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一.

失效分析常規(guī)方法介紹

 

  1.1    失效背景調(diào)查

背景調(diào)查是做好一切工作的基本方法。失效分析首先是對(duì)于失效情況的調(diào)查，了解它的現(xiàn)狀與歷史。如要分析某機(jī)器零件在使用中損壞的原因，就要調(diào)查它的損壞表現(xiàn)，包括損壞的部位、斷口的特征、以及和它相鄰的零件的情況等，這些是它的現(xiàn)狀；它的歷史則包括用的是什么材料、經(jīng)過(guò)哪些加工工序、制作中經(jīng)過(guò)哪些項(xiàng)目的質(zhì)量檢驗(yàn)和試驗(yàn)、在安裝及使用過(guò)程中的情況怎樣、損壞時(shí)有過(guò)什么異常的現(xiàn)象等。

 

  1.2    殘骸分析

無(wú)論何種機(jī)械裝備，所有零部件同時(shí)損壞的情況非常罕見，更多可能是由于某個(gè)別零部件損壞導(dǎo)致的整體破壞，為此需要從破碎或開裂的許多殘骸中找到最初損壞的部件。只有通過(guò)全面分析，才有可能把殘骸上看起來(lái)很奇特的各種現(xiàn)象都解釋清楚，最終掌握事故的全過(guò)程。

 

  1.3    宏觀分析

在了解失效背景及找到“肇事件”之后，就開始針對(duì)“肇事件”的一系列檢查、分析。

通過(guò)肉眼或者放大設(shè)備對(duì)失效零件的金屬表面、斷面進(jìn)行觀察，能夠揭示失效零件的全貌，顯示其組織的不均勻性和各種缺陷的形態(tài)、分布，對(duì)顏色、腐蝕、斷裂裂紋的萌生位置及裂紋的走向都能迅速而準(zhǔn)確地識(shí)別出來(lái)。

 

  1.4    微觀分析

宏觀分析能夠獲得很多信息，但要了解更多的細(xì)節(jié)和情況或者驗(yàn)證宏觀檢查所得出的推論還必須再進(jìn)行微觀觀察。例如通過(guò)對(duì)斷口的微觀分析，除可以進(jìn)一步澄清斷裂的途徑、斷裂的性質(zhì)、環(huán)境介質(zhì)及溫度對(duì)斷裂的影響外，還能進(jìn)一步確定斷裂的原因及斷裂機(jī)理的詳細(xì)情況。進(jìn)行微觀分析時(shí)，可以用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射儀的儀器來(lái)研究。

 

  1.5    金相分析

金相分析是一種常規(guī)的試驗(yàn)分析方法，它在失效分析中能提供被檢零件材料的大概種類，組織狀況，夾雜物的類型、級(jí)別和分布，相的類型、大小和分布。從檢出的顯微組織來(lái)推斷或證實(shí)被檢零件在制造過(guò)程中經(jīng)歷的工藝過(guò)程，以及執(zhí)行這些工藝是否存在異常；反映出失效件在工作條件下發(fā)生的腐蝕、磨損、氧化等，并可初步確定其程度。若失效上存在裂紋，通過(guò)光學(xué)金相，可以看出裂紋的形態(tài)、走向及裂紋兩側(cè)的顯微組織，從而判斷裂紋的性質(zhì)，提供失效件裂紋的產(chǎn)生原因。

 

  1.6    化學(xué)成分分析

在失效分析中，化學(xué)成分分析是必不可少的，它能為失效分析提供必要的信息，如由于選材錯(cuò)誤而造成失效，只需要用化學(xué)成分分析就能得到結(jié)果，如果零件因腐蝕而失效，通過(guò)腐蝕產(chǎn)物的成分分析就能大致推斷出可能接觸過(guò)哪些腐蝕性物質(zhì)。

 

 

  1.7    力學(xué)性能分析

對(duì)零部件進(jìn)行失效分析通常要測(cè)定材料的硬度和力學(xué)性能，由于硬度的測(cè)量簡(jiǎn)便易行，通常是最常用及最有用的力學(xué)性能分析手段之一，可以用于估計(jì)金屬材料的抗拉強(qiáng)度、熱處理是否符合要求，檢驗(yàn)由于過(guò)熱、脫碳、滲碳/氮和加工硬化等引起的軟化和硬化等。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度及硬度不足而引起的損壞例子并不多見，因此，力學(xué)性能檢查的目的主要是為了排除力學(xué)性能引起損壞的顧慮。

 

  1.8    綜合分析

綜合分析是根據(jù)調(diào)查研究情況、分析及檢查結(jié)果、資料和原始數(shù)據(jù)，對(duì)其加以整理、對(duì)比、提煉，得出證據(jù)充足的有規(guī)律的結(jié)論。以上分析遵循由此及彼、由表及里、去偽存真，由特殊性到普遍性，由個(gè)別到一般的加工、推理、總結(jié)、分析原則，對(duì)造成金屬構(gòu)件的失效原因進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。 

 

二.

案例介紹

 

  2.1    失效背景調(diào)查

冷拉拔SUS304鋼絲加工的彈簧在裝配使用一段時(shí)間后，在一側(cè)固定孔處斷裂。 

 

  2.2    斷口分析（宏觀及微觀分析）

為典型的扭轉(zhuǎn)疲勞斷口，斷口與軸向約呈45°，疲勞起始于與表面凹坑處，凹坑為磨損導(dǎo)致。

 

 

 

  2.3    金相分析

非金屬夾雜較少，金相組織為變形量極大的纖維組織，與正常樣品一致。

 

  2.4    硬度分析（力學(xué)性能分析）

與金相組織基本對(duì)應(yīng)，與正常樣品一致。

 

  2.5    化學(xué)成分分析

所用材料符合SUS304牌號(hào)要求。

 

  2.6    綜合分析

由分析得知，彈簧本身的質(zhì)量沒(méi)有異常，彈簧是由于疲勞斷裂導(dǎo)致的失效，疲勞起裂起始于表面的一個(gè)磨損導(dǎo)致的凹坑，結(jié)合彈簧恰好是在固定孔處斷裂的，這個(gè)凹坑應(yīng)該是在工作過(guò)程中與固定孔不斷磨損導(dǎo)致，所以與固定孔的磨損是導(dǎo)致本次失效的根本原因，需要從裝配及設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，以避免彈簧工作壽命的減少。