零件失效分析3-3-失效分析思路、程序及基本技能
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定性+定量
FTA法的步骤
基本事件的重要度分析
失效树的定量分析 失效树的定性分析
失效树的建造
失效分析的 关键
砂轮伤害事故的失效树图
砂轮伤害Fra Baidu bibliotek
防护装置不起作用
击中人体
砂轮破碎飞出
质量缺陷
安装缺陷
未检查
操作不当
安装不牢 无防护罩
砂轮不 平衡 有裂纹
紧固砂轮 上砂轮敲 用力过大 打过猛
吃刀量 过大 启动过急
第3章 失效分析的思路、程序和基本技能
❖ 失效分析思路与方法 ❖ 失效分析的程序与步骤 ❖ 失效件的保护、取样及试样清洗、保存 ❖ 常规测试技术 ❖ 失效分析的几种基本技能
1. 失效分析思路与方法
失效分析思路的重要性 失效分析思路的方向性及基本原则 失效分析的主要思路（重点）
失效分析思路的重要性
举例：热锻模具淬火断裂的失效分析
现场调查：某厂用3Cr2W8V钢制热锻模具，锻造 材料为25钢的齿状零件。模具加工时，发现其硬度 较高，为了便于加工，将模具进行过一次降低硬度 退火，但温度和时间已无纪录。加工后的模具在淬 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。
线索来源
服役条件 断口特征
失效的抗力指标
零件的服役条件 零件的失效分析
力学计算 应力分析
主要的失效抗力指标
材料工艺 改进
主要的失效抗力指标与 成分、组织、状态的关系
提高失效抗力指标途径 形成试验方案
结构改进
实验室试验 选择最佳的材料和工艺
使用考验
台架模拟试验
以失效抗力指标编为辑课线件索的失效分析思路示意图
失效树所用符号
+
•
或门，表示B1或B2任一事件单独发生（输
入）时，A事件都可以发生（输出）；
逻
辑
· 与门，表示B1、B2两个事件同时发生（输
门
入）时，A事件才能发生（输出）；
初步判断： 材料化学成分错误
可能原因 加热温度过高
原始材料组织有缺陷
材质分析 力学性能分析
建立具体的分析 思路和工作程序
断口分析 显微组织分析 分析论证开裂原因
结论
举例：汽车轮毂紧固螺栓断裂事故分析
现场信息调查：汽车轮毂紧固螺栓是汽车上至关重 要的零件，如果该零件出现问题，轻则造成交通事 故，重则造成车毁人亡，后果严重。某厂生产的汽 车的左后轮紧固螺栓全部断裂，5个螺栓中有4个螺 栓断裂前出现弯曲和扭转，1个螺栓被剪切，造成 了车祸，该厂紧急召回了废车对其事故进行分析。
基本概念：
“顶事件”：系统不希望发生的失效状态作为失效 分析的目标； “中间事件”：导致这一失效发生的所有可能的直 接原因； “底事件”：导致每一个中间事件发生的所有可能 的原因；
顺序渐进，直至追踪到对被分析对象来说是一种 基本原因为止。
失效树所用符号
事件符号： 顶上事件、中间事件符号，需要进一步 往下分析的事件； 基本事件符号，不能再往下分析的事件； 正常事件符号，正常情况下存在的事件； 省略事件，不能或不需要向下分析的事件；
保
介
行 限 输计造 选 量 工 工 序
养
质
水
➢ “撒大网”逐个因素排除的思 路
优点：面面俱到，怀疑一切，不放过任何一个可疑点。
缺点：工作量较大。
“撒大网”分析法多应用于重要失效事故的分 析和军事部门，在一般实际应用中应有所侧重。
➢ 残骸分析法
残骸分析法：从物理、化学的角度对失效零件进行 分析的方法。
失效分析思路的方向性及基本原则
基本原则
整体观念原则 从现象到本质的原则 动态原则 一分为二原则 立体性原则
失效分析思路的方向性及基本原则
具体方法
系统方法 抓主要矛盾方法 比较方法 历史方法 逻辑方法
失效分析的主要思路
失效分析的主要思路
➢ “撒大网”逐个因素排除的思 路 ➢ 残骸分析法
➢ 失效树分析法
➢ “撒大网”逐个因素排除的思 路
5M1E
Man Machine Material Method Management Environment
为 不性 人保 安 结平 加择 材 冶艺 热艺 冷 作 制 维 载 温 腐
安 的护 装 构 工 料 金 加 加 业 度 修 荷 度 蚀
全 局 运设制 的 质 工 工 程
初步判断： 螺栓的力学性能不够
可能原因 结构和装配问题
建立具体的分析 思路和工作程序
材质分析（材料成分、显微组织） 力学性能分析（工况、紧固、强度） 断口分析（形貌） 分析论证开裂原因 结论
失效树分析（FTA法）
系统工程分析法
失效模式及效应分析（FMEA法） 管理失误与风险树分析（MORT法）
事件树分析（ETA法）
失效树分析法：在系统设计过程中，通过对可能造成 系统失效的各种因素（包括软件、硬件、环境、人为 因素等）进行分析，画出逻辑框图（即失效树），从 而确定系统失效原因的各种可能的组合方式或发生概 率，以计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以 提高系统可靠性的一种设计分析方法。
灵活性
特点 图形演绎的方法
…
➢ 失效树分析法
失效树分析（Failure Tree Analysis） 1960’s 由美国贝尔研究所首先用于导弹的控制系统
设计上，预测导弹发射的随机失效概率。
1974年 美国原子能管理委员会主要采用失效树分析 商用原子反应堆安全性的Wash-1400报告。
FTA法在国外被公认为是对复杂安全性、可靠性 分析的一种好方法。
➢ 失效分析与常规研究工作有所不同
后果严重、 失效分析任 分析结论要正确
涉及面广 务繁重、时 无误，改进措施
间紧迫
要切实可行
➢ 一果多因使失效分析的中间过程纵横交错、 头绪万千，正确思路的指导有利于确定分析 方向、明确分析范围、推断失效过程。
失效分析思路的重要性
➢ 失效分析的关键性试样十分有限，只容许一次取 样，一次观察和测量。在分析程序上走错一步， 可能导致整个分析的失败。
失效分析思路的重要性
失效分析思路： 理论依据：装备构件失效的规律 综合分析调查、观察、检测和实验获得的失效信 息以获取的客观事实为证据，全面应用推理的方 法，判断失效模式，推断失效原因。
失效分析思路贯穿在整个失效分析过程中。
失效分析思路的方向性及基本原则
➢ 失效分析思路方向的多种选择
顺藤摸瓜、顺藤找根、顺瓜摸藤、顺根摸藤 顺瓜摸藤+顺藤找根、顺根摸藤+顺藤摸瓜、 顺藤摸瓜+顺藤找根
FTA法的步骤
基本事件的重要度分析
失效树的定量分析 失效树的定性分析
失效树的建造
失效分析的 关键
砂轮伤害事故的失效树图
砂轮伤害Fra Baidu bibliotek
防护装置不起作用
击中人体
砂轮破碎飞出
质量缺陷
安装缺陷
未检查
操作不当
安装不牢 无防护罩
砂轮不 平衡 有裂纹
紧固砂轮 上砂轮敲 用力过大 打过猛
吃刀量 过大 启动过急
第3章 失效分析的思路、程序和基本技能
❖ 失效分析思路与方法 ❖ 失效分析的程序与步骤 ❖ 失效件的保护、取样及试样清洗、保存 ❖ 常规测试技术 ❖ 失效分析的几种基本技能
1. 失效分析思路与方法
失效分析思路的重要性 失效分析思路的方向性及基本原则 失效分析的主要思路（重点）
失效分析思路的重要性
举例：热锻模具淬火断裂的失效分析
现场调查：某厂用3Cr2W8V钢制热锻模具，锻造 材料为25钢的齿状零件。模具加工时，发现其硬度 较高，为了便于加工，将模具进行过一次降低硬度 退火，但温度和时间已无纪录。加工后的模具在淬 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。
线索来源
服役条件 断口特征
失效的抗力指标
零件的服役条件 零件的失效分析
力学计算 应力分析
主要的失效抗力指标
材料工艺 改进
主要的失效抗力指标与 成分、组织、状态的关系
提高失效抗力指标途径 形成试验方案
结构改进
实验室试验 选择最佳的材料和工艺
使用考验
台架模拟试验
以失效抗力指标编为辑课线件索的失效分析思路示意图
失效树所用符号
+
•
或门，表示B1或B2任一事件单独发生（输
入）时，A事件都可以发生（输出）；
逻
辑
· 与门，表示B1、B2两个事件同时发生（输
门
入）时，A事件才能发生（输出）；
初步判断： 材料化学成分错误
可能原因 加热温度过高
原始材料组织有缺陷
材质分析 力学性能分析
建立具体的分析 思路和工作程序
断口分析 显微组织分析 分析论证开裂原因
结论
举例：汽车轮毂紧固螺栓断裂事故分析
现场信息调查：汽车轮毂紧固螺栓是汽车上至关重 要的零件，如果该零件出现问题，轻则造成交通事 故，重则造成车毁人亡，后果严重。某厂生产的汽 车的左后轮紧固螺栓全部断裂，5个螺栓中有4个螺 栓断裂前出现弯曲和扭转，1个螺栓被剪切，造成 了车祸，该厂紧急召回了废车对其事故进行分析。
基本概念：
“顶事件”：系统不希望发生的失效状态作为失效 分析的目标； “中间事件”：导致这一失效发生的所有可能的直 接原因； “底事件”：导致每一个中间事件发生的所有可能 的原因；
顺序渐进，直至追踪到对被分析对象来说是一种 基本原因为止。
失效树所用符号
事件符号： 顶上事件、中间事件符号，需要进一步 往下分析的事件； 基本事件符号，不能再往下分析的事件； 正常事件符号，正常情况下存在的事件； 省略事件，不能或不需要向下分析的事件；
保
介
行 限 输计造 选 量 工 工 序
养
质
水
➢ “撒大网”逐个因素排除的思 路
优点：面面俱到，怀疑一切，不放过任何一个可疑点。
缺点：工作量较大。
“撒大网”分析法多应用于重要失效事故的分 析和军事部门，在一般实际应用中应有所侧重。
➢ 残骸分析法
残骸分析法：从物理、化学的角度对失效零件进行 分析的方法。
失效分析思路的方向性及基本原则
基本原则
整体观念原则 从现象到本质的原则 动态原则 一分为二原则 立体性原则
失效分析思路的方向性及基本原则
具体方法
系统方法 抓主要矛盾方法 比较方法 历史方法 逻辑方法
失效分析的主要思路
失效分析的主要思路
➢ “撒大网”逐个因素排除的思 路 ➢ 残骸分析法
➢ 失效树分析法
➢ “撒大网”逐个因素排除的思 路
5M1E
Man Machine Material Method Management Environment
为 不性 人保 安 结平 加择 材 冶艺 热艺 冷 作 制 维 载 温 腐
安 的护 装 构 工 料 金 加 加 业 度 修 荷 度 蚀
全 局 运设制 的 质 工 工 程
初步判断： 螺栓的力学性能不够
可能原因 结构和装配问题
建立具体的分析 思路和工作程序
材质分析（材料成分、显微组织） 力学性能分析（工况、紧固、强度） 断口分析（形貌） 分析论证开裂原因 结论
失效树分析（FTA法）
系统工程分析法
失效模式及效应分析（FMEA法） 管理失误与风险树分析（MORT法）
事件树分析（ETA法）
失效树分析法：在系统设计过程中，通过对可能造成 系统失效的各种因素（包括软件、硬件、环境、人为 因素等）进行分析，画出逻辑框图（即失效树），从 而确定系统失效原因的各种可能的组合方式或发生概 率，以计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以 提高系统可靠性的一种设计分析方法。
灵活性
特点 图形演绎的方法
…
➢ 失效树分析法
失效树分析（Failure Tree Analysis） 1960’s 由美国贝尔研究所首先用于导弹的控制系统
设计上，预测导弹发射的随机失效概率。
1974年 美国原子能管理委员会主要采用失效树分析 商用原子反应堆安全性的Wash-1400报告。
FTA法在国外被公认为是对复杂安全性、可靠性 分析的一种好方法。
➢ 失效分析与常规研究工作有所不同
后果严重、 失效分析任 分析结论要正确
涉及面广 务繁重、时 无误，改进措施
间紧迫
要切实可行
➢ 一果多因使失效分析的中间过程纵横交错、 头绪万千，正确思路的指导有利于确定分析 方向、明确分析范围、推断失效过程。
失效分析思路的重要性
➢ 失效分析的关键性试样十分有限，只容许一次取 样，一次观察和测量。在分析程序上走错一步， 可能导致整个分析的失败。
失效分析思路的重要性
失效分析思路： 理论依据：装备构件失效的规律 综合分析调查、观察、检测和实验获得的失效信 息以获取的客观事实为证据，全面应用推理的方 法，判断失效模式，推断失效原因。
失效分析思路贯穿在整个失效分析过程中。
失效分析思路的方向性及基本原则
➢ 失效分析思路方向的多种选择
顺藤摸瓜、顺藤找根、顺瓜摸藤、顺根摸藤 顺瓜摸藤+顺藤找根、顺根摸藤+顺藤摸瓜、 顺藤摸瓜+顺藤找根