失效分析是一门发展中的新兴学科,近年开始从军工向普通企业普及。它一般根据失效模式和现象,通过分析和验证,模拟重现失效的现象,找出失效的原因,挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量,技术开发、改进,产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。
金属材料常见有断裂失效、变形失效、腐蚀失效分析和磨损失效四种。
失效分析意义:
1、减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生,保障产品质量,提高产品竞争力。
2、分析机械零件失效原因,为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。
3、为企业技术开发、技术改造提供信息,增加企业产品技术含量,从而获得更大的经济效益。
机械产品的失效是不以人们意志为转移的客观事实。一个机械系统、机械装置、甚至于简单机械零件,一旦失效,轻者丧失原有的功能,严重的甚至造成重大设备与人身伤亡事故,不仅造成重大经济损失而且会产生不良的社会影响。
机械产品的失效一般可分为非断裂失效与断裂失效两大类。非断裂失效一般包括磨损失效、腐蚀失效、变形失效及功能退化失效等。
断裂失效是机械产品*主要和*具危险性的失效,其分类比较复杂,一般有如下几种:
(1)按断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、沿晶断裂和疲劳断裂;
(2)按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂;
(3)按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。在失效分析实践中大都采用这种分类法。
断裂失效分析是从分析断口的宏观与微观特征入手,确定断裂失效模式,分析研究断口形貌特征与材料组织和性能、零件的受力状态以及环境条件(如温度、介质等)等之间的关系,揭示断裂失效机理、原因与规律,进而采取改进措施与预防对策。
韧性断裂失效分析
韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂,即零件断裂之前,在断裂部位出现较为明显的塑性变形。在工程结构中,韧性断裂一般表现为过载断裂,即零件危险截面处所承受的实际应力超过了材料的屈服强度或强度*限而发生的断裂。
工程材料的显微结构复杂,特定的显微结构在特定的外界条件(如载荷类型与大小,环境温度与介质)下有特定的断裂机理和微观形貌特征。金属零件韧性断裂的机理主要是滑移分离和韧窝断裂。
滑移分离:韧性断裂*显著的特征是伴有大量的塑性变形,而塑性变形的普遍机理是滑移,即在韧性断裂前晶体产生大量的滑移。过量的滑移变形会出现滑移分离,其微观形貌有滑移台阶、蛇形花样和涟波等。
韧窝断裂是金属韧性断裂的主要特征。韧窝又称作迭波、孔坑、微孔或微坑等。韧窝是材料在微区范围内塑性变形产生的显微空洞,经形核、长大、聚集,*后相互连接导致断裂后在断口表面留下的痕迹。
韧窝形貌(SEM) 金属零件韧性断裂失效分析依据:
(1) 断口宏观形貌粗糙,色泽灰暗,呈纤维状;边缘有与零件表面呈45°的剪切唇;断口附近有明显的塑性变形,如残余扭角、挠曲、变粗、缩颈和鼓包等。
(2) 断口上的微观特征主要是韧窝。
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