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失效分析是一門發(fā)展中的新興學(xué)科,近年開始從軍工向普通企業(yè)普及。它一般根據(jù)失效模式和現(xiàn)象,通過分析和驗證,模擬重現(xiàn)失效的現(xiàn)象,找出失效的原因,挖掘出失效的機理的活動。在提高產(chǎn)品質(zhì)量,技術(shù)開發(fā)、改進,產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強的實際意義。
金屬材料常見有斷裂失效、變形失效、腐蝕失效分析和磨損失效四種。
失效分析意義:
1、減少和預(yù)防同類機械零件的失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生,保障產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品競爭力。
2、分析機械零件失效原因,為事故責(zé)任認定、偵破刑事犯罪案件、裁定賠償責(zé)任、保險業(yè)務(wù)、修改產(chǎn)品質(zhì)量標準等提供科學(xué)依據(jù)。
3、為企業(yè)技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造提供信息,增加企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)含量,從而獲得更大的經(jīng)濟效益。
機械產(chǎn)品的失效是不以人們意志為轉(zhuǎn)移的客觀事實。一個機械系統(tǒng)、機械裝置、甚至于簡單機械零件,一旦失效,輕者喪失原有的功能,嚴重的甚至造成重大設(shè)備與人身傷亡事故,不僅造成重大經(jīng)濟損失而且會產(chǎn)生不良的社會影響。
機械產(chǎn)品的失效一般可分為非斷裂失效與斷裂失效兩大類。非斷裂失效一般包括磨損失效、腐蝕失效、變形失效及功能退化失效等。
斷裂失效是機械產(chǎn)品最主要和最具危險性的失效,其分類比較復(fù)雜,一般有如下幾種:
(1)按斷裂機理分為滑移分離、韌窩斷裂、蠕變斷裂、解理與準解理斷裂、沿晶斷裂和疲勞斷裂;
(2)按斷裂路徑分為穿晶、沿晶和混晶斷裂;
(3)按斷裂性質(zhì)分為韌性斷裂、脆性斷裂和疲勞斷裂。在失效分析實踐中大都采用這種分類法。
斷裂失效分析是從分析斷口的宏觀與微觀特征入手,確定斷裂失效模式,分析研究斷口形貌特征與材料組織和性能、零件的受力狀態(tài)以及環(huán)境條件(如溫度、介質(zhì)等)等之間的關(guān)系,揭示斷裂失效機理、原因與規(guī)律,進而采取改進措施與預(yù)防對策。
韌性斷裂失效分析
韌性斷裂又叫延性斷裂和塑性斷裂,即零件斷裂之前,在斷裂部位出現(xiàn)較為明顯的塑性變形。在工程結(jié)構(gòu)中,韌性斷裂一般表現(xiàn)為過載斷裂,即零件危險截面處所承受的實際應(yīng)力超過了材料的屈服強度或強度極限而發(fā)生的斷裂。
工程材料的顯微結(jié)構(gòu)復(fù)雜,特定的顯微結(jié)構(gòu)在特定的外界條件(如載荷類型與大小,環(huán)境溫度與介質(zhì))下有特定的斷裂機理和微觀形貌特征。金屬零件韌性斷裂的機理主要是滑移分離和韌窩斷裂。
滑移分離:韌性斷裂最顯著的特征是伴有大量的塑性變形,而塑性變形的普遍機理是滑移,即在韌性斷裂前晶體產(chǎn)生大量的滑移。過量的滑移變形會出現(xiàn)滑移分離,其微觀形貌有滑移臺階、蛇形花樣和漣波等。
韌窩斷裂是金屬韌性斷裂的主要特征。韌窩又稱作迭波、孔坑、微孔或微坑等。韌窩是材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微空洞,經(jīng)形核、長大、聚集,最后相互連接導(dǎo)致斷裂后在斷口表面留下的痕跡。
韌窩形貌(SEM) 金屬零件韌性斷裂失效分析依據(jù):
(1) 斷口宏觀形貌粗糙,色澤灰暗,呈纖維狀;邊緣有與零件表面呈45°的剪切唇;斷口附近有明顯的塑性變形,如殘余扭角、撓曲、變粗、縮頸和鼓包等。
(2) 斷口上的微觀特征主要是韌窩。