《金属构件失效分析》PPT课件

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1、金属构件失效分析王凤芹第一章概述第二章失效分析基础知识第三章金属构件常见失效形式及其判断第四章失效分析的思路、程序和基本技能第五章失效分析实例1概述1.1金属构件的失效及失效分析1、失效金属装备及其构件在使用过程中，由于压力、时间、温度和环境介质和操作失误等因素的作用，丧失其规定功能的现象。例子：1979年9月7日，中国某电化厂氯气车间的液氯钢瓶爆炸，使10t液氯外溢扩散，波及范围7．25km2，致使59人死亡，779人中毒，当时统计的直接经济损失达63万元。1984年12月3日凌晨，在印度博帕尔市的美国联合碳化物公司所属的—家化工厂，由于安全装置失灵，系统升压导致储

2、罐管路破裂，泄出大量毒气，造成375人死亡，2000人重伤。该市50万居民中有20万受到毒气的侵害，其中2万人需要住院治疗。有关方面要求美国公司赔偿150亿美元的损失费。2、失效分析对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。3、失效分析目的通过对失效件的分析，明确失效类型、找出失效原因，采取改进和预防措施，防止类似的失效在设计寿命范围内再发生，对装备及其构件在以后的设计、选材、加工及使用都有指导意义。从技术上和经济上都没有必要要求金属装备永不失效，失效分析的目的不在于造出具有无限

3、使用寿命的装备，而是确保装备在给定的寿命期限内不发生早期失效，或只需要更换易损构件，或把装备的失效限制在预先规定的范围之内，希望对失效的过程进行监测、预警，以便采取紧急措施，避免机毁人亡的灾难。1.2失效分析的意义1、促进科学技术的发展失效分析是对事物认识的一个复杂过程，通过多学科交叉分析，找到失效的原因，不仅可以防止同样的失效再发生，而且能更进一步完善装备构件的功能，并促进与之相关的各项工作的改进。失效、认识(失效分析)、提高、再失效、再认识、再提高，由此促进了科学技术的发展。2、提高装备及其构件的质量从设计、材料、制造等各方面进行改进，便可提高装备及其构件的质量。

4、3、具有高经济效益和社会效益1.3金属构件的失效形式及失效原因金属构件的失效形式及失效原因是密切相关的，失效形式是构件失效过程的表观特征，是可以观察的。而失效原因是导致构件失效的物理化学机制，是需要通过失效过程调查研究及对失效件的宏观、微观分析去诊断、发现和论证的。1、失效形式弹性变形失效当应力或温度引起构件可恢复的弹性变形大到足以妨碍装备正常发挥预定的功能时，就出现弹性变形失效。塑性变形失效当受裁荷的构件产生不可恢复的塑性变形大到足以妨碍装备正常发挥预定的功能时，就出现塑性变形失效。韧性断裂失效构件在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂失效。脆性断裂失效

5、构件在断裂之前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。疲劳断裂失效构件在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。腐蚀失效腐蚀是材料表面与服投环境发生物理或化学的反应，使材料发生损坏或变质的现象，构件发生的腐蚀使其不能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式，有均匀遍及构件表面的均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀，局部腐蚀又有点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。磨损失效当材料的表面相互接触或材料表面与流体接触并作相对运动时，由于物理和化学的作用，材料表面的形状、尺寸或质量发生变化的过程，称为磨损。由磨损而

6、导致构件功能丧失，称为磨损失效。磨损有多种形式，其中常见粘着磨损、磨料磨损、冲击磨损、微动磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。2、引起失效的原因设计不合理其中结构或形状不合理，构件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过渡区等高应力区，未能恰当设计引起的失效比较常见。总之，设计中的过载荷、应力集中、结构选择不当、安全系数过小(追求轻巧和高速度)及配合不合适等都会导致构件及装备失效。构件及装备的设计要有足够的强度、刚度、稳定性，结构设计要合理。分析设计原因引起失效尤其要注意：对复杂构件未作可靠的应力计算；或对构件在服役中所承受的非正常工作载荷的类型及大小未作考虑；甚至于对工作载荷确定和

7、应力分析准确的构件来说，如果只考虑拉伸强度和屈服强度数据的静载荷能力，而忽视了脆性断裂、低循环疲劳、应力腐蚀及腐蚀疲劳等机理可能引起的失效，都会在设计上造成严重的错误。选材不当及材料缺陷金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、加工工艺性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。使用在特定环境中的构件，对可预见的失效形式要为其选择足够的抵抗失效的能力。如对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂，应该选择足够的拉伸强度和屈服强度；但对可能产生的脆性断裂、疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件，高强度的材料往往适得其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料，对构