲劳断裂、变形失效、蠕变失效、腐蚀失效等。

本文将对金属件的失效形式进行探究。

疲劳断裂是金属件最常见的失效形式之一。

疲劳断裂是指在交变的应力和应变作用下，金属材料经历了一些载荷循环后出现的断裂现象。

疲劳断裂通常会从金属表面开始并逐渐
向内扩展，最终导致金属件的完全断裂。

疲劳断裂的主要原因是金属材料的内部存在一些
微小的缺陷，这些缺陷在应力下会逐渐扩展形成裂纹，进而导致断裂。

变形失效是金属件的另一种常见失效形式。

变形失效是指在金属件受到过大的载荷作
用下，金属材料发生塑性变形或工程应变超过了其允许的范围，导致金属件的性能下降。

变形失效通常表现为金属件的强度降低、变形过大或失去原有形状等现象。

腐蚀失效也是金属件的常见失效形式之一。

腐蚀是指金属材料与环境中的化学物质发
生反应而导致金属发生氧化、腐蚀等现象。

腐蚀失效通常表现为金属件的表面出现腐蚀斑点、锈蚀、脱漆等现象，严重的情况下可导致金属件的完全破坏。

金属件的失效形式包括疲劳断裂、变形失效、蠕变失效和腐蚀失效等。

了解和掌握金
属件的失效形式对于预防和解决金属件失效问题具有重要的意义，有助于提高金属件的使
用寿命和可靠性。

在设计和制造金属件时，应考虑材料的强度和耐蚀性能，合理控制应力
和应变，并采取相应的防护措施，以降低金属件的失效风险。

金属构件失效分析精简版

第一章1、失效分析：对装备及其构件在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，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。

2、失效形式：(1)变形失效a弹性变形失效b塑性变形失效（2）断裂失效a韧性断裂失效b 脆性断裂失效c疲劳断裂失效（3）腐蚀失效a局部（点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳）b全面（均匀、不均匀）（4）磨损失效3、引起失效的原因：（1）设计不合理：结构或形状不合理，构件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过渡区等高应力区（2）选材不当及材料缺陷（3）制造工艺不合理：工艺规范制定不合理（4）使用操作不当和维修不当4、失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。

5.自行车的失效形式：磨损；家用液化气瓶：变形；锅炉：断第二章1、铸态金属常见的组织缺陷：a缩孔：金属在冷凝过程中由于体积收缩而在铸锭或铸件心部形成管状或分散孔洞称为缩孔。

细小的缩孔称为疏松。

b偏析：金属在冷凝过程中由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象。

c内裂纹d气泡和白点2、金属锻造及轧制件缺陷：（1）内部组织缺陷a粗大的魏氏体组织b网络状碳化物及带状组织c钢材表层脱碳（2）钢材表面缺陷：折叠、划痕、结疤、表面裂纹、分层3、钢中金属夹杂物种类：a脆性夹杂物b塑性夹杂物c半塑性变形的夹杂物4、脆性夹杂物易成为疲劳断裂的裂纹源原因：对于变形率低的脆性夹杂物，在钢加工变形过程中，夹杂物与钢基体相比变形甚小，由于夹杂物与钢基体之间的变形性的显著差异，造成在夹杂物与钢基体的交界处产生应力集中，导致微裂纹产生或夹杂物本身开裂5、a比b的危害大的原因：夹杂物的变形率V可在V≈０～１这个范围变化，若变形率低，钢经加工变形后，由于钢产生塑性变形，而夹杂物基本上不变形，便在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，导致在钢与夹杂物的交界处产生微裂纹，这些微裂纹便成为零件在使用过程中引起疲劳破坏的隐患。

第三章金属构件常见失效形式及其

粒子本身开裂形成微孔
以滑移方式形成微孔汇合模型
• 韧窝的形状
– 等轴形 – 剪切长形 – 撕裂长形
等轴韧窝
剪切韧窝
撕裂韧窝
（1）（2）（3）
（1）受载后，应力接近局部破坏时，形成微孔
（2）微孔连接，形成断裂（3）断口上下面的微孔形貌—韧
3）弹性变形失效原因及防护措施
– 失效原因
• 过载 • 超温 • 材料变质
构件原设计考虑不当，计算错误或选材不当造成的
– 防护措施
• 选择合适的材料或构件结构：E高的材料不易变形 • 确定适当的构件匹配尺寸或变形的约束条件 • 采用减少变形影响的连接件：皮带传动、软管连接
3.2.2 金属构件的塑性变形失效
– 斜断裂
• 宏观断面取向与最大切应力方向一致，与最大正应力呈 45°角
• 滑移形变不受约束或约束较小，平面应力下的断裂
直径较大、没有缺口及缺陷的光滑圆棒试样，慢应变拉伸，韧性好
杯锥状断裂（正断与切断结合）
(a) 颈缩
(b) 空穴形成
(c)空穴长大形成裂纹
(d)裂纹扩展
(e)形成杯锥断口
❖带缺口圆棒拉伸试样
– 由于缺口处应力集中，裂纹在此区域萌生，发展 – 断口特征
• 外周为纤维区 • 向内扩展 • 破坏区在中心 • 无剪切唇
• 板状拉伸试样
不同厚度的板状拉伸试样断口特征
• 带缺口的板状拉伸试样的断口
解理断裂断口
裂纹源
人字条纹
带缺口试样，发生明显塑性变形
（1）过量的弹性变形失效
– 定义：构件产生的弹性变形量超过构件匹配允许的数值 – 判断依据
• 失效构件是否有严格尺寸匹配要求，是否有高温或低温要求 • 观察正常工作时构件不接触，而又很靠近的表面是否有划伤、擦伤

零件失效分析4-金属构件常见失效形式及其判断

表现为低周疲劳和高周疲劳两种形式。
判断方法
通过观察疲劳断口的形貌和特征、分析疲劳裂纹扩展的过程和规律，以及进行疲劳性能测试等方法来判断疲劳失效的原因。
03
金属构件失效判断方法
外观检查
直接观察
通过目视或放大镜观察金属构件表面是否存在裂纹、变形、腐蚀等异常现象。
触摸检查
通过触摸感受金属构件的表面粗糙度、温度等变化，判断是否存在异常。
弯曲试验
通过弯曲金属构件，测定其弯曲强度、韧性等力学性能指标，判断其是否满足设计要求。
金相分析
微观组织观察
通过金相显微镜观察金属构件的微观组织结构，分析其晶粒大小、相组成等，判断其力学性能和耐腐蚀性能。
夹杂物分析
通过金相法或化学分析法测定金属构件中夹杂物的成分、形态和分布，判断其对金属性能的影响。
详细描述
通过定期检查，可以及时发现金属构件的损伤和异常情况，采取相应的修复和更换措施，避免因小问题积累导致的大规模失效。同时，合理的维护和保养也可以延长金属构件的使用寿命。
05
案例分析
断裂失效案例
总结词
断裂失效是指金属构件在应力作用下发生的突然断裂现象。
详细描述
断裂失效通常是由于金属材料内部存在缺陷，如裂纹、夹杂物等，在应力集中或交变应力的作用下，裂纹扩展导致金属构件断裂。断裂失效案例包括桥梁断裂、压力容器爆炸
判断方法
通过观察磨损表面的形貌和特征、分析磨损产物的成分和结构，以及进行摩擦学性能测试等方法来判断磨损失效的原因。
疲劳失效
总结词
疲劳失效是指金属构件在循环载荷作用下发生的疲劳断裂现象。
详细描述
疲劳失效通常是由于金属材料内部的应力集中和循环载荷的共同作用，导致材料内部的微裂纹扩展和断裂的产生。疲劳失效

金属材料零部件失效分析

金属材料零部件失效分析
随着科学技术和工业生产的迅速发展，人们对机械零部件的质量要求也越来越高。

材料质量和零部件的精密度虽然得到很大的提高，但各行业中使用的机械零部件的早期失效仍时有发生。

通过失效分析，找出失效原因，提出有效改进措施以防止类似失效事故的重复发生，从而保证工程的安全运行是必不可少的。

相关行业
汽车零部件、精密零部件、模具制造、铸锻焊、热处理、表面防护等金属相关行业。

失效常见类型
设计不当引起的失效（结构设计不合理、设计硬度不足、选材不当、材料状态要求不合理）；
材料缺陷引发的失效（疏松、偏析、皮下气泡、缩孔、非金属夹杂、白点、异金属夹杂、表面腐蚀等）；
铸造缺陷引发的失效（缩孔与疏松、白口与反白口、球墨铸铁球化不良、夹渣、偏析碳化物、铸造裂纹、石墨漂浮等）；
锻造缺陷引发的失效（过热与过烧、锻造裂纹、热脆与铜脆、锻造折叠、高温氧化、退火不充分、锻造白点、锻造流线缺陷等）；
焊接缺陷引发的失效（焊接裂纹、未焊透与未熔合、焊接预热不当、夹渣与气孔、晶间腐蚀、应力腐蚀）；
热处理缺陷引发的失效（淬火裂纹、表面脱碳、渗碳/氮缺陷、回火裂纹等）；
冷加工成型缺陷引发的失效（磨削缺陷、切削缺陷、冷镦缺陷、冲/挤/拉伸成形缺陷等）。

金属失效分析的意义
1.失效分析可以减少和预防同类失效现象的发生，从而减少经济损失和提高产品质量。

2.为企业技术开发、技术改造提供信息，增加企业产品技术含量，从而获得更大的经济效益。

3.分析机械零件失效原因，为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。

常见失效形式及特征和诊断

失效分析
断裂过程
裂纹亚稳扩展时，裂纹扩展阻力大，da/dt较小；裂纹失稳扩展时，裂纹扩展阻力小， da/dt大，
最大可达该材料的声速。韧断时，裂纹的亚稳扩展阶段较长，裂纹的扩
展与塑性变形同时进行，故有明显的塑性变形，断裂慢。脆断时，几乎没有亚稳扩展阶段，故无明显塑性变形，断裂快。
KI= KIc
失效分析
断裂韧度KIC: 是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
单位：MPa·m 1/2 或者 MN ·m-3/2
失效分析
五、断裂力学理论在失效分度
ac

K IC
Y
2

已知裂纹长度，材料，确定结构安全的最大应力
失效分析
材料的韧性与断裂设计
三、裂纹扩展的能量判据
断裂的能量判据裂纹失稳扩展条件： GriffithG≥R R=γs Orowan修正G≥R R=2(γs＋γp) 断裂的能量判据：GI≥GIc GIc=或GIc= 2(γs+γp) 当GI增大，达到材料对裂纹扩展的极限抗力时，裂
纹体处于临界状态。此时，GI达到临界值GIC，裂纹体发生断裂 GIC的单位为J／mm2，与冲击韧性的相同，故可将GIC 称为断裂韧性。
在形式上两者是相同的。在研究裂纹扩展的动力和阻力时，基本概念都是基于能量的消长与变化
失效分析
结论
1.Griffith认为，裂纹尖端局部区域的材料强度可达其理论强度值。
2.倘若由于应力集中的作用而使裂纹尖端的应力超过材料的理论强度值，则裂纹扩展，引起断裂。
3.根据弹性应力集中系数的计算,可得到相似公式
对钢材4，在临界裂纹2c=4mm时，其工作应力为d=990MNm-2

金属构件常见失效形式

★疲劳裂纹的萌生疲劳裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的,主
要方式有表面滑移带形成,第二相、夹杂物或其界面开裂,晶界或亚晶界开裂及各类冶金缺陷,工艺缺陷等.
图3-29 滑移带中产生的 “挤入”及“挤出”示意
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★疲劳裂纹的扩展是一个包括滑移塑性形变与不稳定断裂交替作用的复杂过程,通常有切向扩展和正向扩展两个阶段.
预防应力松弛失效的措施：
选用松弛稳定性好的材料；
对使用过程中的构件进行一次或多次再紧固.
图 3-6 金属的应力松弛曲线
§3.2 断裂失效
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§3.2 断裂失效
断裂是金属构件在应力作用下材料分离为互不相连
的两个或两个以上部分的现象.
断裂的危害：甚大,特别是脆性断裂.
断裂过程：裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及失稳扩展、断裂.
境
荷
应力大小
高应力疲劳低应力疲劳
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四疲劳断裂
拉伸疲劳拉压疲劳弯曲疲劳扭转疲劳混合疲劳
1. 疲劳断裂的现象及特征
1) 载荷是交变负荷.
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1 疲劳断裂特征
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2) 疲劳断裂是在负荷多次循环后发生的<累进式>.
疲劳曲线
3) 疲劳断裂是劳裂纹萌生、扩展和瞬时断裂三个阶段.
几乎所有的解理断口上均有二次裂纹.
★ 河流条纹河流流向是裂纹的扩展方向,上游是裂纹源.
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★ 舌状花样材料脆性大、温度低,临界
变形困难时, 晶体变形以形变孪晶方式进行, 易形成解理舌状花样.
图3-23 解理舌状花样形成示意图
★ 其它花样
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图3-24 青鱼骨状花样 SEM 2000X
河流花样

金属构件失效分析

磨损失效当材料的表面相互接触或材料表面与流体接触并作相对运动时，由于物理和化学的作用，材料表面的形状、尺寸或质量发生变化的过程，称为磨损。由磨损而导致构件功能丧失，称为磨损失效。磨损有多种形式，其中常见粘着磨损、磨料磨损、冲击磨损、微动磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。
2、引起失效的原因
• 设计不合理
如在急剧冷却的条件下浇注金属，可以避免在铸锭上部形成集中缩孔。但在此情况下，液态金属与固态金属之间的体积差仍保持一定的数值，虽然在表面上似乎已经“消除”了大的缩孔，可是有许多细小缩孔即疏松，分布在金属的整个体积中。
钢材在锻造和轧制过程中，疏松情况可得到很大程度的改善，但如由于原钢锭的疏松较为严重、压缩比不足等原因，则在热加工后较严重的疏松仍会存在。图2-2(b)所示为2crl3钢热轧后退火仍有黑色小点显示的中心疏松。此外，如原钢锭中存在着较多的气泡，而在热轧过程中焊合不良，或沸腾钢中的气泡分布不良，以致影响焊合，亦可能形成疏松。
• 选材不当及材料缺陷
金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、加工工艺性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。使用在特定环境中的构件，对可预见的失效形式要为其选择足够的抵抗失效的能力。如对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂，应该选择足够的拉伸强度和屈服强度；但对可能产生的脆性断裂、疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件，高强度的材料往往适得其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料，对构件的成形要有好的加工工艺性能。在保证构件使用性能、加工工艺性能要求的前题下，经济性也是必须考虑的。
1.4 失效分析与其他学科的关系
1.5 失效分析的历史发展状况
一般把失效分析的发展历史分为三个阶段，即失效分析的初级阶段、近代失效分析阶段及现代失效分析阶段。

金属零件失效分析

定期检查与维修缺失
未及时发现和修复金属零件的损伤，可能使其在使用过程中发生突然失效。
其他原因分析
材料缺陷
金属材料本身存在的缺陷，如夹杂物、偏析等，可能导致其在使用过程中发生失效。
外力损伤
金属零件在使用过程中受到外力损伤，如撞击、挤压等，可能导致其发生变形或断裂。
04
金属零件失效预防措施
研究展望
• 针对新型金属材料（如高强度轻质合金、非晶合金等）的失效问题，需要深入研究其失效机制和规律，建立更加完善的失效分析方法。
• 随着无损检测技术的发展，未来可以利用更加先进的检测手段（如超声检测、 X射线检测等）对金属零件进行早期预警和实时监测，提高失效预测的准确性和及时性。
• 在失效分析过程中，应加强计算机模拟技术的应用，通过建立数值模型和仿真分析，对金属零件的失效过程进行模拟和预测，为实际应用提供更加可靠的依据。
目的和意义
通过对金属零件失效的分析，可以找出失效原因，预防类似失效的再次发生，提高机械装备的可靠性和安全性。
同时，失效分析还可以为新材料的开发和现有材料的改进提供理论依据和实践指导，促进材料科学的发展。
02
金属零件失效类型
断裂失效
总结词
断裂失效是金属零件最常见的失效形式之一，表现为零件在应力作用下发生的断裂现象。
磨损和腐蚀失效分析涉及对金属零件表面形貌、成分、硬度等方面的检测，以确定磨损和腐蚀的原因和程度，并提出相应的防护措施。
某化工设备中的金属管道在使用过程中发生严重磨损和腐蚀，导致介质泄漏。通过失效分析发现，管道内壁存在介质冲刷和腐蚀性物质的共同作用，导致表面损伤。
建议加强管道内壁防腐涂层保护；同时优化介质输送方式，减少对管道内壁的冲刷磨损。