失效分析的思路和方法

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1、第四章失效分析的思路和方法4.1、失效分析的常规思路失效分析的常规思路有三种思路：1）以失效抗力指标为主线的失效分析思路2）以制造过程为主线的失效分析思路3）以零件或设备为类别的失效分析思路1.以失效抗力为主线的失效分析思路零件的失效是由于其失效抗力与服役条件这一对矛盾的因素相互作用的结果，当零件的失效抗力不能胜任服役条件时，便造成了零件失效。零件的服役条件主要包括载荷和环境两方面的因素。而零件的失效抗力指标一方面决定于材料因素如成分、组织和状态等，一方面与零件的几何细节有关。思路图分析思路要点1.对具体服役条件下的零件作具体分析，从中找出主要的失效分析

2、方式及主要失效抗力指标。2.运用金属学、材料强度学和断裂物理、化学、力学的研究成果，深入分析各种失效现象的本质：主要失效抗力指标与材料成分、组织和状态的关系，提出改进措施。3.根据“不同服役条件要求材料强度与塑性、韧性的合理配合”这一原则，分析研究失效零件现行的选材、用材技术条件是否合理，是否受旧的传统学术观念的束缚。4.用局部复合强化，克服零件上的薄弱环节，争取达到材料的等强度设计。克服失效措施的几个结合在进行失效分析和提出克服失效的措施时，还应做到几个结合1.设计、选材和工艺相结合2.结构强度(力学计算、实验应力分析)与材料强度相结合3.宏观规律与微

3、观机理相结合(断口与组织分析)4.实验室规律性试验研究与生产考验相结合2.以制造过程为主线的失效分析思路任何零件都要经历设计、选材、热加工(铸锻焊)、冷加工、热处理、精加工、装配等工序，如果业己已经确认零件失效纯属于制造过程中的问题，则可对上述诸工序一一展开分析。找出失效分析的原因，提出克服失效的措施。3.以零件或设备为类别的失效分析思路机械产品按其类别可分为基础零件和成套设备。对于同类零件或设备，尽管其功能各不相同，服役条件也有很大差别，但在其工作性质上仍有诸多相同或相通之处，因此其失效形式以及造成失效的因素也有相同或相通之处。4.2失效分析的系统工程

4、思路与方法系统工程是一门综合运用多种现代化科学技术的综合性管理工程。系统工程的思路和方法是按照事物本身的系统性，把所有要研究的问题都放进系统中加以考察。对失效分析来说，就是把设备本身的各种破坏因素与环境因素和人为因素当作一个系统，再运用系统工程的分析方法来处理，最后得出失效原因。故障树分析法(FaultTreeAnalysis)故障树分析法是用数理逻辑符号，把不希望发生的各种现象，沿其发生的经过而展开成树的形式，分析事故发生的途径、原因以及发生概率的方法。实际上是从已发生的失效事故出发逆着失效发生的过程进行分析，是一个从结果到原因的所谓逆方向分析。故障树

5、可以反映出系统中故障的内在联系，使人一目了然、形象地掌握这种联系并进行正确分析。所以建树时要注意一下几点：1）为建好故障树，要选准建树流程，然后根据主流程确定几个分枝2）合理处理好系统及部件的边界条件3）对系统中各事件的逻辑关系和条件必须分析清楚，不能有逻辑混乱和条件矛盾4）故障事件定义要准确，不能在“树”中造成逻辑混乱和矛盾。对于某个机械零件的失效，一般可以从以下四个方面去考虑分枝建树过程：1）结构设计上的问题2）选材、加工工艺及材质上的问题3）装配上的问题4）使用维护中的问题在建树过程中和初步判断时，应遵循下列步骤：1）调查收集原始资料2）残骸分析3

6、）通过模拟进行误差排除提出防止失效的措施故障树分析指出的是特定条件下发生失效的主要原因。例如设计不当或选材不当等。针对失效原因，采取措施可以防止再发生这类失效。所采取的措施不一定是针对造成失效的主要原因，而是根据实际生产条件采取的最有效并且经济的方法。4.3失效分析的程序和步骤失效分析的程序可简化为“问”、“望”、“闻”、“切”、“模”、“结”六个方面失效分析步骤1）调查研究收集原始背景材料2）残骸拼凑分析与低倍宏观检查3）零件失效部位应力分析计算，必要时用实验方法测定4）深入实验分析5）综合分析找出失效的原因，提出防止和改进措施的建议6）撰写失效分析报

7、告4.4失效分析的基本实验技术作为失效分析的手段，需要以下试验技术：宏观和微观断口分析技术；金相检验技术；无损探伤检验技术；常规成分、微区成分和表面成分分析技术；X射线衍射分析技术；实验应力分析技术；力学性能测试技术；断裂力学测试技术等。各个分析技术的特点1.宏观分析技术及用肉眼或放大50倍以下的放大镜观察分析是失效分析的基础，可以确定损坏的起源，根据断口的宏观特征可以对加载方式、应力大小、材料的相对韧性与脆性等给以说明。2.借助体视显微镜的分析可以进一步帮助肉眼确认断裂源和裂纹走向，以及观察磨损或腐蚀的情况。3.金相显微镜的分辨率低，景深小，不宜于作断

8、口观察，但是可以通过金相显微镜得到裂纹扩展的方式（穿晶或沿晶）4.扫描电子显微镜