【正文】 部位的顯微組織為較細(xì)小的奧氏體。在腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。材料為4Cr25Ni20，離心澆鑄管。焊縫處進行了車削加工。晶界出現(xiàn)塊狀和條狀碳化物。組織惡化使材料高溫性能大大減低，導(dǎo)致斷裂。據(jù)了解，下擺臂采用45號鋼制造。電鏡觀察及分析 組織為鐵素體和珠光體，鐵素體呈網(wǎng)狀分布。結(jié)論 （1）下擺臂沒有經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，組織為索氏體＋網(wǎng)狀鐵素體。下擺臂強度較低，造成斷裂。 （3）材料改為強韌性較好的40Cr鋼。皮帶輪邊緣還出現(xiàn)一個小缺口。斷口1和斷口2有疲勞破斷的條紋，此兩斷口為疲勞斷裂。 （3）輻條1連接在輪轂上的部分將連接外緣的部分撞斷。（2）對斷口進行電鏡觀察、分析，確定皮帶輪疲勞裂紋產(chǎn)生的原因。載重汽車前橋一般用鋼材整體經(jīng)鍛造制成，不應(yīng)有焊縫存在。該前橋存在嚴(yán)重質(zhì)量問題。其顯微組織基本正常。焊縫區(qū)還存在氣孔。前橋在焊接處發(fā)生斷裂。案例17 汽車車輪固定螺栓失效分析低倍斷口分析斷口進行仔細(xì)清洗，在視頻顯微分析儀下觀察。硬度測定 用洛氏硬度機測定硬度： 平均值為32HRC（298HB）。 顯微分析 螺栓組織是回火索氏體。熱處理后進行拉伸試驗和沖擊試驗。 （4）建議更換鋼材，采用強韌性更高的鋼材，如40CrNiMo鋼，但成本增加。觀察分析制動摩擦片嚴(yán)重炭化，制動摩擦片嚴(yán)重磨損。 預(yù)防措施 （1）貨車嚴(yán)禁超載運行。一端接制動鼓，另一端用固定銷固定在后橋殼上。金相組織分析 金相組織為F+P+T。硬度測定 半軸套管表面平均硬度為24HRC。失效原因 該半軸套管組織不正常，硬度偏低，導(dǎo)致材料強度降低。斷裂部位距球頭5mm處。斷口呈現(xiàn)貝殼狀條紋。滲碳、淬火、回火后，抗拉強度為1430MPa。瞬斷區(qū)為韌窩狀斷口。改進措施 1）采用碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的20CrMnTi鋼，增加其強度。避免擠壓力過大產(chǎn)生嚴(yán)重溝槽。硬度170220HB。組織分析與硬度測定 柱塞體與柱塞頭顯微組織正常，硬度正常。柱塞體端部孔邊角切削柱塞頭凹面，產(chǎn)生犁削磨損。案例22 高空膜盒磨損失效分析 高空膜盒工作狀況分析成分分析(1)母材用能譜儀分析化學(xué)成分。顯微組織分析軸表面組織為鍍鉻層，基體為奧氏體。磨損形貌觀察套表面磨損形貌高空膜盒磨損失效分析 微動磨損。力學(xué)性能抗拉強度σb 伸長率δ5 硬度 沖擊韌度ak /MPa /% HRC kgm/cm2 192 53 192 54 191 53 193 54 要求160180 ≥9 4751 ≥6抗拉強度、硬度過高，韌性不夠。斷裂源位于螺栓孔內(nèi)壁。 3）當(dāng)日氣溫低，易發(fā)生脆性斷裂。需要耐沖擊性高、耐疲勞性好、耐磨性高。宏觀觀察 斷口光潔細(xì)密，呈疲勞斷口特征，有疲勞條紋?？v截面上有流線。斷口附近存在裂紋。組織中存在嚴(yán)重帶狀組織。 3）活塞表面非正常磨損，溫度過高，表面已經(jīng)在較高溫度回火，強度降低。不但有利于機加工，同時為滲碳做準(zhǔn)備。使用中被拉斷。 （2）孔拉長，拉斷，有明顯的塑性變形。（3）在腰子孔內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋，破斷。改進措施 （1）改進設(shè)計，把調(diào)質(zhì)處理后的硬度提高到2835HRC。由水淬改為油淬，避免淬火微裂紋。案例26 流動式起重機方向臂斷裂失效分析事故概況 起重機左前方向臂斷裂。方向臂頂端斷裂部分殘留于鎖緊螺母內(nèi)。右前方向臂的安裝基本正確。左前方向臂斷口距螺紋部分根部約25mm處。焊點斷裂面陳舊，該焊接點斷裂時間較早。說明4個斷口不是同一時間斷裂。左前車輪失去控制，導(dǎo)致車輛失控，發(fā)生事故。顯微分析板面有大量撞擊坑和顯微翻皮，并有大量微裂紋。建議 采用堆焊碳化鎢、熱噴涂鎳基或鈷基合金，采用高鉻耐磨鑄鐵。經(jīng)檢查墊片已經(jīng)脫落。發(fā)現(xiàn)僅運行2340小時，葉片表面有大小裂紋百余條，其中最長達(dá)100mm。沖擊韌度很低。發(fā)動機運行時墊片焊點脫開，墊片脫落。 （2）改進機構(gòu)設(shè)計，提高加工精度，保證安裝質(zhì)量。 多根管子在焊縫20鋼管端部爆裂。組織為鐵素體+珠光體，珠光體中滲碳體已球化。其室溫抗拉強度為355MPa。 管子長期受高溫作用，20鋼珠光體嚴(yán)重球化，強度降低，高溫蠕變加劇。九、其他機械零件失效分析案例30 摩擦焊接鉆桿焊縫斷裂失效分析 現(xiàn)場調(diào)研鉆桿接頭材料為40CrMnMo, 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理?，F(xiàn)場無測溫控溫裝置。焊縫表面可見殘存的粗車刀痕。 母材的金相顯微組織母材的金相顯微組織為回火索氏體, 晶粒度為7～8級。 （2）顯微硬度 白色區(qū)間顯微硬度為183～ , 黑色區(qū)間顯微硬度為216～ 。較深色的回火索氏體區(qū)域顯微硬度為236～, 白色條狀物的顯微硬度為890～。斷裂面有許多平行相間的條紋, 具有疲勞斷口的特征。鉆桿焊縫斷裂原因分析 （1）接頭母材的顯微組織不均勻, 呈帶狀分布。（3）馬氏體(中碳)是一種脆性相。第十一章零件失效的預(yù)防零件失效的危害性很大，需要設(shè)法防止或推遲零件的失效。二、材料方面正確用材 所用材料機械性能必須達(dá)到設(shè)計要求。四、安裝調(diào)試方面精確安裝，認(rèn)真調(diào)試 嚙合傳動件(齒輪、桿、螺旋等)的間隙合適。 安裝后，進行必要的跑合。提高人的知識水平加強安全教育，加強使用和操作基本知識的培訓(xùn)。（2）截面形狀設(shè)計合理。如屈服強度、塑性、斷裂韌性、疲勞強度等。防止磨損失效的措施 （1）采用耐磨性高的材料， （2）改變材料的組織結(jié)構(gòu)，適度提高硬度。防止腐蝕失效的措施 （1）采用耐蝕性高的材料。預(yù)防機械零件過早失效，提高零件的耐磨性、耐蝕性、耐疲勞性等。在球墨鑄鐵活塞環(huán)、彈簧鋼活塞環(huán)表面鍍鉻，硬度800～900HV，耐磨性好。 應(yīng)用 機械設(shè)備的維修和強化 如滾動軸承的修理，軸頸、孔類零件的修理，平面、鍵槽的維修，模具表面強化。應(yīng)用：用于材料表面的強化、提高耐磨、耐蝕性，也可用于磨損件的表面修復(fù)。采用多弧離子鍍在高速鋼鉆頭表面得到TiN、TiAlN涂層，提高鉆頭耐磨性。 離子鍍 金屬靶接弧電源負(fù)電壓，在靶上進行電弧放電，電弧電流達(dá)105A/cm2～107A/cm2，金屬被蒸發(fā)，電離成為等離子狀態(tài)，在接有偏壓電源負(fù)電壓的基材上發(fā)生沉積。改善零部件的工藝性能 鋁電刷鍍堿銅可以實現(xiàn)鋁和其它金屬的釬焊等。電流方向由鍍筆流向工件時為正向電流，發(fā)生電沉積，稱正接。陽極板接直流電源的正極，鍍液中金屬離子在陰極上得到電子還原成金屬原子，工件表面得到電鍍層。（2）進行表面處理。 表面強化處理有利于降低磨料磨損、表面疲勞磨損、粘著磨損等的磨損率。 （2）防止超載。（4）防止超載。提高警惕，防止人為破壞具有一定的零件失效分析知識。 保證潤滑條件 定期進行檢修和必要的保養(yǎng)。 鉚焊結(jié)構(gòu)進行必要探傷檢驗，無缺陷。三、制造(工藝)方面 避免零件加工過程出現(xiàn)工藝缺陷。一、設(shè)計方面為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須精心設(shè)計，精心施工。改進措施 （1）接頭材料應(yīng)當(dāng)進行反復(fù)鍛造或擴散退火, 消除或削弱調(diào)質(zhì)件中的帶狀組織。合金成分微觀不均勻性和碳化物分布不均勻性保留下來。能譜成分分析, 其主要元素含量為: %Cr、%Mn、%Fe。條狀分布的馬氏體對焊縫的強韌性極其有害, 是不允許在焊縫中出現(xiàn)的。金相組織分析 接頭焊縫附近的金相組織, 由回火索氏體、少量回火屈氏體和白色條狀物組成。夾雜物含量合格母材的硬度測定 （1）洛氏硬度 用HR150型洛氏硬度計測定洛氏硬度值為31～36HRC, 平均值為34HRC。接頭母材成分分析 在遠(yuǎn)離焊縫部位取樣, 分析其化學(xué)成分。 初步認(rèn)為熱處理工藝存在問題, 造成鉆桿焊縫組織、性能低劣, 不能滿足使用要求。熱處理工藝為: 中頻淬火+中頻加熱回火。預(yù)防措施 （1）采用等厚等徑鋼管焊接，避免管壁減薄，應(yīng)力集中。說明管子強度嚴(yán)重下降。裂紋沿晶界擴展。鼓脹處表面有許多軸向裂紋。制造時先把20鋼管端部擴管，12Cr1MoV鋼管端部開坡口，進行對接焊接。葉片缺陷處產(chǎn)生裂紋，擴展斷裂，發(fā)生嚴(yán)重事故。鑄造缺陷嚴(yán)重。ak值2～。內(nèi)部存在嚴(yán)重的縮孔、夾雜、微裂紋等鑄造缺陷。 據(jù)了解葉片材料為2Cr13不銹鋼，鑄造成形。裂紋擴展，翻皮脫離板面成為磨屑。打擊板材料為ZG50Mn2鋼，磨損嚴(yán)重。結(jié)論焊點斷裂。此處的有效面積只有螺紋處截面的約54%，這是一個應(yīng)力集中的危險截面。方向臂錐體部分與轉(zhuǎn)向節(jié)內(nèi)錐孔不能達(dá)到緊密配合的要求。左前方向臂左邊有一環(huán)型焊縫，右邊有一單面焊縫。采用焊接方式進行固定，不符合工藝技術(shù)要求。 現(xiàn)場調(diào)查 左前方向臂離頂端約8mm處斷裂。 （4）保留部分拐角處部分材料，防止中頻淬火時局部尖角處溫度過高。 （2）嚴(yán)格控制熱處理工藝。（4）掉角與崩塊 中頻淬火時局部尖角處溫度過高，生成粗大馬氏體組織，回火不足，脆性大，沖擊破斷。%。設(shè)計調(diào)質(zhì)硬度：2633HRC中頻淬火低溫回火硬度：5258HRC，淬硬深度610mm。防止材料在使用過程中出現(xiàn)的不正?；鼗?。改進措施 1）原材料應(yīng)當(dāng)進行反復(fù)鍛造，消除帶狀組織。降低了強度。工作面拉傷部位已經(jīng)在較高溫度回火。 表面顯微組織為：回火馬氏體+帶狀分布的奧氏體。對橫截面、縱截面做酸浸試驗。設(shè)計資料查閱活塞材料：18CrMnMo2NiA主要熱處理：滲碳、淬火、低溫回火滲碳層深度：表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：%表面硬度：6063HRC心部硬度：3844HRC正常壽命：2000m化學(xué)成分分析化學(xué)成分合格。七、建筑機械零件失效分析 案例24 鑿巖機活塞斷裂失效分析 沖擊機械鑿巖機活塞在高壓空氣或者高壓油的作用下，高速沖擊釬桿，再通過釬桿將沖擊能作用到待破碎物體。失效原因分析 1）主梁材料抗拉強度、硬度過高，韌性不夠。表明加載速度極快。粗視分析收集飛機殘骸，發(fā)現(xiàn)飛機右側(cè)機翼主梁斷裂。顯微硬度測定軸表面顯微硬度：779HV軸心部顯微硬度：285HV套表面顯微硬度：402HV套心部顯微硬度：271HV材料及表面處理工藝分析結(jié)果（1）軸材料為1Cr18Ni9Ti， 表面進行鍍鉻處理。套表面成分與套母材基本相同。建議：柱塞體端部孔邊進行倒角，并研磨拋光。對磨屑進行能譜成分分析，主要是鋁青銅的成分，即柱塞頭的材料磨損。粗視分析柱塞體與柱塞頭在高速、高接觸壓應(yīng)力作用下工作。柱塞頭材料為青銅QAl1044。 3）改進球頭銷與球頭碗的結(jié)構(gòu)，配合緊密。 球頭銷在彎曲應(yīng)力作用下，在溝槽處出現(xiàn)微裂紋，裂紋擴展，發(fā)生疲勞斷裂。電鏡分析 裂紋產(chǎn)生于球頭銷表面嚴(yán)重磨損溝痕處。強度檢測 該球頭銷材料的抗拉強度為1200MPa。滲碳、淬火、回火。 改進措施：進行正確的調(diào)質(zhì)處理，確保顯微組織正常，保證硬度和強度達(dá)到要求。 該半軸套管不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。 正常組織應(yīng)是回火S。斷口平齊，呈疲勞斷裂特征。案例19 汽車后橋半軸套管斷裂失效分析現(xiàn)場調(diào)查 大客車后橋半軸套管斷裂，發(fā)生交通事故。制動過程中，制動摩擦片與制動鼓內(nèi)壁強烈摩擦產(chǎn)生高溫，使制動摩擦片逐漸炭化。案例18 制動摩擦片失效分析事故調(diào)查 貨車超載運行，在下坡山路上剎車失靈，撞上一輛大客車，兩輛車翻入路旁山溝中，造成嚴(yán)重人員傷亡。 （3）嚴(yán)格熱處理規(guī)范，防止過熱使材料的強度和韌性降低。 其斷裂的原因是夾雜物含量較高，熱處理后硬度較低，材料的強度和韌性不足。最小抗拉強度為1040 N/mm2。成分分析 用紅外吸收法測定螺栓材料的碳含量，用EDAX910075型能譜儀測定螺栓材料的其它化學(xué)成分。焊縫中存在裂縫、氣孔、焊渣，焊縫質(zhì)量低劣。該前橋存在嚴(yán)重質(zhì)量問題。焊縫區(qū)顯微組織：有大量的塊狀鐵素體和珠光體組成。顯微分析在斷口處用線切割機切取分析試件一塊，可以觀察到試件中包含有前橋基材、火焰切割熱影響區(qū)、焊縫區(qū)、焊縫熱影響區(qū)幾個不同的區(qū)間。 截面心部未進行焊接，僅在截面四周進行了焊接。宏觀分析斷裂面中心具有火焰切割后留下的形貌特征，四周為焊接區(qū)，焊縫已破斷。（5）輻條1撞擊皮帶輪邊緣，使邊緣破損。皮帶輪斷裂過程分析（1）在彎矩和剪切力以及震動的聯(lián)合作用下，皮帶輪輻條輻條2疲勞斷裂?？諝鈮嚎s機工作時，皮帶輪內(nèi)三根輻條受到彎矩和剪切力的聯(lián)合作用，并且承受強烈震動