失效分析案例举例[37P][928KB]
机械零件的失效案例
机械零件的失效案例我给你讲个机械零件失效的搞笑案例哈。
就说那个工厂里的小输送带，它上面有好多那种滚轮零件，就像一个个小轮子似的，负责把货物稳稳当当往前送。
有一天啊，这输送带突然就乱了套，货物在半道就卡住了。
工人师傅们赶紧去检查，一瞧，原来是其中一个滚轮“罢工”了。
这个滚轮呢，本来是应该在轴上好好转的，就像人在跑步机上跑步一样顺畅。
可是呢，这个滚轮的轴承不知道咋回事，估计是平时累着了，里面的润滑油都跑没了，就开始干磨。
这干磨可不得了啊，就像你穿着新皮鞋在沙子地里使劲儿蹭一样，没几下，那滚轮就被磨得坑坑洼洼的，最后直接卡在轴上动不了了。
还有一个例子呢，是汽车发动机里的活塞环。
这活塞环就像守门员一样，得把燃烧室内的气体给密封好。
有个哥们儿开着他那辆老汽车，突然就发现车子没劲儿，还冒黑烟。
开到修理厂一看，原来是活塞环失效了。
为啥呢？这哥们儿开车的时候特别猛，老是大脚油门轰。
这活塞环就像一直在参加马拉松比赛还不让休息的选手，时间长了，就被磨得瘦了一圈，密封效果就不行了。
这就好比守门员漏了个大洞，那气体就乱蹿，发动机能正常工作才怪呢。
再说说那个工厂里的大风扇，风扇叶片也是机械零件啊。
有一回，天气特别热，大家都指望着风扇能带来点凉风呢。
结果这风扇转着转着，就发出一阵怪声，然后就慢了下来。
维修师傅上去一看，发现有一片叶片断了。
这叶片为啥断呢？原来是之前有个小物件不知道怎么就飞进了风扇里，就像一个调皮的小鬼在捣乱。
这个小物件就不停地撞那叶片，就像你拿个小锤子不停地敲一根筷子一样，时间长了，那叶片哪受得了啊，“咔嚓”就断了，这风扇也就没法好好工作了。
6-失效分析实例
图5-26 木纹状断口的微观形貌 210X
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静断区的微观形貌为解 理＋准解理断裂(图5-27) ， 也表现为有很大的脆性。
图5-26 木纹状断口的微观形貌 21Байду номын сангаасX
4. 结 论
1) 曲轴断裂属典型的高周次低应力的弯曲疲劳断裂； 2) 断裂失效的根本原因是材质热处理不良，35CrMoA应调 质处理，但曲颈从表面到中心都是退火组织；曲柄从表 面往心部约20 mm是回火索氏体，而心部也是退火组织。 3) 曲轴强度达不到制造厂确认值(低25%～40%)， 制造厂 确认的σs和σb与断裂轴实际值不符的原因是大型零件热 处理后的力学性能检查存在不合理； 4) 除强度低外，内部冶金缺陷也比较多，碳化物沿晶成网 状分布；木纹状断口；材料含氢量较高的鱼眼断口等都 说明曲轴的脆断倾向性加大。
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图5-22 R处的金相组织 1200X
14 ★主疲劳源处存在有夹杂物(图5-23)，电子能谱分析是一堆Si、 Ca、S、P等形成的复杂夹杂物。
图5-24 拉伸试样断口的宏观形貌 4X
图5-23 材质内部缺陷 13X
★ 轴颈附近的拉伸试样断口的观察表明材质内部缺陷严重， 其拉伸断口上有肉眼可见的鱼眼状白亮区，称鱼眼断口，如 图5-24中箭头D所指，这种断口是材料含氢量较高的一种证明。
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综上所述，曲轴的强度低，内部冶金缺陷 多，脆断倾向增大，最终导致曲轴疲劳断裂。
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5. 改进措施
1) 大型零件热处理如淬火要有特别措施，使表面和心部都有 足够的冷却速度； 2) 大型重要零件在锻造之后，应采用长时间高温除氢退火； 3) 在强度设计上，应考虑大型零件淬火时，很难使心部获得 足够的冷却速度，不宜于选用偏下限的安全系数； 4) 建议对本案例所述货轮，更换新曲轴恢复航行后，应降级 使用(从设计能力装载18000t降为不要超过12000t)。
其它件失效分析实例
其它件失效分析实例本部分主要是列举了有关加工工艺过程的产品：冷成型件、铸件、锻件、焊接件等失效的实例；同时也介绍了有关服役过程中产生的失效实例，如模具失效、飞机零部件失效、纺纱嘴失效……等。
详细情况请参阅下面各具体实例。
1．黄铜板裂纹失效H68黄铜板冷冲压成型(有筋肋)后，未经过其它后续退火等热处理，就直接在含有铁锈、一定汞量及其它杂质的水介质中应用。
断续使用数月后，在铜板冲压件的一些筋肋处出现明显的裂纹如图1所示。
取样作金相分析检查，其微观组织及裂纹分布情况如图2所示。
由于出现颇多裂纹，使该件大量报废。
从裂纹的分布形态并结合生产工艺和使用情况可知，其裂纹的产生，是由于铜板冲压变形后，未经消除应力处理，而后又在含汞等介质中使用之故。
产生的裂纹属应力腐蚀裂纹。
一般铜制冲压件均有较大的内应力存在，应在200~300℃温度范围进行数小时退火处理，方可避免因冲制而引起的应力腐蚀破坏。
图1 OPI 图象说明：黄铜板筋肋的宏观裂纹分布情况。
垂直裂纹截取试样，作剖面金相观察，在放大60倍下裂纹已经穿透整个截面。
图象说明：黄铜板之微观组织和裂纹分布情况。
裂纹沿α相晶界扩展。
试样经浸蚀后，在原裂纹区域放大至200倍观察，组织为α单相固溶体，裂纹大多沿α相晶粒边界分布，这是铜制件的一种典型应力腐蚀裂纹形态。
图2 OPI2．葫芦吊钩失效失效件为起重葫芦吊钩，是进口设备，材料采用相当于18CrNi钢。
该吊钩服役四年之后，在1983年11月26日吊装甲醇塔时，葫芦吊钩突然断裂，发生重大事故。
观察吊钩的外观形貌，发现断裂是从钩子轴端点起始的，如图3所示。
宏观观察断口呈暗灰色，断口面倾斜，凹凸不平，有明显的拉伸纤维特征如图4所示。
图3 OPI 图象说明：葫芦吊钩宏观外形。
图中左上方圆环部位是钩子轴端断裂处，如箭头所指。
图象说明：宏观断口形貌，断口灰暗，粗糙不平，断口面倾斜，具有纤维状形貌特征。
图4 OPI3．手工钳头筒体断裂失效手工钳头筒体材料为40Cr钢，其热处理工艺为840℃淬火和低温回火，在泵水试验时筒体发生断裂。
失效分析案例
失效分析案例
• 事实：轴因疲劳而过早断裂 • 问题：车轴在使用中发生故障的风险最高。增加
维修服务成本。 • 研究目标：选择两种加工工艺达到最大抗疲劳断
裂能力的替代方案。 • 诊断：表面残余应力测量试验不同轴点的X射线衍
射（图）其中一种有价值技术制造的车轴大于残 余拉应力，这是最有害的疲劳裂纹的开始和扩展。
图1
图2
图1：螺钉破裂后的状况。 图2：断裂表面显 示疲劳线和最终延性断裂。
失效分析案例
• 事实：表面带有水平划痕的轴（图1）。 • 问题：客户拒收零件。 • 研究目的：确定这些划痕是什么类型的缺陷，
以及他们是怎样发生的？ • 诊断：微观结构分析显示车轴无硬化（图2）。
这是一个非常重要的问题（软表面），所以一 切都表明是供应商自己生产装配过程中造成的。 • 建议的解决方案：这些类型的轴在调质的状态， 或与其他处理一起表面硬化。
图1：表面带有划痕的轴 图2：有缺陷区域和无缺陷区域的横截面。
Thank Hale Waihona Puke ou!顺益体系 (集团 )
图：测试轴区域，指示试件的断裂点
失效分析案例
• 事实：阀门轴在使用中断裂（图1）
• 问题：存在制造缺陷和其他阀门 也会出现相同类型制造故障的风 险。
• 构研究目的：确定失败的原因。
• 诊断：分析在轴的微观结构中具 有颗粒结构（图2）。这种脆性似 乎源于调质和轴过热。可能由于 操作过程中温度过高和/或调质时 间过长。
图1
图2
图1：破裂轴的外观 图2：破裂显示材料的粗颗粒结
失效分析案例
• 事实：属于一个坏掉了的螺栓， （图1）
• 问题：这些故障是由于材料缺陷 或过载。
典型钢材失效分析案例详解
典型钢材失效分析案例详解案例一：端联器螺栓脆性断裂失效零件名称：端联器螺栓零件材料：中碳铬钼钢失效背景：在20余台重载履带车辆共6000多个端联器螺栓中有3个螺栓断裂，失效率为0.044%。
失效螺栓均是在使用初期断裂，见图1-1，螺栓断面形貌见图1-2。
图1-1的失效螺栓是一条新履带装车行驶1km后停车维护时，出现突然断裂。
螺栓头部一段从端联器中间的光孔中掉落，有螺纹的另一段残留在端联器上的螺纹孔中。
螺栓的服役条件在静止时受预紧静拉力，运动时受预紧静拉力加交变切向力。
图1-1断裂螺栓图1-2断裂螺栓的正面断口形貌失效部位：螺栓断裂部位位于垂直于轴向的螺纹中部。
失效特征：从图1-2螺栓断裂面看出，断口呈起伏状，无塑性变形，个别区域有面积大小不等的小平面，整个断面上无冶金缺陷。
断裂源只有一个，起始于断面外侧的螺纹根部应力集中处，断裂源宽约1mm，在半径2mm内的区域内较平坦，断裂源两侧10mm外的其余断面外圆处有1mm左右的拉边，断面主要由沿晶、冰糖状、大量的晶间微裂纹组成，整个断裂面上各个小平面之间没有显著的分界线，也没有疲劳断裂中的贝纹线，呈现出典型的无塑性脆性断裂形态。
综合分析：理化检测的化学成分、非金属夹杂物、晶粒度及热处理质量的结果表明，原材料、螺栓制造质量均满足技术要求。
螺栓的基体金相组织见图1-3，微观扫描断口形貌见图1-4。
图1-3断裂螺栓的金相组织200x图1-4断裂螺栓的扫描断口形貌查找生产作业，发现当初螺栓拧紧装配时，实际拧紧力矩远大于设计规定的力矩。
为对比分析，取9枚螺栓实物（8枚已使用无问题的螺栓，1枚未使用螺栓），进行强断拉伸试验。
螺栓拉伸试验断口的断裂源也同样位于一侧螺纹根部应力集中处，属于线断裂源，断口形貌平齐，见图1-5。
断口微观形貌见图1-6。
两种断口形貌对比见表1-1。
图1-5合格螺栓断口形貌（一） 图1-6合格螺栓断口形貌（二）表1-1两种断口形貌对比断口 失效件断口 无问题实物断口断口典型 形貌 断裂源附近的断面主要为沿晶断裂，呈冰糖 状，无明显塑性变形，还有少量韧窝。
失效分析案例举例
失效分析案例举例案例1 油井套管腐蚀0、背景介绍：1、套管腐蚀形貌2、腐蚀产物ＸＲＤ分析3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析4、管壁ＳＲＢ分析检测5、腐蚀试验6、结论背景介绍：中原油田全油田有100多口井套管腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。
油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。
1套管腐蚀形貌对现场取出损坏的套管进行解剖分析。
套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。
从总体上看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体冲刷作用。
2腐蚀产物ＸＲＤ分析取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线衍射分析。
套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ3和ＣａＣＯ夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。
腐蚀产物的主要成份为碳酸盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ2腐蚀有关。
3油套管材质的金相和非金属夹杂分析采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面分析。
套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形暗灰色颗粒为Ａｌ2Ｏ3, 短条状为ＭｎＳ。
材质中夹杂物以Ａｌ2Ｏ3和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2存在。
整个材料裂口面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＳ为主散均匀,加速了钢材的腐蚀。
同时经电子探针元素定量分析表明随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在逐步增大。
说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。
4管壁ＳＲＢ分析检测取下管壁内表面的附着物, 置于100ｍＬ已灭菌处理的8%的生理盐水中,并使之均匀分散于盐水中,取1ｍＬ此盐水逐渐稀释至10-10级，采用绝迹稀释法测量最大可能菌量。
分别在三种温度下(37℃、50℃和80℃)进行培养，连续观察并记录结果和现象。
实验结果表明，在37℃条件下,ＳＲＢ活性很差，80℃时没有长出，50℃时最适合该细菌的生长，生长指标为221,菌量大约为3.0×104个/ｃｍ2。
民用飞机失效分析实例选编
民用飞机失效分析实例选编
根据航空安全管理办法，民用飞机制造企业、运营企业和航空局应当对民用飞机的失
效事件进行及时清查，并分析时间和原因的形成，提供有关的维修或更正措施，以期尽量
减少失效事件发生率。
一个反映民用飞机失效的实例将进一步阐述失效的清查和分析。
一架运营企业的民用
飞机在其航班操作过程中，由于发动机故障导致航班延误，空中客车公司调查此事件，分
析了失效原因。
首先，清查了飞机发动机技术状况，发现该发动机运转中发动机火花塞无法正常工作，检查发动机大活塞进口和出口压力发现，进口压力较之出口压力减少12磅，此现象推断
火花塞故障影响到发动机运行，最终造成航班延误。
接着，空中客车公司进行了进一步的分析，从发动机调试资料中，特别是拆卸火花塞
发现，火花塞活塞销内孔有气液混合物流出，拆卸后更明显，火花塞应急修理工艺推算出
上次修理工作没有完全到位，严重影响到发动机火花塞的运行，导致航班延误。
通过及时有效的失效清查分析，空中客车公司分析出失效的原因为发动机火花塞故障，并采取了应急措施更换火花塞，从而解决了该问题。
同时，它还对由火花塞失效而造成的
航班延误造成的损失负责，安慰乘客减少不愉快。
经过上述实例，民航机构应当积极及时清查和分析失效事件，海纳百川，体系失效原因，及时将失效故障点注入维修数据库，从而减少失效率，确保航班安全操作。
失效分析案例
佳木斯大学失效分析案例失效分析案例0 零件背景：某⼀外径为ø450 mm, 壁厚为 50mm 的GCrl5SiMn 钢轴承圈 ,在最终热处理后进⾏磨削加⼯时,批量产⽣沿径向由外表⾯迅速向内表⾯扩展的开裂,造成很大的经济损失。
其⽣产⼯艺为轧制(1050～1150℃锻造) 球化退火→机械加⼯→淬⽕(840 ℃)⼗回⽕(170℃)→磨削等⼯序。
1.1化学成分分析取一部分试样碎末，利用化学元素分析仪分析零件成分。
从上表看出，零件的化学成分符合标准要求。
1.2 硬度分析在⾦相抛光⾯上,从裂纹源处开始沿轴向至壁厚中部每隔 3 mm 检测其硬度。
表 2 显⽰,裂纹边缘硬度与内部硬度基本⼀致,硬度均大于 60 HRC,符合标准要求;⽆明显脱碳软化现象。
1.3 断口宏观形貌采⽤机械加压⽅法使套圈沿裂纹断开,⾸先对断⼝形貌⽤⾁眼观察。
⽤线切割从试样断⼝处切取⼀块含有裂纹源区⼗裂纹扩展区⼗压断区的断⼝试样。
⽤酒精清洗后在丙酮中⽤超声波清洗 20 min 取出⼲燥,⽤扫描电镜观察该断⼝形貌通过⾁眼观察发现,裂纹源位于轴承套圈外表⾯沟槽尖⾓处。
试样两断⾯均为裂纹扩展形成,裂纹长⽽平直,由轴承套圈外表⾯沿径向向内表⾯扩展,初始裂纹最深处约为 15 mm,裂纹总长约 60mm。
初始裂纹有褐⾊氧化条纹,继续向⾥扩展为灰⾊,裂纹表⾯光滑细腻呈瓷状,属典型的脆性断⼝特征。
新断⼝呈银灰⾊,断⼝组织细密有⾦属光泽,说明晶粒很细⼩。
由图 2a 可见,断⼝平齐呈放射状特征,没有明显的塑性变形迹象,断⾯结构呈细瓷状,边缘⽆明显剪切唇,也⽆纤维状。
由图 2b 可见,断⼝形貌为韧窝⼗解理断⼝,呈混合断⼝特征。
大部分属于沿晶脆性开裂,沿晶分离⾯平滑,⽆微观塑性变形特征,晶粒均匀细⼩,⽆过热特征。
但发现有很长很深的⼀条穿晶带(如箭头所⽰),认为应该存在某种链条状脆性组织缺陷。
由图 3 可见,新压断⼝处形貌与起裂处大体相同 ,断⼝形貌仍为韧窝⼗解理断⼝ ,混合断⼝特征不变。
失效分析案例讲解
原始资料收集及失效件初步检查
枪管加工工艺 枪管材料：30CrNi2WVA 军工钢(GJB) 长：111 mm 内径：9mm 壁厚：115 mm (内壁镀铬,有6条膛线) 原材料由φ42 mm的棒材通过锻造改拔成φ28 mm 的棒材,然后经以下工艺流程制成枪管成品: 下料→调质→深孔钻→电解抛光→挤丝→去应力→ 机加工→热处理→校直→机加工→酸洗(去除氧化膜) → 镀铬→打高压弹→磁粉探伤→检验→入成品库
失效机理分析及模拟验证 模拟验证试验
取20根与断裂枪管同状态的枪管进行校直模拟试验,对 枪管施加约1 t的压力使其变形,然后进行校直(以上工艺与 实际校直工序相同),校直后进行磁粉探伤,没有发现裂纹,因 此断裂不是由于校直裂纹扩展引起的。 探伤后,所有样品放在酸洗液(去除氧化膜酸溶液)中浸 30 min,取出后清洗并放置24 h,然后再次进行探伤, 5根枪 管出现了裂纹,长度在0.5-1cm之间,裂纹源在校直压点截面 的两侧,两侧均有裂纹产生。 对裂纹枪管进行高压试验,枪管马上断裂,其断口的宏观、 微观形貌与失效件基本一致,说明裂纹是由应力腐蚀引起的。
断口分析 断口宏观分析
宏观断口观察发现裂纹源在枪管内表面阴、阳线的交 界线上,裂纹扩展部分有明显的放射条纹,裂纹以裂源为中 心呈弧形向外扩展,最终断裂部位有明显的剪切唇。 用显微镜观察裂纹,发现裂纹源部分有约0.02 mm深 的渗铬层(图5白色部位),明显大于整体渗铬层深度(0.01 mm),说明枪管在内膛镀铬前已经产生了裂纹。
失效件初步检查
断裂枪管的裂纹都出现在管中部(图1),即进行校直时 的压点处。裂纹源在枪管内壁阴线与阳线的交界线上,成曲 线向外扩展,裂纹长度在410cm左右。根据断口的宏观形貌 (图2),可发现断口为脆性断口,裂源区、扩展区和瞬断区分 明。
最新失效分析经典案例分享
最新失效分析经典案例分享案例一：某知名手机品牌电池爆炸事件某知名手机品牌近期发生了一起电池爆炸事件，导致用户受伤。
经过详细的失效分析，发现电池在高温环境下，由于内部结构设计不合理，导致电池内部短路，进而引发爆炸。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须高度重视电池的安全性，严格把控电池的质量和性能。
案例二：某电动车品牌刹车失灵事件某电动车品牌近期发生了一起刹车失灵事件，导致用户在行驶过程中无法及时停车，造成交通事故。
经过失效分析，发现刹车系统中的传感器存在设计缺陷，导致刹车信号无法正常传输。
这一案例警示我们，在产品设计和生产过程中，必须关注关键部件的可靠性，确保产品的安全性。
案例三：某智能门锁品牌指纹识别失效事件某智能门锁品牌近期发生了一起指纹识别失效事件，导致用户无法正常使用门锁。
经过失效分析，发现指纹识别模块中的芯片存在质量问题，导致识别准确率下降。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须关注关键零部件的质量，确保产品的稳定性和可靠性。
最新失效分析经典案例分享案例四：某品牌空调制冷效果不佳事件某品牌空调近期被用户投诉制冷效果不佳，经过详细的失效分析，发现空调制冷系统中的冷凝器存在制造缺陷，导致制冷剂泄漏，影响了空调的制冷效果。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须重视冷凝器等关键部件的质量，确保空调的制冷效果。
案例五：某品牌笔记本电脑触摸屏失灵事件某品牌笔记本电脑近期发生了一起触摸屏失灵事件，导致用户无法正常使用触摸屏功能。
经过失效分析，发现触摸屏的传感器存在设计缺陷，导致触摸信号无法正常传输。
这一案例警示我们，在产品设计和生产过程中，必须关注触摸屏等关键部件的可靠性，确保产品的使用体验。
案例六：某品牌洗衣机漏水事件某品牌洗衣机近期发生了一起漏水事件，导致用户家中地面受损。
经过失效分析，发现洗衣机的排水系统存在设计缺陷，导致排水不畅，进而引发漏水。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须关注排水系统等关键部件的设计，确保产品的使用安全。
失效分析实例
材料失效分析
材料失效分析
2、实验过程
• 图7 .58是两个断口表面的低倍放大照 片，图7. 59 和这两个端口表面的位 置和方向。在照片中分辨出两个明显 的区域：外表面，即承受载荷时的最 大纤维应力区，没有发生尺寸改变的 迹象，而在中心区域则看到一些尺寸 改变。此外在表面上有一些明显的塑 性变形，应该是发生最后断裂的地点。 • 将钳柄上的塑料套剥掉以曝露钳柄的 区域。钳的前部镀铬，直至塑料套的 边缘。钳柄的表面上有一层乌黑的物 质，该钳必定是要装塑料套后再进行 电镀的。表面上的乌黑层或是塑料套 留下的，或是一种热处理造成的。 • 目视检查后，分三步进行分析以决定 失效的原因。首先评价对改签剪线操 作的设计应力水平，之后对所用材料 及热处理工艺进行金相检验，最后利 用扫SEM对断口进行仔细的检验
材料失效分析
3、实验结果
• 断口形貌
低倍放大的断口形貌如图7.28所示，没有宏观塑性变形的迹 象。裂纹从左边缘向内扩展通过厚度1/4左右，断裂表面粗糙无 规律，而其余的断口表面是光滑的，在光滑的表面上可以看到贝 壳状花纹，故断裂模式是疲劳。粗糙的断口表面显示出这是最后 因超载而分离的区域并向前扩展到一个孔的边缘，表明疲劳裂纹 不是起源于此孔的边缘，而是沿着右边缘的。这一点在观察断口 表面时也就是在切开试样之后得到证实。贝壳状条纹的弯曲部分 表明疲劳裂纹直接起源于另一螺栓孔的下面(图7 .29)，与围绕 该螺栓孔的同心圆槽重合 • 在接近末端处偏离开其中之一螺棒孔的断口表面已严重研 磨（但仍能看到有贝壳状花纹）（图7. 28）而另一端则很少的 磨损伤，并发现有疲劳条纹（图7.31）（疲劳条纹在显微组织复 杂的钢中不常出现。本案例中的显微组织主要是晶粒尺寸均匀的 单相铁素体。）试块切开后产生的断口表面如图7 .32所示，且 有韧窝状的形貌，表面这个区域是因空洞聚集而产生的 •
失效分析案例
失效分析案例1：电浪涌导致器件失效
某产品在用户现场频频出现损坏，经过对返修单板进行分析，发现大部分返修单板均是某接口器件失效，对器件进行解剖后，在金相显微镜下观察，发现器件是由于EOS导致内部铝线融化，导致器件失效，该EOS能量较大。
进一步分析和该铝条相连的管脚电路应用，发现电路设计应用不当，没有采用保护电路，在用户现场带电插拔产生的电浪涌导致该器件失效。
通过模拟试验再现了失效现象。
解决方法：在用户手册中强调该产品不支持带电插拔。
预防措施：在今后的设计中，考虑用户的使用习惯，增加防护电路设计，对产品进行热插拔设计。
案例1
案例2：MSD控制不当导致产品在用户现场大量失效
某产品在用户现场使用半年以后，返修率惊人，达到30％，对产品进行分析，对主要失效器件进行失效分析，在扫描电镜下发现金属丝疲劳断裂导致器件失效。
进一步的原因分析，发现是该产品的生产加工控制出现了问题，对潮湿敏感器件的管理没有按照J-STD-033A 标准进行，导致受潮器件没有按照规定时间进行高温烘烤，在过回流焊时出现“爆米花”效应，对器件造成了损伤，降低了可靠性，导致在用户现场器件失效。
解决措施：对用户现场的所有有问题的批次产品进行召回。
预防措施：在生产加工过程中严格进行MSD的管理和控制。
案例2
案例3：电迁移
某产品在用户现场使用3年以后，返修率开始出现明显异常，进行失效分析发现，主要是某功率器件内部电迁移引起。
该问题属于器件厂家的设计和制造缺陷。
解决措施：和厂家联系，确定有问题的批次，更换有问题批次的器件。
预防措施：对器件可靠性认证体系重新进行设计，减少厂家批次性问题的发生。
案例3。
失效模式分析案例
频度 O (P) 控制措施 1 (P) 控制措施 2 (P) 控制措施 3 (P) 控制措施 4 (P) 控制措施 5 设备点检调试，预防性保养 失效原因 1 失效原因 2 失效原因 3 失效原因 4 失效原因 5 频度 O (P) 控制措施 1 (P) 控制措施 2 (P) 控制措施 3 (P) 控制措施 4 (P) 控制措施 5 设备点检调试，预防性保养 失效原因 1 失效原因 2 失效原因 3 失效原因 4 失效原因 5 频度 O (P) 控制措施 1 (P) 控制措施 2 (P) 控制措施 3 (P) 控制措施 4 (P) 控制措施 5 设备点检调试，预防性保养 失效原因 1 失效原因 2 失效原因 3 失效原因 4 失效原因 5 频度 O D1:
各个气缸压力不均衡、漏气
3
(D)失效模式探测 1
失效模式 3：
(D)失效模式探测 1
失效模式 2：
(D)失效模式探测 1
失效模式 1：
、后果及措施分析
7
D2:
D3: 后果 1
严重度 S
铆齿无法折弯，漏水
7
(D)失效模式探测 2
本工位目测
(D)失效模式探测 3
后果 2 后果 3 后果 4 后果 5 严重度 S 后果 1
设备未动作，气缸漏气
3
压头未顶水室
D1:
压头行程长
2
压的太紧
D1:
压头行程短
2
压得太松
D1:
(P) 控制措施 3 (P) 控制措施 4 (P) 控制措施 5
失效原因 3 失效原因 4 失效原因 5 频度 O
D1:
(P) 控制措施 1 (P) 控制措施 2 (P) 控制措施 3 (P) 控制措施 4 (P) 控制措施 5
失效分析案例
案例3 3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢热锻模具淬火开裂原因分析 1 背景 2 检验内容及结果
2 1 原材料化学成分 2 2 硬度测定 2 3 断口形貌
(1)宏观检查 (2)断口微观检查 2. 4 显微组织分析 3 讨论 4 结论
1、背景 某厂选用3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢制造热锻模具用于锻造 25钢的齿状零件,模具加工成型后外部尺寸为500ｍｍ ×250ｍｍ×115ｍｍ,模具质量为110ｋｇ。在同一模具上
开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现模具毛坯锻件硬 度偏高,采用ＨＲ150型洛氏硬度计测试硬度为30ＨＲＣ。 为便于加工,该厂将模具进行了一次降低硬度退火,但温度 和时间已无纪录。加工后的模具由本厂进行热处理,淬火 加热炉采用箱式电阻炉。为防止氧化,在模具周围填充旧 渗碳剂加以保护。模具淬火时先采用500℃、850℃两次 预热,后经1050℃×4ｈ保温,冷却介质选用Ｎ15号机油。 淬火过程中听到模具开裂声音,随即停止冷却,并放在 630℃回火炉中回火,回火时裂纹继续扩展使模具成为多个 碎块。由于发现模具开裂, 中止继续回火。
图6的金相组织表明,奥氏体晶粒粗大,马氏体粗大,属于明 显的过热现象。但模具表层细瓷状断口(图2、3)和细小晶 粒(图5),属于正常的淬火组织。分析认为:厂方在加工模具 时,发现锻件的硬度偏高,曾经进行一次降低硬度退火,但退 火保温时间不够,仅使表层重结晶细化,因此出现了表层的 细晶粒和细瓷状断口。
2 3 断口形貌
(1)宏观检查 模具横向多处断裂,裂纹特征有直裂纹、弯 折裂纹和圆弧裂纹,
在模具碎块的横断面表层可观察到有约30ｍｍ细瓷状 断口,见图2。断口内部有山脊状扩展形貌,放射线中心朝 向模具心部,表明裂纹源形成于模具心部。心部为粗晶状 断口,有十分明显的金属光泽。上述特征可以判定该模具 的开裂是由心部脆性解理断裂引发的。
基础件失效分析实例
基础件失效分析实例基础件是指螺栓、螺母、铆钉、插销等标准元件。
对基础件的要求是比较高的，它们应具有高的强度，长的疲劳寿命，易维修，有良好的抗腐蚀性能，在高温或低温下有高度的可靠性。
基础件的选择及合理的使用取决于设计要求和使用条件。
同时必须考虑到基础件的用途，工作环境，以及基础件所承受的载荷等。
基础件失效的常见形式主要是疲劳断裂、脆性断裂(例如氢致断裂)或应力腐蚀开裂等；有时也可能出现塑性变形失效。
基础件失效的原因是由于材料中的夹杂物偏析，或者是由于加工不当引起的皱叠、折叠及接缝而引起的。
螺栓断裂失效分析1．重180型船用连杆螺栓断裂失效重180型船用连杆螺栓材质为18CrNi4W钢，经过调质处理，其微观组织为回火索氏体，洛氏硬度为HRC33~38，工作时转速为n=1500转／分，使用两小时后发生断裂失效。
螺栓的外貌及断口宏观形貌如图1所示。
通过断口形貌特征分析可知，无箭头指的那个螺栓断口是由于螺纹应力集中产生多源疲劳开裂，为典型的疲劳断口；而箭头指的那个螺栓是由于静强度不足而引起的塑性断裂。
图1 OPI 图象说明：一个螺栓断口明显地分为两部分：一部分具有多个宏观台阶，断口表面较平整；另一部分为45°剪刀唇。
箭头指的那个螺栓断口宏观形貌为杯一锥状断口。
2．手表车床螺栓断裂失效江西手表厂从国外引进加工手表用的车床一批，经过海船运输到上海港，再陆运到江西南昌，拆箱检查发现，车床包装纸完好无损，而车床螺栓等零部件断裂失效。
如果是海上运输振动引起的断裂，应属疲劳断裂；若是在装卸船时损坏，包装纸也应损坏。
首先要查明螺栓断口的类型及断裂的性质。
螺栓断口宏观外貌如图2所示，断口呈现45°左右的倾斜，表面为暗灰色。
通过螺栓断口各个不同部位的观察，均发现有韧性断裂的微观形貌特征——韧窝花样，因此可认为螺栓是由于一次剪切断裂，即在未装箱之前就已经损坏。
图象说明：螺栓断口呈现一次剪切断裂形貌特征，断口表面倾斜45°角，宏观断口形貌具有剪切或撕裂特征。
一个失效分析的例子
一个失效分析的例子我之前服务的企业是做开关电源的，我在这家企业内负责可靠性实验、安规和客诉。
有一次，我们接到台湾一家客户的投诉，他们发现有一个带有Mini USB接口的Adaptor 以前使用一直很正常，有一次使用后插在电网上一夜忘记取下来，第二天上班发现Connector 处有半透明的塑胶从里面流出来（外面包的是黑色的PVC）。
这个投诉是客户直接向台湾总公司发出的，台湾总公司的品质工程人员（负责可靠性试验和客诉处理）用X-ray检查，发现该Connector的内部，由于供应厂商制造时没能控制好，从Connector正极电线中分离出一部分铜线与负极处于似通非通的状态，由此判断，是由于分离出来的铜线与负极在使用过程中经常发生碰触打火，造成了Connector内部的聚乙烯包料被熔化流出，他们将这个分析结果告诉我们。
接到他们的分析结果，我对他们的结论持怀疑态度，根据我个人的经验初步断定，这种现象不是他们所说的原因引起的，我怀疑客户使用的负载不是普通的负载，而是可充电电池或带有可充电电池的设备，为了证明我的想法，我做了一系列试验，来验证我的判断。
1.我们用同样的Adaptor通电后，在输出的Connector处从正极分离出一部分铜线，模拟似通非通的状态，发现当正负极相碰时，所产生的火花很小，不足以使Connector内部的聚乙烯包料熔化流出。
空载和满载时都做了试验，结论相同。
2.Adaptor通电后，我们在Connector处直接将输出短路，发现Adaptor瞬间输出可达1.4A，但持续时间很短，Adaptor立即保护，输出被切断，在这么短时间内因短路产生的热量也不能使Connector内部的聚乙烯包料熔化流出。
3.Adaptor通电后，我们逐步加大Adaptor的负载，当输出电流达到1.2A时，Adaptor立即保护，输出被切断，因过载产生的热量也不能使Connector内部的聚乙烯包料熔化流出。
4.我们在输出的Connector处从正极分离出一部分铜线，将它与负极短路，并在输出接上一个最大输出为30A的直流电源，倒灌一个3.7V（模拟锂电池的电压），慢慢地调高输出电流，1A、2A、3A、4A都没有发生聚乙烯包料熔化流出，继续调高输出电流，当直流电源显示输出电流为8A，发现Connector处开始冒烟，大约一分钟后，半透明的聚乙烯包料熔化流出。
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4 管壁ＳＲＢ分析检测
取下管壁内表面的附着物, 置于100ｍＬ已灭菌处理的8%的 生理盐水中,并使之均匀分散于盐水中,取1ｍＬ此盐水逐渐 稀释至10-10级，采用绝迹稀释法测量最大可能菌量。分别在 三种温度下(37℃、50℃和80℃)进行培养，连续观察并记录 结果和现象。实验结果表明，在37℃条件下,ＳＲＢ活性很 差，80℃时没有长出，50℃时最适合该细菌的生长，生长 指标为221,菌量大约为3.0×104个/ｃｍ2。该细菌已适应了 腐蚀产物膜下的环境,将导致膜下细菌腐蚀,进一步研究表明, 该腐蚀产物膜中还含有少量的短链脂肪酸,该脂肪酸会促进 点蚀的形成和发展,加速腐蚀。
由于模具心部未热透,淬火加热出现组织遗传现象,形成 粗大奥氏体晶粒,冷却时产生粗大马氏体。在模具心部受组 织应力和热应力的双重作用,形成裂纹源,裂纹扩展导致表 面开裂。模具横截面出现较多的横向裂纹、弯折裂纹和弧 状裂状,这主要与锻造质量有关。碳化物带状分布说明锻造 不充分,是造成弯折裂纹和弧状裂纹的主要原因,由宏观形 貌和金相组织特征可以推断,锻造起始温度高,造成组织过 热,提供锻件时未向用户说明,用户按正常温度淬火时出现 开裂事故。 4 结论 热锻模开裂的主要原因属于锻造组织存在严重缺陷,即 粗大的奥氏体晶粒(锻造过热组织)和严重的碳化物带 状分布,模具淬火前未经充分退火细化晶粒,从而造成正 常温度淬火开裂。
5 腐蚀试验
用油田水样对两种钢(套管钢、油管钢)进行了静态和 动态腐蚀试验,温度50℃下密闭除氧试验时间7天。结 果如表1所示:
动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度,说明介质、材料 处于相对运动状态时腐蚀更为严重。在动态腐蚀循环 试验装置上进行了不同流速对腐蚀影响的试验。
不同流速对腐蚀影响的试验
随介质流速的增加,腐蚀速度迅速增大,腐蚀速度由静态 的0.061ｇ/ｍ2· ｈ增加到流速为0.9ｍ/s时的的0.70ｇ/ｍ 2· ｈ,腐蚀速度增加了11.5倍, 即使在0.32ｍ/s这样的低流 条件下,腐蚀速度也增加到原来的3倍,说明介质流动能较 大地增加体系的腐蚀。
案例3 3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢热锻模具淬火开裂原因分析
1 背景 2 检验内容及结果 21 22 原材料化学成分 硬度测定
23
断口形貌
(1)宏观检查 (2)断口微观检查
2. 4 3 讨论
显微组织分析
4 结论
1、背景 某厂选用3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢制造热锻模具用于锻造 25钢的齿状零件,模具加工成型后外部尺寸为500ｍｍ ×250ｍｍ×115ｍｍ,模具质量为110ｋｇ。在同一模具上 开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现模具毛坯锻件硬 度偏高,采用ＨＲ150型洛氏硬度计测试硬度为30ＨＲＣ。 为便于加工,该厂将模具进行了一次降低硬度退火,但温度 和时间已无纪录。加工后的模具由本厂进行热处理,淬火 加热炉采用箱式电阻炉。为防止氧化,在模具周围填充旧 渗碳剂加以保护。模具淬火时先采用500℃、850℃两次 预热,后经1050℃×4ｈ保温,冷却介质选用Ｎ15号机油。 淬火过程中听到模具开裂声音,随即停止冷却,并放在 630℃回火炉中回火,回火时裂纹继续扩展使模具成为多个 碎块。由于发现模具开裂, 中止继续回火。
2 检验内容及结果
2 1 原材料化学成分 分析在模具上取样,测定模具的化学成分 (质量分数,%) 如下:0 30Ｃ,8 2Ｗ,2 5Ｃｒ,0 35Ｖ,0 32Ｓｉ,0 30Ｍｎ,0 032 Ｓ,0 028Ｐ。与ＧＢ1299—2000(合金工具钢)相比,符合标 准。 2 2 硬度测定 用ＨＲ150洛氏硬度试验机测定锻件的表面硬度为28～30 ＨＲＣ,模具回火后的表层硬度为40～41ＨＲＣ,心部硬度 为47～48ＨＲＣ。
6
结果分析
ＳＵＳ304管材化学成分及机械性能均符合有关标准,管壁 未减薄,金相组织也未发现异常.一次失效事故中所有的爆 口和裂纹既不存在于管子的直段也不在管子变形量最大和 炉温最高的下弯头处,而全部集中在变形量不大的小弯头 附近,表明该材料在同一环境下失效与小弯头附近材料的 状况有某种关系.爆口附近及管子内外壁小裂纹的形貌均 为沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物,爆口及裂纹方向与 弯头加工变形方向垂直;尽管经过爆管和试样割取释放了 大部分的内应力,衍射测量中仍可发现试样中存在明显的 应力和应力梯度.可以确定失效的原因是由于应力腐蚀所 致.
对现场取出损坏的套管进行解剖分析。套管内 壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵 向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深 谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。从总体上 看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产 物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体 冲刷作用。
2
腐蚀产物ＸＲＤ分析
从断口表面的电子探针分析结果,致密氧化层表明这种爆 破失效是一缓慢的过程,管子的有关区域有可能在投入运 行之前就存在一些缺陷.经了解, 由于工程进度的原因,这 批管子在安装前已在工地放置了1年多时间,由于工地面 临大海,又属于亚热带地区,空气湿度大,具有形成应力腐 蚀的外部条件;夹持管材料延伸性较好,小角度处转弯较多 但变形量不大.从管子外壁局部区域存在弯管时留下的压 痕可推断弯管时加热温度不足;从试样内应力分析可见管 子弯后热处理不妥导致这一区域的残余应力得不到有效 消除,加上该电厂的特殊地理环境气候条件,使得裂纹沿着 管子拉应力垂直方向开始萌生并逐渐加深,致使投入运行 3000多小时就爆破失效,众多管子几乎在同一时间爆破,而 破口既有由内向外也有由外向内,横向小裂纹管子内外壁 均有,表明腐蚀介质或气氛对管子内外壁的入侵是同时的、 均匀的.
3 金相分析 在爆口附近制备金相试样,晶粒度3～6级,单相奥 氏体,沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物.
4 电子探针检验
断口及管子外表面氧化物成分见表3, 能谱分析发现管 子微裂纹处存在Ｃｌ、Ｓ元素.
5 内应力分析 在小弯头区域取样用衍射仪2θ法进行测量,其结果见表4. Ｆｅ(222)晶面应力常数为586,计算求得σ=164ＭＰａ(压 应力);试验还表明试样存在明显的应力梯度.
(2)断口微观检查
用扫措电镜对细瓷状断口、粗晶状断口进行观察,结 果见图3、4。 从粗晶状断口扫描电镜照片可以看到,断口中有明显 的解,对粗晶状断口、细瓷状断口截取试样,样 品制备后,用4%硝酸酒精溶液短时轻微腐蚀,然后在金相显 微镜下观察。尽管照片中组织不太清晰,可以观察到淬火 前奥氏体晶粒分布情况,见图5。用奥氏体晶粒度评级标准 [2]评定晶粒度等级为6级,粗晶状断口处的晶粒和组织粗 大(图6),晶粒度等级为1级。观察还发现碳化物呈严重的 带状分布,见图8。在细瓷状与粗晶状断口的衔接处存在大 小晶粒不匀的现象。
失效分析案例举例
案例1
0、背景介绍：
油井套管腐蚀
1、套管腐蚀形貌 2、腐蚀产物ＸＲＤ分析
3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析 4、管壁ＳＲＢ分析检测
5、腐蚀试验
6、结论
背景介绍： 中原油田全油田有100多口井套管 腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。 油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。 1 套管腐蚀形貌
不同ＣＯ2分压下, Ｑ235钢在3%ＮａＣｌ溶液中的腐蚀 速度
很明显ＣＯ2压力越高,腐蚀越为严重。
6 结论 (1)复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出 水中ＣＯ2腐蚀作用的结果。 (2)套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、 流体冲刷密切相关。
(3)综合对腐蚀形态特征的观察判断,腐蚀产物的分析,材 质金相非金属夹杂分析,管壁ＳＲＢ检测分析和腐蚀试验 的研究,可以找出套管腐蚀失效的主要原因。
7
防治对策
随着火电机组朝着大单机高参数大容量的方向发展,奥氏体不锈钢 材料的大量使用已是发展趋势.在我国,沿海地区近年来大容量机 组安装较多,不锈钢管材失效爆破的事故时有发生,并几乎都是应 力腐蚀所致,一爆就是一大片,对正常生产影响较大.由于地处沿海 地区,特别是南方亚热带气候,控制腐蚀介质或腐蚀气氛的难度较 大,有些生产单位曾寄希望于更换更高档次的材料以求保证机组的 正常运行,以致机组安装及维修的费用增大,造成不必要的浪费.笔 者认为304这种管材是比较成熟的材料,国外已有多年的运行历史. 对氯离子和应力腐蚀比较敏感是奥氏体不锈钢的共同弱点,材料本 身的内应力和外部的腐蚀介质或腐蚀气氛是不锈钢材料应力腐蚀 失效的内因和外因,只要能有效控制就能有效降低其失效几率.沿 海地区的机组除了要加强措施做好防腐工作外,更重要的是要从控 制内因方面着手,制造厂家和安装单位对弯管的不圆度和弯管及焊 接的热处理工艺等方面应严加控制,尽可能减少直至消除管材的残 余应力;使用单位对可疑的管段区域要进行应力检查,发现有异应 进行消除应力处理,发现微裂纹者应尽快更换,便可将事故消灭在 萌芽状态之中.
3 讨论
文献[3,4]介绍3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢是一种压铸模具钢,该钢含有 较多的钨和铬,具有较小的热膨胀系数和较好的耐蚀性。 钨可以增加钢的耐热性,减少回火脆性和热处理变形。由 于该钢的碳含量较低(0 25%～0 40%),使钢具有良好的导 热性和足够的韧性。加入少量的钒可细化晶粒,提高耐磨 性。3Ｃｒ2Ｗ8Ｖ钢属于过共析钢,正常淬火组织应为较细 的马氏体、残留奥氏体和少量的粒状碳化物。若淬火温 度过高,则得到粗大马氏体。图4所示模具断口心部呈粗晶 状断口形貌,有脆性解理断裂特征。 图6的金相组织表明,奥氏体晶粒粗大,马氏体粗大,属于明 显的过热现象。但模具表层细瓷状断口(图2、3)和细小晶 粒(图5),属于正常的淬火组织。分析认为:厂方在加工模具 时,发现锻件的硬度偏高,曾经进行一次降低硬度退火,但退 火保温时间不够,仅使表层重结晶细化,因此出现了表层的 细晶粒和细瓷状断口。
取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线 衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ3和ＣａＣＯ3, 夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。腐蚀产物的主要成份为碳酸 盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ2腐蚀有关。 3 油套管材质的金相和非金属夹杂分析
采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面 分析。套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形 暗灰色颗粒为 Ａｌ2Ｏ3, 短条状为ＭｎＳ。材质中夹杂物以Ａｌ 2Ｏ3和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2存在。整个材料裂口 面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＳ为主,分 散均匀,加速了钢材的腐蚀。同时经电子探针元素定量分析表明, 随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在 逐步增大。说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、 碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。