失效分析技术

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1、摘要:简要介绍了失效分析技术——痕迹分析技术、裂纹分析技术和断口分析技术等的基本概念、主要内容、一般程序和基本方法,以及它们在工程失效分析中的应用。关键词:失效分析技术;痕迹分析技术;裂纹分析技术;断口分析技术失效分析是一门系统工程,其中的分析技术是其理论和实践基础。失效分析技术主要包括痕迹分析技术、裂纹分析技术和断口分析技术等相关内容。1痕迹分析技术[1,2]痕迹分析是失效分析中常用的一种分析方法和技术。通过痕迹分析,不仅可对事故和失效的发生、发展过程做出判断,而且可为事故和失效分析结论提供可靠的佐证和依据

2、。1.1痕迹及痕迹分析概念广义地说,痕迹是指环境作用于系统,在系统表面留下的标记。在机械失效中,系统指的是失效的构件或零件,而环境则是指外来的力学、化学、热学、电学等因素。因此,对机械失效,痕迹可定义为力学、化学、热学、电学等环境因素单独地或协同地作用于机械,并在其表面或表面层留下的损伤性标记。在失效分析范畴,痕迹的具体含义是指:痕迹的形貌(或称花样);痕迹区、污染物及反应产物的化学成分;痕迹颜色的种类、色度、分布和反光等;痕迹区材料的组织和结构;痕迹区的表面性能;痕迹区的残余应力分布;从痕迹区散发出来的各种

3、气味;痕迹区的电荷分布和磁性等。痕迹分析即是对失效件的上述特征的变化进行鉴别,并找出其变化原因,为失效分析提供线索和依据的技术活动。1.2痕迹分析程序在一般情况下,痕迹分析应按如下程序进行。(1)发现和显现痕迹这是痕迹分析的前提和基础。应以现场为起点,先收集能反应整体破坏顺序的痕迹,后收集具体零部件外部的痕迹,再收集零部件之间的痕迹,最后搜集污染物和分离物。(2)提取、固定、显现、清洗、记录和保存痕迹方法有复印、制模法、静电法和AC纸粘附法等。痕迹的记录可以用文字、示意图和照片。(3)鉴定痕迹对具体的痕迹特征

4、进行针对性检验,从而确定痕迹的性质、产生的时间和条件。鉴定时,应按由表及里、由简而繁、先宏观后微观、先定性后定量,按形貌2组织结构2性能的顺序进行。(4)模拟再现痕迹必要时可在产品上进行,拆检同型号的、已使用过的产品的相应痕迹加以对比是一种更真实的“试验”。(5)综合分析痕迹分析需综合考虑形成痕迹的过程、条件和影响因素,痕迹的可变性及与零件工作、失效的关系等,以确定痕迹的性质和原因。1.3痕迹的发现和显现技术痕迹的发现和显现就是将隐藏的、不明显的痕迹特征揭示出来,以确定痕迹的分布及其规律,为进一步的痕迹性质鉴

5、定提供目标。痕迹是一种表面特征,寻找痕迹应在零部件的表面进行,并根据地点、机件等不同采取相应的方法。对大的机件,如飞机、汽车等,应着重从零部件的表面颜色变化、表面结构轮廓变化、形貌变化等肉眼易见的特征上来发现痕迹;当零部件较小时,在实验室借助一定的仪器设备来进行的同时,应在以上检查的基础上,重点从粗糙度变化、细小附着物、擦痕、划痕、材料成分和组织等方面来发现痕迹。1.4痕迹的提取、固定、清洗、记录和保存技术为了得到痕迹的准确信息,需对痕迹进行清理,以去除保护涂层、腐蚀产物和灰尘之类的松散沉积物。常用的清理技术

6、有机械刷洗法、有机溶剂清洗法、弱酸或碱性溶液处理法和超声清洗法。1.5痕迹的鉴定1.5.1痕迹的形貌鉴定痕迹的形貌鉴定是痕迹分析的关键。应首先通过肉眼观察确定痕迹的整体分布特征与规律,然后以有代表性的局部痕迹来重点分析痕迹的性质。(1)痕迹的形成要素和分类一般来说,形成痕迹包含三个基本要素:①造痕物,即痕迹的制造者,是直接接触并作用于机械表面的物体或介质。②留痕物,即造痕物作用的对象,一般指机械表面。造痕物与留痕物是相对的,有时在两个匹配的接触面都会留下痕迹。③造痕物和留痕物发生相互接触或非正常作用。图1示出

7、了痕迹的形成原理。当造痕物与留痕物发生相互接触或作用,痕迹就会形成。对机械痕迹,造痕物与留痕物之间的这种作用就是力,而且一般为压应力。根据痕迹形成的机理和条件的不同,可将机械失效中的痕迹分为机械接触痕迹、腐蚀痕迹、电侵蚀痕迹、污染痕迹、分离物痕迹、热损伤痕迹和加工痕迹等七类。图1痕迹的形成(2)机械接触痕迹由于机械力的作用而在接触部位留下的痕迹称为机械接触痕迹,简称机械痕迹。依据接触方式和相对机械运动方式的不同,机械痕迹又可分成如下五种。①压入性机械痕迹简称压痕,是造痕物压入留痕物,在接触面留下的痕迹。典型形

8、貌是压坑、压伤、压陷和压痕,如压入法测量金属硬度时在金属表面留下的各种规则的印痕,在零件表面敲上的钢印编号、标记等。压痕一般具有如下特征:形貌规则,边界清晰,与造痕物接触部位的形状吻合;在垂直表面的方向上变形最大;面积大小和深度与作用在压头上的法向载荷成正比、与压头的接触面积成反比;保载时间越长,压痕越大;不会产生磨粒,很少有材料粘着和转移;材料不同,压痕也不相同。图2是导致飞机座舱抛盖活门薄膜破裂