金属材料失效分析基础与应用第四单元 表面损伤失效分析PPT课件
合集下载
零件失效分析4金属构件常见失效形式及其判断PPT课件
1. 蠕变极限：为保证在高温和长期载荷作用的机件不 致产生过量变形而失效。
2. 持久强度极限－断裂抗力指标
第11页/共149页
➢ 熔点高，晶体结构紧密 ➢ 形成固溶体，含有弥散相的合金 ➢ 改进冶金质量 ➢ 高温下，粗晶粒有较高的塑变抗力和持久强度 ➢ 采用定向凝固技术获得粗大柱状晶
第12页/共149页
• 冷却器管的失效原因为氯化物应力腐蚀开裂
第39页/共149页
应力腐蚀开裂的条件及其影响因素
基本条件：弱的腐蚀介质、不大的拉应力、特定的腐蚀系统 共同特征：
✓ 每一种金属或合金，只有在特定的介质中才能发生 应力腐蚀；
✓ 应力（尤其是拉应力）是产生应力腐蚀的必要条件； ✓ 应力腐蚀是一种与时间有关的延迟断裂； ✓ 特定的材料在特定的腐蚀环境下有确定的KISCC； ✓ 应力腐蚀裂纹的扩展速率一般为10-6~10-3mm/min； ✓ 应力腐蚀是一种低应力脆性断裂，断口齐平；
应力松弛变形失效：在总变形不变的条件下，构件弹 性变形不断转为塑性变形从而使 应力不断降低的过程。
松弛稳定性：一定温度下，经规定时间后的剩余应力。
第13页/共149页
结构上补偿胀缩方法举例
第14页/共149页
断裂失效
静载荷作用下的断裂失效分析
➢ 过载断裂失效分析 ➢ 材料致脆断裂失效分析 ➢ 环境致脆断裂失效分析 ➢ 混合断裂失效分析
314
Kg/mm2
18-8 20
）
10
1
35
10
30 50 100
300
500 1000
开裂时间（小时）
各种Cr-Ni奥氏体不锈钢在沸腾的45%MgCl2溶液中 的应力-断裂时间曲线
第44页/共149页
2. 持久强度极限－断裂抗力指标
第11页/共149页
➢ 熔点高，晶体结构紧密 ➢ 形成固溶体，含有弥散相的合金 ➢ 改进冶金质量 ➢ 高温下，粗晶粒有较高的塑变抗力和持久强度 ➢ 采用定向凝固技术获得粗大柱状晶
第12页/共149页
• 冷却器管的失效原因为氯化物应力腐蚀开裂
第39页/共149页
应力腐蚀开裂的条件及其影响因素
基本条件：弱的腐蚀介质、不大的拉应力、特定的腐蚀系统 共同特征：
✓ 每一种金属或合金，只有在特定的介质中才能发生 应力腐蚀；
✓ 应力（尤其是拉应力）是产生应力腐蚀的必要条件； ✓ 应力腐蚀是一种与时间有关的延迟断裂； ✓ 特定的材料在特定的腐蚀环境下有确定的KISCC； ✓ 应力腐蚀裂纹的扩展速率一般为10-6~10-3mm/min； ✓ 应力腐蚀是一种低应力脆性断裂，断口齐平；
应力松弛变形失效：在总变形不变的条件下，构件弹 性变形不断转为塑性变形从而使 应力不断降低的过程。
松弛稳定性：一定温度下，经规定时间后的剩余应力。
第13页/共149页
结构上补偿胀缩方法举例
第14页/共149页
断裂失效
静载荷作用下的断裂失效分析
➢ 过载断裂失效分析 ➢ 材料致脆断裂失效分析 ➢ 环境致脆断裂失效分析 ➢ 混合断裂失效分析
314
Kg/mm2
18-8 20
）
10
1
35
10
30 50 100
300
500 1000
开裂时间（小时）
各种Cr-Ni奥氏体不锈钢在沸腾的45%MgCl2溶液中 的应力-断裂时间曲线
第44页/共149页
金属断裂与失效分析
（三）实验研究：
1．结构、工艺、受力状况分析（最薄弱部位）。 2．无损检验。 3．材质分析：化学成分；金相：组织、结构分 析；机械性能。
4．断口分析——微观分析：断裂源→断裂原因。宏观分 析：确定断裂类型、延性、脆性、疲劳、应力腐蚀、 蠕变；确定断口三要素：裂源、缓慢扩展区、快速扩 展区；确定微观分析部位。
一、裂纹分类
宏观形态： 网状裂纹：龟裂（沿晶延伸），表面裂纹（热疲
劳：铸、锻、热处理、磨削）、电弧焊中均可 能。原因：材料表面化学成分、金相组织、力 学性能、应力状态等与中心不一致或晶界性能 下降。 直线型裂纹：微裂纹扩展而成、蠕变裂纹。 树枝型裂纹：主干和大量枝干，应力腐蚀裂纹， 焊接中的热裂纹。 其它型裂纹：圆周裂纹、周向裂纹、弧形裂纹。 。
问题。
5．操作和维护不良 （1）没有执行操作规程、超温、超压 （2）维护不当 6．环境原因： ①腐蚀介质：应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、局部腐蚀、脱
锌腐蚀、冲刷腐蚀。
②氧化、水蒸汽高温氧化。
Байду номын сангаас
四、失效分析程序
（一）现场调查：保护现场、记录取证 （二）残骸分析：确定首先破坏部位
风扇磨转轮飞裂后经拼凑确定断裂源
（低242℃，高293℃）→汽包（317℃）→水 冷壁（317℃）→汽包（317℃）→低温对流过 热器（376℃）。 ★ 屏 式 过 热 器 （ 457℃ ） → 高 温 对 流 过 热 器 （540℃）→联箱→主蒸汽管。 对流式：壁温比蒸汽温度高50℃， 辐射受热面：高70℃。
★ 在P压力蒸汽条件下，应力计算：
汽缸开裂的主要原因之一：热疲劳（同时还有 蠕变）。
热应力：由第一调节汽门室附近的温度波动和 气轮机在启、停时汽缸内外壁温差所引起。
失效分析2021幻灯片PPT
１.磨损失效的基本类型 粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、冲
刷磨损、腐蚀磨损等五种基本类型。 ２. 磨损失效的基本影响因素 • 摩擦、磨损和润滑，即磨损失效涉及到
摩擦副的材质和磨损工况。
（四）腐蚀失效
• 腐蚀— 是金属暴露于活性介质环境中而 发生的一种表面损耗，是化学和电化学 作用的结果。
• 腐蚀失效有几种基本类型： • １．均匀腐蚀 • ２．点腐蚀 • ３．晶间腐蚀
• 失效模式
– 失效的外在宏观表现和规律。
• 失效机理
– 引起失效的微观的物理、化学变化过程的本质 。
• 失效分类
– 畸变失效 – 断裂失效 – 表面受损失效
表1 零件失效的模式及其 失效机理
失效模式
畸变失效
弹性变形失效 塑性变形失效 翘曲畸变失效
断裂失效
韧性断裂失效 低应力脆性失效 疲劳断裂失效 蠕变断裂失效 介质加速断裂失效
分析相结合；
• ④试验室规律性试验研究与生产试验相结合。
失效分析的程序
•
进行失效分析，对于具体零部件要具体 对待，不能企求有统一的方法。图3是一
般失效分析程序。在整个失效分析过程
中，应重点抓住以下几个环节:
• (1)收集失效件的背景数据
• 除了解失效零部件在机器中的部位和作
用、材料牌号、处理状态等基本情况外
• 机械失效学与许多应用学科、技术有密 切的联系。
• “机械”是失效分析的对象，因此失效分 析与机械学的专门知识有关；
• “材料”是失效的载体，这样失效分析就 自然地涉及材料科学和工程领域的各种 知识；
• “环境”是失效发生的条件，所以失效分 析就与环境科学知识有关；
• “检测“是失效分析中信息的获取的重要途径和 手段，显然失效分析就离不开宏观和微观的检 测有关的知识；
刷磨损、腐蚀磨损等五种基本类型。 ２. 磨损失效的基本影响因素 • 摩擦、磨损和润滑，即磨损失效涉及到
摩擦副的材质和磨损工况。
（四）腐蚀失效
• 腐蚀— 是金属暴露于活性介质环境中而 发生的一种表面损耗，是化学和电化学 作用的结果。
• 腐蚀失效有几种基本类型： • １．均匀腐蚀 • ２．点腐蚀 • ３．晶间腐蚀
• 失效模式
– 失效的外在宏观表现和规律。
• 失效机理
– 引起失效的微观的物理、化学变化过程的本质 。
• 失效分类
– 畸变失效 – 断裂失效 – 表面受损失效
表1 零件失效的模式及其 失效机理
失效模式
畸变失效
弹性变形失效 塑性变形失效 翘曲畸变失效
断裂失效
韧性断裂失效 低应力脆性失效 疲劳断裂失效 蠕变断裂失效 介质加速断裂失效
分析相结合；
• ④试验室规律性试验研究与生产试验相结合。
失效分析的程序
•
进行失效分析，对于具体零部件要具体 对待，不能企求有统一的方法。图3是一
般失效分析程序。在整个失效分析过程
中，应重点抓住以下几个环节:
• (1)收集失效件的背景数据
• 除了解失效零部件在机器中的部位和作
用、材料牌号、处理状态等基本情况外
• 机械失效学与许多应用学科、技术有密 切的联系。
• “机械”是失效分析的对象，因此失效分 析与机械学的专门知识有关；
• “材料”是失效的载体，这样失效分析就 自然地涉及材料科学和工程领域的各种 知识；
• “环境”是失效发生的条件，所以失效分 析就与环境科学知识有关；
• “检测“是失效分析中信息的获取的重要途径和 手段，显然失效分析就离不开宏观和微观的检 测有关的知识；
失效分析步骤与方法 PPT
1、摄影与光学显微术 • 本厂有0-400倍得光学显微镜与影象摄取装
置,基本上可以含盖整个分析过程需要得光 学检查
– 每个元件都需要记录一般状态得全景照片与特 殊细节得一系列照片
– 不涉及分析结果或最终结论得照片可以在报告 中不列入
拥有但不需要总比需要但没有要好
四、失效分析技术
• 光学显微镜作用
– 用来观察器件得外观及失效部位得表现形状、 分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等,如观 察器件在过电应力下得各种烧毁与击穿现象,芯 片得裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
例:分别用红外热像仪与液晶方法获得得失效点照片
四、失效分析技术
红外热像仪
液晶
四、失效分析技术
• 7、电子扫描(SEM)及能谱分析(EDX)
– 原理:利用阴极所发射得电子束经阳极加速,由磁 透镜聚焦后形成一束直径为几百纳米得电子束 流打到样品上激发多种信息(如二次电子,背散 射电子,俄歇电子,Ｘ射线),经收集处理,形成相应 得图象,通常使用二次电子来形成图象观察,同时 通过特征Ｘ射线可以进行化学成分得分析。
四、失效分析技术
• 高级得DE-CAP设备原理图(一般用于集成电路)
四、失效分析技术
• 6、定位技术(HOT SPOT)
– 红外热像仪,液晶探测
• 原理:将失效得芯片通电,在失效点附近会有大得漏电 通过,这部分得温度会升高,利用红外热像仪或芯片表 面涂液晶用偏振镜观察(可以找到失效点,从而可以进 一步针对失效点作分析
• 严重时失效特征很明显,芯片有明显得surge mark,甚 至会使芯片开裂,塑封体炭化等
五、器件失效机理得分析
器件失效机理得内容
– 失效模式与材料、设计、工艺得关系 – 失效模式与环境应力得关系
置,基本上可以含盖整个分析过程需要得光 学检查
– 每个元件都需要记录一般状态得全景照片与特 殊细节得一系列照片
– 不涉及分析结果或最终结论得照片可以在报告 中不列入
拥有但不需要总比需要但没有要好
四、失效分析技术
• 光学显微镜作用
– 用来观察器件得外观及失效部位得表现形状、 分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等,如观 察器件在过电应力下得各种烧毁与击穿现象,芯 片得裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
例:分别用红外热像仪与液晶方法获得得失效点照片
四、失效分析技术
红外热像仪
液晶
四、失效分析技术
• 7、电子扫描(SEM)及能谱分析(EDX)
– 原理:利用阴极所发射得电子束经阳极加速,由磁 透镜聚焦后形成一束直径为几百纳米得电子束 流打到样品上激发多种信息(如二次电子,背散 射电子,俄歇电子,Ｘ射线),经收集处理,形成相应 得图象,通常使用二次电子来形成图象观察,同时 通过特征Ｘ射线可以进行化学成分得分析。
四、失效分析技术
• 高级得DE-CAP设备原理图(一般用于集成电路)
四、失效分析技术
• 6、定位技术(HOT SPOT)
– 红外热像仪,液晶探测
• 原理:将失效得芯片通电,在失效点附近会有大得漏电 通过,这部分得温度会升高,利用红外热像仪或芯片表 面涂液晶用偏振镜观察(可以找到失效点,从而可以进 一步针对失效点作分析
• 严重时失效特征很明显,芯片有明显得surge mark,甚 至会使芯片开裂,塑封体炭化等
五、器件失效机理得分析
器件失效机理得内容
– 失效模式与材料、设计、工艺得关系 – 失效模式与环境应力得关系
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。
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。
材料的表面损伤
刷片三爪全部断裂
刷片整体形貌，左边部分有损伤特征
损伤区显示电弧烧蚀特征
盖板上具有熔融后结晶特征的磨屑
盖板上具有熔融后结晶特征的磨屑
磨损损伤面的微观特征 换向器表面损伤特征主要是机械磨损， 磨损机制主要是粘着磨损和磨粒磨损，电弧烧
蚀集中在极片边缘。但即使在极片边缘，其磨
损部位表面的电弧烧蚀特征也常常被机械磨损 形貌掩盖，只是这些位置的磨屑有较为明显的 熔化后重新结晶的特征。
3.6 表面损伤的特征和判断
零件的表面形状和尺寸必须满足一定要求。
表面受到损伤，则会导致零件失去应有功能， 甚至进一步引起断裂等严重失效事件。
表面损伤有两大类： 磨损和腐蚀
一、材料的磨损
概念：
两种材料相互接触并相对运动而引起的材料 逐渐流失的现象称为磨损。
三层内涵：
1）两种相互接触的材料发生摩擦——摩擦副
成分(wt%) ： 15.65C-68.25Ag-16.10Au
成分(wt%) ： 15.12C-46.70Ag-38.18Au
成分(wt%) ： 5.33C-46.41Pd-48.26Ag
刷片复层为AgPd50，匹配的换向器为AuAg40/AgCuNi/TU1，刷片表面 粘附磨屑。
不同阶段的粘着磨损特征。最低层是刷片的复层，其成分为AgPd50， 次层是早期粘附物，Au、Ag含量比较接近，最上层为后期粘附物，Au含量 显著低于Ag。
沟槽内的磨屑显示熔化特征
AgPd50/C7701刷片与AuAg40/AgCuNi/TU1换 向器配对的磨损特征。可见材料的转移仍然主要 是从换向器到刷片，但是在极片间沟槽中，由于 电弧高温导致刷片表面熔化，所以有Pd转移到磨 屑中。 刷片表面有大块导电性很差的污染物经能谱 分析发现其成分为 100％C，说明存在有机污染。 一旦它们进入摩擦部位或极片沟槽，就可能将磨 屑粘附在一起，并使其聚集于沟槽中造成短路。 这些有机污染物的来源可能是刷片上粘结阻尼条 的胶，也可能是含油轴承中的油。
金属基复合材料的损伤和失效.ppt
第8章
可以说, 损伤是由整个金属基体来承担。因此复合 材料获得了非常好的塑性变形能力。但是却导致 了复合材料强化能力的过度降低。 3. 2 性质 界面的性质是决定材料性质的重要因素,界面强度 越高,界面脱粘发生得越晚,材料的最终强度越大; 若界面强度很大,脱粘不发生,材料的强度由基体 的性质决定。 界面的临界相对位移值越大,界面 的韧性越好,脱粘发生得越晚。
N 为硬化指数, EM 为杨氏模量,σ0 为初始屈服应 力。
第8章
2.3 脆性材料的失效准则 脆性材料的破坏准则采取最大主应力准则形式。如 果R1、R2和R3 分别用来表性材料的单向拉伸强度。
金属基复合材料的损伤与失效
3损伤结论 3. 1 结构 界面脱开是一个迅速过程, 会导致金属基复合材料 强化能力的显著降低。增强相端头处界面的脱开 会使附近基体中发生应力松驰, 从而减弱了此处 基体中孔洞的成核与长大速度, 而增强相侧壁处 界面的脱开则促进了增强相侧壁间基体内孔洞的 成核与发展。这是因为此处界面的脱开阻碍了荷 载的剪切滞后传递能力, 从而导致这个区域内基 体承担了过多的荷载。界面的脱开速度接近于基 体内孔洞的成核与长大的扩展速度。基体内孔洞 的发展和分布是比较均匀的, 在发生失效前一般 也是很稳定的。
金属基复合材料的损伤与失效
内聚力模型讨论的是界面上下表面的粘结力与相对 位移之间的关系
金属基复合材料的损伤与失效
这里Tn 和Tt 分别是界面法向和切向的粘结力,Δn 和Δt 是相应的法向和切向的相对位移, H 是单 位跃阶函数, K 是界面受压时的模量,由于界面 很薄,压缩量很小,故K 可以取一大数. 内聚力模 型引入了两组参数:σn 、σt 分别表示界面受 单纯拉、剪时的强度;δn 、δt 为界面受单纯 拉、剪时能维系界面的最大相对位移。
《失效分析》(教学课件)
2
10
7.1 铸造加工缺陷与失效
SiO2夹杂物
石英（六方晶系）、磷石英（斜方晶系）、 方石英（属立方晶系，属四方晶系）。非晶 体SiO2 ，大小不同的典型小球 ，明场中呈深灰 色，常随其中所含的杂质不同而具有不同的色 彩，中心有亮点，边缘有亮环；暗场中无色透 明，鲜明地发亮；偏光下透明并有暗十字。
2
21
7.2 锻造加工缺陷与失效
4、流线不顺
锻件流线不沿零件主要轮廓外形分布，严重时会 形成涡流，穿流或紊流流线。
涡流即锻件流线呈旋涡状或树木年轮状。 穿流即在锻件肋条或凸台根部金属流线被穿断， 破坏了金属流线的连续性。 紊流则呈不规则而紊乱的流线。
2
22
7.2 锻造加工缺陷与失效
5、裂纹 锻件内部的裂纹有两种类型：内部纵向裂纹和内 部横向裂纹。
锻件含铜量过高(>0.2%)，并在氧化气氛中加热， 在钢的表面氧化皮下，富集一层熔点低于1100℃的 富铜合金，在锻造加热温度下即熔化，并浸蚀表面层 的晶界，锻造时形成龟裂〔称为铜脆〕。在加热炉中 含有残存的铜杂质时，也会因融熔的铜沿晶界渗入而 引起龟裂。
2
27
7.2 锻造加工缺陷与失效
6、过热与过烧 金属坯加热温度超过始锻温度，或在高温下长时 间保温，致使奥氏体晶粒迅速长大，或终锻温度过 高而剩余变形量(剩余锻造比)又小，这时高温引起的 晶粒长大，不能由剩余变形量对晶粒的破碎作用所 抵消，因而形成粗晶粒组织的现象，称为过热。
内部横向裂纹产生的主要原因是毛坯在加热或锻 造过程中，由于加热不均或工艺参数不当，其表层 金属的变形(如伸长)大于心部金属的变形，而导致 心部受拉应力，当拉应力超过材料自身的抗拉强度 时，心部将出现横向裂纹。
金属断裂与失效分析精品PPT课件
问题。
5．操作和维护不良 （1）没有执行操作规程、超温、超压 （2）维护不当 6．环境原因： ①腐蚀介质：应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、局部腐蚀、脱
锌腐蚀、冲刷腐蚀。
②氧化、水蒸汽高温氧化。
四、失效分析程序
（一）现场调查：保护现场、记录取证 （二）残骸分析：确定首先破坏部位
风扇磨转轮飞裂后经拼凑确定断裂源
裂纹走向——应力原则：垂直于主拉伸应 力方向（平行于剪切应力的方向）。 强度原则：沿着最小阻力路线（材料薄弱 环节或缺陷处）扩展。
第二节 断 口
一、断口的分类 宏观形态——脆性断口：无明显塑性变形 韧性断口：有明显塑性变形 微观形态——沿晶脆性断裂、解理断裂、 准解理断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、 氢脆断裂、韧窝断裂、蠕变断裂。
1．失效分析的核心是分析零部件失效的原因。 2．失效分析的目的在于提出对策。 3．失效分析既是技术活动，也是管理活动。
残骸分析→失效原因 意义在于： 返馈信息→完善或改进设计→材料的选用、研制、 工艺制定→制造工艺改进、质量的提高→技术规范的 修定→安全性和寿命分析。
三、失效的主要原因
1．设计上的原因： （1）结构或形状不合理。 （2）不合适的设计。 （3）提高级别使用。 （4）设计标准不够。 2．材料原因。 （1）机械性能达不到要求。 （2）选材标准不适。 （3）错用钢材。 （4）缺陷：
报告：失效零部件的描述、服役条件、 失效前的使用记录、零部件的制造及热 处理工艺、力学分析、材料质量评价失 效的主要原因及影响因素、措施及建议。
第二章 裂纹及断口
第一节 裂 纹 裂纹：金属的局部破断，又称裂纹，金 属零（部）件在应力作用下，某些薄弱 部位发生局部破断。前端尖锐、应力集 中，高温下变钝。
金属的断裂与失效
5．操作和维护不良 （1）没有执行操作规程、超温、超压 （2）维护不当 6．环境原因： ①腐蚀介质：应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、局部腐蚀、脱
锌腐蚀、冲刷腐蚀。
②氧化、水蒸汽高温氧化。
四、失效分析程序
（一）现场调查：保护现场、记录取证 （二）残骸分析：确定首先破坏部位
风扇磨转轮飞裂后经拼凑确定断裂源
裂纹走向——应力原则：垂直于主拉伸应 力方向（平行于剪切应力的方向）。 强度原则：沿着最小阻力路线（材料薄弱 环节或缺陷处）扩展。
第二节 断 口
一、断口的分类 宏观形态——脆性断口：无明显塑性变形 韧性断口：有明显塑性变形 微观形态——沿晶脆性断裂、解理断裂、 准解理断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、 氢脆断裂、韧窝断裂、蠕变断裂。
1．失效分析的核心是分析零部件失效的原因。 2．失效分析的目的在于提出对策。 3．失效分析既是技术活动，也是管理活动。
残骸分析→失效原因 意义在于： 返馈信息→完善或改进设计→材料的选用、研制、 工艺制定→制造工艺改进、质量的提高→技术规范的 修定→安全性和寿命分析。
三、失效的主要原因
1．设计上的原因： （1）结构或形状不合理。 （2）不合适的设计。 （3）提高级别使用。 （4）设计标准不够。 2．材料原因。 （1）机械性能达不到要求。 （2）选材标准不适。 （3）错用钢材。 （4）缺陷：
报告：失效零部件的描述、服役条件、 失效前的使用记录、零部件的制造及热 处理工艺、力学分析、材料质量评价失 效的主要原因及影响因素、措施及建议。
第二章 裂纹及断口
第一节 裂 纹 裂纹：金属的局部破断，又称裂纹，金 属零（部）件在应力作用下，某些薄弱 部位发生局部破断。前端尖锐、应力集 中，高温下变钝。
金属的断裂与失效
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
螺栓表面磨损失效裂纹磁粉检测磁痕
模块一 磨损失效
3.磨损失效分析的步骤 （1）现场调查及宏观分析 （2）测量磨损失效情况 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量 （4）摩擦副材质的检查 （5） 进行必要的模拟试验 （6） 确定磨损机制
模块一 磨损失效
（1）现场调查及宏观分析。详细了解零件的服役条件和使 用状况，了解零件的设计依据、选材原则及制造工艺。确定 分析部位并提取分析样品，分析样品应包括磨屑、润滑剂及 沉积物等。对磨损表面进行宏观分析，记录下表面的划伤、 沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹等形貌特征，并初步 判断磨损失效的模式。
第四单元 表面损伤失效分析
模块一 模块二 模块三 模块六
•磨损失效 •腐蚀失效 •接触疲劳失效 •腐蚀失效分析及预防
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
模块一 磨损失效
模块一 磨损失效
一 、磨损失效 1.磨损的概念
磨损是零部件失效的一种基本类型。零部件失去原有设 计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能；功能 降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。
模块一 磨损失效
（2） 磨损程度的度量。为了评价材料磨损的严重程度，一 般采用长度磨损量WL、体积磨损量Wv 和重量磨损量Ww 来 表示。 （3） 耐磨性。材料的耐磨性是指在一定的工作条件下材料 抵抗磨损的能力。可分力绝对耐磨性和相对耐磨性两种。
模块一 磨损失效
2、磨损失效模式的判断 （1）粘着磨损的特征及判断。 （2）磨料磨损的特征及判断。 （3）疲劳磨损的特征及判断。 （4）腐蚀磨损特征及判断。 （5）冲蚀磨损特征及判断。 （6）微动磨损特征及判断。
模块一 磨损失效
（1）粘着磨损的特征及判断。两个配合表面，只有在真实 接触面积上才发生接触，局部应力很高，使之产生严重塑性 变形，并产生牢固的粘合或焊合。才可能发生粘着。当摩擦 副表面发生粘合后，如果粘合处的结合强度大于基体的强度 ，剪切撕脱将发生在相对强度较低的金属亚表层，造成软金 属粘着在相对较硬的金属表面上，形成细长条状、不均匀。 不连续的条痕迹；而在较软金属表面上则形成凹坑。
模块一 磨损失效
（3） 磨屑分析。磨屑是在磨损过程的产物，一般可分为两 类。一类是从磨损失效件的服役系统中回收的和残留在磨报 件表面上的磨屑。这对判断磨损过程和预告设备检修是一个 非常有价值的信息。另一类磨屑是从模拟磨损零件服役工况 条件的实验和试验装置上得到的，具有原始形貌的磨屑。第 一类磨屑不易得到时，就用第二类磨屑来研究磨损的发生过 程。
模块一 磨损失效
（1）磨损表面形貌分析。 磨损零件的表面形貌是磨损失效分析中的第一个直接资料。 它代表了零件在一定工况条件下设备运转的状态，也代表了 磨损的发生发展过程。 1）宏观分析。可以通过放大镜观察，实物显微镜观察等， 得到磨损表面的宏观特征，初步判定失效的模式。 2）微观分析。利用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行微 观分析。可以观察到许多宏观分析所不能观察到的缅节，对 确定磨损发生过程和磨屑形成过程十分重要。
模块一 磨损失效
（6） 确定磨损机制，分析失效原因，提出改进措施。综合 上述分析，判定早期磨损失效的机制及原因，磨损机制及失 效原因往往不是单一的而多属交合作用，应确定它们之间的 主次关系，并按照主要机制提出提高零件耐磨性的措施。当 然，这需在实际生产条件下进行验证。
模块一 磨损失效
二、磨损失效分析的内容 1、磨损失效分析的内容 （1）磨损表面形貌分析。 （2） 磨损亚表层分析。 （3） 磨屑分析。
模块一 磨损失效
（2） 磨损亚表层分析。磨损表面下相当厚的一层金属，在 磨损过程中会发生重要变化，这就成为判断磨损发生过程的 重要依据之一。在磨损过程中，磨损零件亚表层发生的变化 主要有下列三方面：
模块一 磨损失效
1） 冷加工变形硬化，且硬化程度比常规的冷作硬化要强烈 得多： 2） 由于摩擦热、变形热等的影响，亚表层可观察到金属组 织的回火、回复再结晶、相变、非晶态层等： 3） 可以观察到裂纹的形成部位，裂纹的增殖、扩展情况及 磨损碎片的产生和剥落过程，为磨损理论研究提供重要的实 验依据。
模块一 磨损失效
（2）测量磨损失效情况。确定磨损表面的磨损曲线。这可 与该表面的原始状态比较而定。磨损前后表面几何形状的变 化，不仅可以发现磨损表面各处的磨损变化规律，还可以查 明最大磨损量及其所处部位。确定磨损速率，分析磨损情况 是否正常，是否属于允许的范围。 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量。检查润滑剂的类型， 使用效果，是否变质等情况。检查润滑方式是否合理，过滤 装置是否有效等。
单位工作量下的磨损长度 单位工作量下的磨损体积 单位工作量下的磨损重量
模块一 磨损失效
2、磨损失效 【案例1-1】 泵壳近轴孔的端面沿着圆周分布有许多腐蚀沟 槽，会导致泵壳局部腐蚀穿透而失效报废。
模块一 磨损失效
磨损与断裂、腐蚀并称为金属失效的三种形式，其危害 是十分惊入的。除由于磨损造成巨大的经济损失外，由于磨 损还导致构件断裂或其他事故，甚至造成重大的入身伤亡事 故。
模块一 磨损失效
（4）摩擦副材质的检查。检查摩擦副材质的各种性质，如 力学性能。组织状态。化学成分以及钢中气体、夹杂物含量 等。注意摩擦副工作前后的变化情况。表层及附近金属有无 裂纹、异物嵌入、二次裂纹、塑性变形以及剥落等情况。。
模块一 磨损失效
（5） 进行必要的模拟试验。在对磨损失效零件具有模拟性 的实验室装置上，进行选材的模拟试验，并分折磨损表面、 亚表面及磨屑的组织结构、形貌特征，另一方面与上述分析 对照，可改变磨损参量。观察材料耐磨性与磨损参量的相关 关系。筛选出最佳材料。作为提出改进措施的依据之一。
模块一 磨损失效
类别 磨损量 磨损率 磨损速度
名称 长度磨损量 体积磨损量 重量磨损量
长度磨损率 体积磨损率 重量磨损率
长度磨损度 体积磨损度 重量磨损度
意义 磨损过程中的长度改变量，基本量 磨损过程中的体积改变量，基本量 磨损过程中的重量改变量，基本量
单位时间或单位滑动距离的磨损长度 单位时间或单位滑动距离的磨损体积 单位时间或单位滑动距离的磨损重量
模块一 磨损失效
3.磨损失效分析的步骤 （1）现场调查及宏观分析 （2）测量磨损失效情况 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量 （4）摩擦副材质的检查 （5） 进行必要的模拟试验 （6） 确定磨损机制
模块一 磨损失效
（1）现场调查及宏观分析。详细了解零件的服役条件和使 用状况，了解零件的设计依据、选材原则及制造工艺。确定 分析部位并提取分析样品，分析样品应包括磨屑、润滑剂及 沉积物等。对磨损表面进行宏观分析，记录下表面的划伤、 沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹等形貌特征，并初步 判断磨损失效的模式。
第四单元 表面损伤失效分析
模块一 模块二 模块三 模块六
•磨损失效 •腐蚀失效 •接触疲劳失效 •腐蚀失效分析及预防
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
模块一 磨损失效
模块一 磨损失效
一 、磨损失效 1.磨损的概念
磨损是零部件失效的一种基本类型。零部件失去原有设 计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能；功能 降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。
模块一 磨损失效
（2） 磨损程度的度量。为了评价材料磨损的严重程度，一 般采用长度磨损量WL、体积磨损量Wv 和重量磨损量Ww 来 表示。 （3） 耐磨性。材料的耐磨性是指在一定的工作条件下材料 抵抗磨损的能力。可分力绝对耐磨性和相对耐磨性两种。
模块一 磨损失效
2、磨损失效模式的判断 （1）粘着磨损的特征及判断。 （2）磨料磨损的特征及判断。 （3）疲劳磨损的特征及判断。 （4）腐蚀磨损特征及判断。 （5）冲蚀磨损特征及判断。 （6）微动磨损特征及判断。
模块一 磨损失效
（1）粘着磨损的特征及判断。两个配合表面，只有在真实 接触面积上才发生接触，局部应力很高，使之产生严重塑性 变形，并产生牢固的粘合或焊合。才可能发生粘着。当摩擦 副表面发生粘合后，如果粘合处的结合强度大于基体的强度 ，剪切撕脱将发生在相对强度较低的金属亚表层，造成软金 属粘着在相对较硬的金属表面上，形成细长条状、不均匀。 不连续的条痕迹；而在较软金属表面上则形成凹坑。
模块一 磨损失效
（3） 磨屑分析。磨屑是在磨损过程的产物，一般可分为两 类。一类是从磨损失效件的服役系统中回收的和残留在磨报 件表面上的磨屑。这对判断磨损过程和预告设备检修是一个 非常有价值的信息。另一类磨屑是从模拟磨损零件服役工况 条件的实验和试验装置上得到的，具有原始形貌的磨屑。第 一类磨屑不易得到时，就用第二类磨屑来研究磨损的发生过 程。
模块一 磨损失效
（1）磨损表面形貌分析。 磨损零件的表面形貌是磨损失效分析中的第一个直接资料。 它代表了零件在一定工况条件下设备运转的状态，也代表了 磨损的发生发展过程。 1）宏观分析。可以通过放大镜观察，实物显微镜观察等， 得到磨损表面的宏观特征，初步判定失效的模式。 2）微观分析。利用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行微 观分析。可以观察到许多宏观分析所不能观察到的缅节，对 确定磨损发生过程和磨屑形成过程十分重要。
模块一 磨损失效
（6） 确定磨损机制，分析失效原因，提出改进措施。综合 上述分析，判定早期磨损失效的机制及原因，磨损机制及失 效原因往往不是单一的而多属交合作用，应确定它们之间的 主次关系，并按照主要机制提出提高零件耐磨性的措施。当 然，这需在实际生产条件下进行验证。
模块一 磨损失效
二、磨损失效分析的内容 1、磨损失效分析的内容 （1）磨损表面形貌分析。 （2） 磨损亚表层分析。 （3） 磨屑分析。
模块一 磨损失效
（2） 磨损亚表层分析。磨损表面下相当厚的一层金属，在 磨损过程中会发生重要变化，这就成为判断磨损发生过程的 重要依据之一。在磨损过程中，磨损零件亚表层发生的变化 主要有下列三方面：
模块一 磨损失效
1） 冷加工变形硬化，且硬化程度比常规的冷作硬化要强烈 得多： 2） 由于摩擦热、变形热等的影响，亚表层可观察到金属组 织的回火、回复再结晶、相变、非晶态层等： 3） 可以观察到裂纹的形成部位，裂纹的增殖、扩展情况及 磨损碎片的产生和剥落过程，为磨损理论研究提供重要的实 验依据。
模块一 磨损失效
（2）测量磨损失效情况。确定磨损表面的磨损曲线。这可 与该表面的原始状态比较而定。磨损前后表面几何形状的变 化，不仅可以发现磨损表面各处的磨损变化规律，还可以查 明最大磨损量及其所处部位。确定磨损速率，分析磨损情况 是否正常，是否属于允许的范围。 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量。检查润滑剂的类型， 使用效果，是否变质等情况。检查润滑方式是否合理，过滤 装置是否有效等。
单位工作量下的磨损长度 单位工作量下的磨损体积 单位工作量下的磨损重量
模块一 磨损失效
2、磨损失效 【案例1-1】 泵壳近轴孔的端面沿着圆周分布有许多腐蚀沟 槽，会导致泵壳局部腐蚀穿透而失效报废。
模块一 磨损失效
磨损与断裂、腐蚀并称为金属失效的三种形式，其危害 是十分惊入的。除由于磨损造成巨大的经济损失外，由于磨 损还导致构件断裂或其他事故，甚至造成重大的入身伤亡事 故。
模块一 磨损失效
（4）摩擦副材质的检查。检查摩擦副材质的各种性质，如 力学性能。组织状态。化学成分以及钢中气体、夹杂物含量 等。注意摩擦副工作前后的变化情况。表层及附近金属有无 裂纹、异物嵌入、二次裂纹、塑性变形以及剥落等情况。。
模块一 磨损失效
（5） 进行必要的模拟试验。在对磨损失效零件具有模拟性 的实验室装置上，进行选材的模拟试验，并分折磨损表面、 亚表面及磨屑的组织结构、形貌特征，另一方面与上述分析 对照，可改变磨损参量。观察材料耐磨性与磨损参量的相关 关系。筛选出最佳材料。作为提出改进措施的依据之一。
模块一 磨损失效
类别 磨损量 磨损率 磨损速度
名称 长度磨损量 体积磨损量 重量磨损量
长度磨损率 体积磨损率 重量磨损率
长度磨损度 体积磨损度 重量磨损度
意义 磨损过程中的长度改变量，基本量 磨损过程中的体积改变量，基本量 磨损过程中的重量改变量，基本量
单位时间或单位滑动距离的磨损长度 单位时间或单位滑动距离的磨损体积 单位时间或单位滑动距离的磨损重量