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失效分析的一般分析方法是什么?有没有规律可循?

总的来说,失效分析有一定的逻辑顺序,大致可以按下述步骤进行,不过由于实际情况的复杂性,也可以只采取其中的部分步骤。

1.现场了解情况、收集背景材料

尽可能详细地了解失效零部件的历史资料。例如零部件设计、使用情况、受力如何、 环境情况、失效的数量,是首次设计使用就出现问题还是原来使用没有出现问题仅是本次出现问题?并且尽可能对失效构件断口及环境进行详细拍照。

如果怀疑由于原材料有冶金缺陷,如夹杂物过多、组织异常等内部质量问题造成零部件失效,这时可以通过了解失效零件的数量来进行初步的判断。如果一批原材料制造的同种零件中,发生破坏的数量较少,一般可初步判断与原材料冶金质量关系不大。

2.肉眼或放大镜观察详细断裂现象

观察失效零部件的总体形貌并做详细记录。断裂源位于哪里,是否断裂于应力集中部位,有没有疲劳特征,断面有没有颈缩,断面颜色有无异常等等。

3.了解零部件在整个机构中的作用及受力分析

因为零部件发生失效是在应力的作用下发生的,因此要对零部件受力情况进行初步分析。目的是确定零件的受力状态,判断零件是在何种应力作用下失效的,是受拉应力、弯矩还是扭矩?

如果失效不是在零件受力最大的危险截面,就有理由怀疑材料由于异常情况在局部产生了应力集中,如夹杂物、组织偏析、腐蚀坑机械损伤等等。

4.材料化学成分分析

目的是在认定选材合理的前提下,判断实际材料成分与标准要求的成分是否吻合。成分差别大,可能热处理后材料性能就会发生大的变化,而达不到标准要求。

5.对失效的零部件进行性能测定

目的是与要求的性能指标进行对照,判断是否达到设计要求。如强度、韧性、塑性及抗疲劳性能。在可能的情况下尽可能在出现问题的部位附近截取样品(如断口附近、裂纹附近等)。

选择何种性能进行测试?测试的依据是什么?这主要根据断裂机制进行确定。如果判断其断裂属于脆性断裂,一般要测定零部件的冲击性能,判断是否由于材料韧性低造成断裂?如果判断其断裂属于疲劳断裂,就需要测定零部件的疲劳性能。

6.金相组织分析

目的是判断是否与供货标准要求的组织相吻合,有时要配合扫描电镜甚至透射电镜进行分析,对细微结构如珠光体片层、析出物、位错密度等进行分析。

7.断口微观形貌分析

采用扫描电镜对断口进行分析,目的是根据断口上显示的微观形貌,进一步明确断裂的机理。光学显微镜景深较小,无法观察断口,而扫描电镜景深较大,可以直接观察断口。通过合适的放大倍数,可以判断是韧窝断口、解理断口还是沿晶断口,并能结合能谱仪进行能谱分析。

8.在模拟条件下做实验进行失效模拟

目的是对失效原因及断裂机理进行验证。在一般失效分析中不会进行。

在制定试验方案时务必明确每一步骤的目的,应该说明的是生产实践中很多失效分析并不是均要完整地进行上述全部的步骤,有些情况下仅做其中的几个步骤就可以判断出失效的原因。

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