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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2017-06-15 11:37
不同種類(lèi)的金屬材料和結(jié)構(gòu)件,在載荷、溫度、介質(zhì)等力學(xué)及環(huán)境因素作用下,經(jīng)常以磨損、腐蝕、斷裂、變形等方式失效。為了避免和預(yù)防事故發(fā)生,失效分析對(duì)新材料、新工業(yè)、新技術(shù)的發(fā)展。對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造技術(shù)改進(jìn)起著重要的作用。

1、什么是金屬失效分析?
金屬失效分析是指以宏觀表象特征和微觀過(guò)程機(jī)理為理論依據(jù),把失效對(duì)象、失效現(xiàn)象、失效環(huán)境分別加以考察,以獲取的客觀事實(shí)為證據(jù),全面應(yīng)用邏輯推理綜合分析的方法來(lái)判斷失效模式,并推斷失效原因,提出預(yù)防與糾正措施的技術(shù)與管理活動(dòng)。

2、失效分析的目的和意義
通過(guò)對(duì)失效件的分析,明確失效類(lèi)型、找出失效原因,采取改進(jìn)和預(yù)防措施,防止類(lèi)似的失效在設(shè)計(jì)壽命范圍內(nèi)再發(fā)生,對(duì)裝備及其構(gòu)件在以后的設(shè)計(jì)、選材、加工及使用都有指導(dǎo)意義。
1)減少和預(yù)防同類(lèi)機(jī)械零件的失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生,保障產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
2)分析機(jī)械零件失效原因,為事故責(zé)任認(rèn)定、裁定賠償責(zé)任、修改產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供科學(xué)依據(jù)。
2)為企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)改造提供信息,增加企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)含量,從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3、失效形式
1)彈性變形失效
當(dāng)應(yīng)力或溫度引起構(gòu)件可恢復(fù)的彈性變形大到足以妨礙裝備正常發(fā)揮預(yù)定的功能時(shí),就出現(xiàn)彈性變形失效。
2)塑性變形失效
當(dāng)受裁荷的構(gòu)件產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形大到足以妨礙裝備正常發(fā)揮預(yù)定的功能時(shí),就出現(xiàn)塑性變形失效。
3)脆性斷裂失效
構(gòu)件在斷裂之前沒(méi)有發(fā)生或很少發(fā)生宏觀可見(jiàn)的塑性變形的斷裂稱為脆性斷裂失效。
4)韌性斷裂失效
構(gòu)件在斷裂之前產(chǎn)生顯著的宏觀塑性變形的斷裂稱為韌性斷裂失效。
5)疲勞斷裂失效
構(gòu)件在交變載荷作用下,經(jīng)過(guò)一定的周期后所發(fā)生的斷裂稱為疲勞斷裂失效。
6)腐蝕失效
腐蝕是材料表面與服役環(huán)境發(fā)生物理或化學(xué)的反應(yīng),使材料發(fā)生損壞或變質(zhì)的現(xiàn)象,構(gòu)件發(fā)生的腐蝕使其不能發(fā)揮正常的功能則稱為腐蝕失效。腐蝕有多種形式,有均勻遍及構(gòu)件表面的均勻腐蝕和只在局部地方出現(xiàn)的局部腐蝕,局部腐蝕又有點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕疲勞等。
7)磨損失效
當(dāng)材料的表面相互接觸或材料表面與流體接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于物理和化學(xué)的作用,材料表面的形狀、尺寸或質(zhì)量發(fā)生變化的過(guò)程,稱為磨損。由磨損而導(dǎo)致構(gòu)件功能喪失,稱為磨損失效。磨損有多種形式,其中常見(jiàn)粘著磨損、磨料磨損、沖擊磨損、微動(dòng)磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。

4、失效分析程序
1) 接受任務(wù)明確目的要求
不管失效分析是何種目的,失效分析的宗旨都是找出失效的原因,避免同樣的失效事件再發(fā)生。對(duì)于不同目的要求的情況,失效分析的深度和廣度將會(huì)有很大的差別。
2)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)及收集背景資料
要收集的失效信息一般有兩類(lèi):一類(lèi)是已經(jīng)確認(rèn)能反映失效事故的過(guò)程和起因的現(xiàn)象和物質(zhì);一類(lèi)是估計(jì)可能用得著的物質(zhì)和值得進(jìn)一步分析的現(xiàn)象。
調(diào)查、訪問(wèn)和背景資料的收集:失效裝備的工作原理及運(yùn)行技術(shù)數(shù)據(jù)和有關(guān)的規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn);設(shè)計(jì)的原始依據(jù),如工作壓力、溫度、介質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力水平、安全系數(shù),預(yù)計(jì)壽命等;選材的依據(jù),如材料性能數(shù)據(jù)、焊縫系數(shù)等;材料的牌號(hào)、性能指標(biāo)、質(zhì)量保證書(shū)、供應(yīng)狀態(tài)時(shí)間等;加工、制造、裝配的技術(shù)文件,包括制造工藝的文件,工藝流程及實(shí)施記錄、檢驗(yàn)報(bào)告乃至無(wú)損檢驗(yàn)報(bào)告等;運(yùn)行記錄,包括工作壓力、溫度、介質(zhì)、時(shí)間、異常載荷及已運(yùn)行時(shí)間等;操作維修資料如操作規(guī)程、試車(chē)記錄、操作記錄、檢修記錄等。
3)失效件的保護(hù)、取樣及試樣清洗、保存
斷口保護(hù)主要是防止機(jī)械損傷或化學(xué)損傷。
對(duì)于機(jī)械損傷的防止,應(yīng)當(dāng)在斷裂事故發(fā)生后馬上把斷口保護(hù)起來(lái)。在搬運(yùn)時(shí)將斷口保護(hù)好,在有些信況下還需利用襯墊材料,盡量使斷口表面不要相互摩擦和碰撞。有時(shí)斷口上可能沾上一些油污或臟物,千萬(wàn)不可用硬刷于斷口,并避免用手指直接接觸斷口。
對(duì)于化學(xué)損傷的防止,主要是防止來(lái)自空氣和水或其他化學(xué)藥品對(duì)斷口的腐蝕。一般可采用涂層的方法,即在斷口上涂一層防腐物質(zhì),原則是涂層物質(zhì)不使斷口受腐蝕及易于被完全清洗掉。
為了全面地進(jìn)行失效分析,需要各種試樣,如力學(xué)性能試樣、化學(xué)分析試樣、斷口分析試樣、電子探針試樣、金相試樣、表面分析試樣和模擬試驗(yàn)用的試樣等。這些試樣要從有代表性的部位上截取,要對(duì)截取全部試樣有計(jì)劃安排。
清洗的目的是為了除去保護(hù)用的涂層和斷口上的腐蝕產(chǎn)物及外來(lái)沾污物如灰塵等。
4)失效件的觀察、檢測(cè)和試驗(yàn)
化學(xué)成分分析:包括對(duì)失效構(gòu)件金屬材料化學(xué)成分、環(huán)境介質(zhì)及反應(yīng)物、生成物、痕跡物等的化學(xué)成分的分析。 性能測(cè)試:力學(xué)性能包括構(gòu)件金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)及硬度等;化學(xué)性能包括金屬材料在所處環(huán)境介質(zhì)中的電極電位、極化曲線及腐蝕速率等;物理性能如環(huán)境介質(zhì)在所處工藝條件下的反應(yīng)熱、燃燒熱等。
無(wú)損檢測(cè): 采用物理的方法,在不改變材料或構(gòu)件的性能和形狀的條件下,迅速而可靠地確定構(gòu)件表面或內(nèi)部裂紋和其他缺陷的大小、數(shù)量和位置。金屬構(gòu)件表面裂紋及缺陷常用滲透法及電磁法檢測(cè);內(nèi)部缺陷則多用放射性檢測(cè),聲發(fā)射常用于動(dòng)態(tài)—無(wú)損檢測(cè),如探測(cè)裂紋擴(kuò)展情況。
組織結(jié)構(gòu)分析:包括構(gòu)件金屬材料表面和芯部的金相組織及缺陷。常用金相法分析金屬的顯微組織是否正常、有否存在晶粒粗大、脫碳、過(guò)熱、偏析等缺陷;夾雜物的類(lèi)型、大小、數(shù)量和分布;晶界上有無(wú)析出物,裂紋的數(shù)量、分布及其附近組織有無(wú)異常,是否存在氧化或腐蝕產(chǎn)物等。
殘余應(yīng)力測(cè)試及計(jì)算:構(gòu)件殘余應(yīng)力的測(cè)定是在無(wú)外加載荷的作用下進(jìn)行測(cè)定,目前多用X射線應(yīng)力測(cè)定法。
模擬試驗(yàn)就是設(shè)計(jì)一種試驗(yàn),使其絕大多數(shù)條件同失效件工況相同或相近,但改變其中某些不重要、且模擬價(jià)高、時(shí)間太長(zhǎng)、危險(xiǎn)太大的影響因素,看是否發(fā)生失效及失效的情況。
5)確定失效原因并提出改進(jìn)措施
正確判斷失效形式是確定失效原因的基礎(chǔ),但失效形式不等于失效原因。還要結(jié)合材料、設(shè)計(jì)、制造、使用等背景和現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)照查找。

來(lái)源:AnyTesting