【正文】 腐蝕氧化最嚴(yán)重的部位； 臺(tái)階高差最大處。韌性斷裂斷口（2）脆性斷裂 斷裂前無(wú)塑性變形。測(cè)量原理：用X光照射晶體，X光會(huì)被晶體衍射，出現(xiàn)衍射光。若零件內(nèi)部有缺陷，磁粉分布不均勻，局部地方分布出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。 每種物質(zhì)具有自己唯一的衍射圖象。 光譜分析法能譜分析法 耐腐蝕性 金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其它化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱耐腐蝕性。 熱導(dǎo)率越大, 導(dǎo)熱性越好。裂紋在應(yīng)力作用下失穩(wěn)擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件破斷。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積 S0 , 即得到材料的沖擊韌度 ak。測(cè)量壓痕直徑, 計(jì)算硬度值。 （2）屈服極限（屈服強(qiáng)度）σs 金屬開(kāi)始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。溶去塑料膜，得到具有試樣表面形貌的碳膜。（1）掃描電子顯微鏡。 拋光 在拋光機(jī)上進(jìn)行。 應(yīng)在失效的部位取樣，并在完好的部位取樣，以便作比較性的分析。失效件材料的成分分析用光譜儀、能譜儀等現(xiàn)代分析儀器，測(cè)定失效件材料的化學(xué)成分。人的知識(shí)水平安全知識(shí)缺乏、使用和操作基本知識(shí)不夠。嚙合傳動(dòng)件(齒輪、桿、螺旋等)的間隙不合適(過(guò)松或過(guò)緊)。三、制造(工藝)原因 工藝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷是零件失效的重要原因。四、腐蝕失效　 腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種表面損耗。 ●受彎、扭的軸類(lèi)零件，過(guò)大的彈性畸變量會(huì)造成軸上嚙合零件的嚴(yán)重偏載，嚙合失常，甚至咬死，導(dǎo)致傳動(dòng)失效； 塑性畸變失效　 外加應(yīng)力超過(guò)零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形(永久變形)。二、零件失效分析工作內(nèi)容判斷零件失效性質(zhì) 畸變失效、斷裂失效、磨損失效、腐蝕失效。 例：冷沖模具磨損失效零件失效，導(dǎo)致機(jī)械不能工作，停工停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。 第三章零件失效形式一、 畸變失效 　 尺寸畸變或體積畸變(長(zhǎng)大或縮小) 形狀畸變(如彎曲或翹曲) 發(fā)生畸變的零件不能承受所規(guī)定載荷，不能起到規(guī)定的作用，與其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生干擾，導(dǎo)致零件失效。●受力鋼架翹曲變形； ●殼體在高溫下形狀翹曲。 如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，或尺寸設(shè)計(jì)有誤，或材料設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，則機(jī)械設(shè)備或零件將不能使用或過(guò)早失效。熱處理產(chǎn)生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性。 五、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修原因　不正確的運(yùn)轉(zhuǎn)工況 超載、超速導(dǎo)致零件失效。二、資料搜集設(shè)計(jì)資料 機(jī)械設(shè)計(jì)資料，零件圖材料資料 原材料檢測(cè)記錄工藝資料 加工工藝流程卡、裝配圖使用資料 維修記錄，使用記錄等三、失效分析工作流程原則：先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，先宏觀后微觀。 包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕、觀察、分析等工序。 磨制 用水砂紙?jiān)陬A(yù)磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械磨光。 鋼和鑄鐵：硝酸酒精溶液 不銹鋼：氯化鐵鹽酸水溶液 銅合金：過(guò)硫酸銨水溶液 鋁合金：氫氟酸鹽酸水溶液 觀察，分析 在金相顯微鏡下觀察，分析金屬內(nèi)部的顯微組織。（2）透射電子顯微鏡以電子束作照明光源，用電磁透鏡聚焦，透過(guò)試樣，投射到熒光屏或照相底片上，獲得圖象。包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度等。 （2）斷面收縮率（ψ） 試樣拉斷后, 縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。 材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為沖擊韌性。當(dāng)應(yīng)力低于一定值時(shí), 試樣可以經(jīng)受無(wú)限周期循環(huán)而不破壞, 此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強(qiáng)度)，用σ1 表示。 重金屬, 如鐵、鉛、鎢等。 軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來(lái)控制間隙尺寸； 在熱加工和熱處理時(shí)要考慮材料的熱膨脹影響, 減少工件變形和開(kāi)裂。2. 面心立方晶格鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、γ 鐵( γFe, 912 ℃～1394 ℃)等?？梢詼y(cè)出零件內(nèi)部的缺陷或異質(zhì)。七、應(yīng)力分析技術(shù)材料內(nèi)部存在殘余應(yīng)力。 ①宏觀特征 宏觀變形方式為頸縮，典型斷口為杯錐狀斷口，底部成纖維狀剪切斷口，其平面和拉伸軸大致成45176。 在不同高度的平行解理面之間產(chǎn)生解理臺(tái)階。（4）蠕變斷裂 在高溫下鋼的強(qiáng)度較低，當(dāng)受一定應(yīng)力作用時(shí)，變形量隨時(shí)間而逐漸增大的過(guò)程，這種過(guò)程叫蠕變，產(chǎn)生的斷裂叫做蠕變斷裂。使用中出現(xiàn)的裂紋：冷熱疲勞裂紋、蠕變裂紋、熱脆裂紋，環(huán)境因素引起的應(yīng)力腐蝕裂紋、氫脆裂紋等。（5）疲勞裂紋長(zhǎng)度法 疲勞裂紋長(zhǎng)、疲勞弧線或疲勞條帶間距小的為主裂紋。局部應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限所引起的裂紋，裂紋處具有明顯的塑性變形痕跡。犁削磨損 硬材料表面的微凸點(diǎn)切削較軟材料的表面，在較軟材料的表面形成犁溝。被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕介質(zhì)均勻包圍金屬表面。案例1 吉普車(chē)變速箱齒輪斷裂失效分析粗視分析 變速箱齒輪用40Cr鋼制造，熱處理為850860氣體氰化，爐冷到830后油淬，200回火。齒根部的斷裂韌性低。齒面磨損嚴(yán)重。結(jié)論 齒輪滲碳后空冷，再加熱淬火時(shí)加熱溫度不足，冷卻速度不夠。硬度提高，齒輪有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。疲勞源在曲臂與主軸的過(guò)渡圓弧處。表明材料中有較高的氫。斷裂部位在軸頸沿曲柄約45o 截面開(kāi)裂。石墨級(jí)別為3級(jí)，球徑大小為5級(jí)。 改進(jìn)措施：提高軸頸與曲柄過(guò)渡圓角處表面加工質(zhì)量，降低表面粗糙度。微觀分析 油道孔口與其倒角圓錐面交界處存在加工毛刺與刀痕。失效原因油道孔口與其倒角圓錐面交界處存在加工毛刺與刀痕。另一個(gè)斷口與軸線垂直，斷口周?chē)欣狭鸭y。車(chē)軸斷口心部存在嚴(yán)重縮孔、疏松和裂紋。在受到稍大沖擊力作用時(shí)發(fā)生快速斷裂。高溫下使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。 結(jié)論（1）板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷折疊。達(dá)到氣動(dòng)剎車(chē)的作用。 （3）斷裂部分?jǐn)嗫谔幉牧弦褔?yán)重腐蝕。彈簧絲局部截面大大減少，材料變脆，發(fā)生斷裂。宏觀觀察殼體裂紋數(shù)量多。建議更換抗蝕性能較好的材料。 裂紋擴(kuò)展方向與該處所受拉應(yīng)力的方向垂直。顯微分析觀察裂紋形態(tài)及擴(kuò)展方向。該殼體材料的斷裂機(jī)制為一種包含沿晶(或相界)斷裂和穿晶斷裂兩種形式的混合斷裂。 (2) 顯微硬度測(cè)定白色塊狀物 條狀物 合金的硬度較低, 反映該合金的強(qiáng)度也較低, 只能用于對(duì)強(qiáng)度要求不高的鑄件。 b. 降低含鐵量, 進(jìn)行良好的變質(zhì)處理。溫度6070℃。高倍下觀察，爆裂部位的顯微組織為較細(xì)小的奧氏體。材料為4Cr25Ni20，離心澆鑄管。晶界出現(xiàn)塊狀和條狀碳化物。據(jù)了解，下擺臂采用45號(hào)鋼制造。結(jié)論 （1）下擺臂沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，組織為索氏體＋網(wǎng)狀鐵素體。 （3）材料改為強(qiáng)韌性較好的40Cr鋼。斷口1和斷口2有疲勞破斷的條紋，此兩斷口為疲勞斷裂。（2）對(duì)斷口進(jìn)行電鏡觀察、分析，確定皮帶輪疲勞裂紋產(chǎn)生的原因。該前橋存在嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。焊縫區(qū)還存在氣孔。案例17 汽車(chē)車(chē)輪固定螺栓失效分析低倍斷口分析斷口進(jìn)行仔細(xì)清洗，在視頻顯微分析儀下觀察。 顯微分析 螺栓組織是回火索氏體。 （4）建議更換鋼材，采用強(qiáng)韌性更高的鋼材，如40CrNiMo鋼，但成本增加。 預(yù)防措施 （1）貨車(chē)嚴(yán)禁超載運(yùn)行。金相組織分析 金相組織為F+P+T。失效原因 該半軸套管組織不正常，硬度偏低，導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低。斷口呈現(xiàn)貝殼狀條紋。瞬斷區(qū)為韌窩狀斷口。避免擠壓力過(guò)大產(chǎn)生嚴(yán)重溝槽。組織分析與硬度測(cè)定 柱塞體與柱塞頭顯微組織正常，硬度正常。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。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(dòng)磨損。斷裂源位于螺栓孔內(nèi)壁。需要耐沖擊性高、耐疲勞性好、耐磨性高?？v截面上有流線。組織中存在嚴(yán)重帶狀組織。不但有利于機(jī)加工，同時(shí)為滲碳做準(zhǔn)備。 （2）孔拉長(zhǎng)，拉斷，有明顯的塑性變形。改進(jìn)措施 （1）改進(jìn)設(shè)計(jì)，把調(diào)質(zhì)處理后的硬度提高到2835HRC。案例26 流動(dòng)式起重機(jī)方向臂斷裂失效分析事故概況 起重機(jī)左前方向臂斷裂。右前方向臂的安裝基本正確。焊點(diǎn)斷裂面陳舊，該焊接點(diǎn)斷裂時(shí)間較早。左前車(chē)輪失去控制，導(dǎo)致車(chē)輛失控，發(fā)生事故。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。發(fā)現(xiàn)僅運(yùn)行2340小時(shí)，葉片表面有大小裂紋百余條，其中最長(zhǎng)達(dá)100mm。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)墊片焊點(diǎn)脫開(kāi)，墊片脫落。 多根管子在焊縫20鋼管端部爆裂。其室溫抗拉強(qiáng)度為355MPa。九、其他機(jī)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(chǎng)調(diào)研鉆桿接頭材料為40CrMnMo, 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。焊縫表面可見(jiàn)殘存的粗車(chē)刀痕。 （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～ 。斷裂面有許多平行相間的條紋, 具有疲勞斷口的特征。（3）馬氏體(中碳)是一種脆性相。二、材料方面正確用材 所用材料機(jī)械性能必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 安裝后，進(jìn)行必要的跑合。（2）截面形狀設(shè)計(jì)合理。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。預(yù)防機(jī)械零件過(guò)早失效，提高零件的耐磨性、耐蝕性、耐疲勞性等。 應(yīng)用 機(jī)械設(shè)備的維修和強(qiáng)化 如滾動(dòng)軸承的修理，軸頸、孔類(lèi)零件的修理，平面、鍵槽的維修，模具表面強(qiáng)化。采用多弧離子鍍?cè)诟咚黉撱@頭表面得到TiN、TiAlN涂層，提高鉆頭耐磨性。改善零部件的工藝性能 鋁電刷鍍堿銅可以實(shí)現(xiàn)鋁和其它金屬的釬焊等。陽(yáng)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。 表面強(qiáng)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。（4）防止超載。 保證潤(rùn)滑條件 定期進(jìn)行檢修和必要的保養(yǎng)。三、制造(工藝)方面 避免零件加工過(guò)程出現(xiàn)工藝缺陷。改進(jìn)措施 （1）接頭材料應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反復(fù)鍛造或擴(kuò)散退火, 消除或削弱調(diào)質(zhì)件中的帶狀組織。能譜成分分析, 其主要元素含量為: %Cr、%Mn、%Fe。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。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。熱處理工藝為: 中頻淬火+中頻加熱回火。說(shuō)明管子強(qiáng)度嚴(yán)重下降。鼓脹處表面有許多軸向裂紋。葉片缺陷處產(chǎn)生裂紋，擴(kuò)展斷裂，發(fā)生嚴(yán)重事故。ak值2～。 據(jù)了解葉片材料為2Cr13不銹鋼，鑄造成形。打擊板材料為ZG50Mn2鋼，磨損嚴(yán)重。此處的有效面積只有螺紋處截面的約54%，這是一個(gè)應(yīng)力集中的危險(xiǎn)截面。左前方向臂左邊有一環(huán)型焊縫，右邊有一單面焊縫。 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 左前方向臂離頂端約8mm處斷裂。 （2）嚴(yán)格控制熱處理工藝。%。防止材料在使用過(guò)程中出現(xiàn)的不正常回火。降低了強(qiáng)度。 表面顯微組織為：回火馬氏體+帶狀分布的奧氏體。設(shè)計(jì)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。失效原因分析 1）主梁材料抗拉強(qiáng)度、硬度過(guò)高，韌性不夠。粗視分析收集飛機(jī)殘骸，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)右側(cè)機(jī)翼主梁斷裂。套表面成分與套母材基本相同。對(duì)磨屑進(jìn)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。柱塞頭材料為青銅QAl1044。 球頭銷(xiāo)在彎曲應(yīng)力作用下，在溝槽處出現(xiàn)微裂紋，裂紋擴(kuò)展，發(fā)生疲勞斷裂。強(qiáng)度檢測(cè) 該球頭銷(xiāo)材料的抗拉強(qiáng)度為1200MPa。 改進(jìn)措施：進(jìn)行正確的調(diào)質(zhì)處理，確保顯微組織正常，保證硬度和強(qiáng)度達(dá)到要求。 正常組織應(yīng)是回火S。案例19 汽車(chē)后橋半軸套管斷裂失效分析現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 大客車(chē)后橋半軸套管斷裂，發(fā)生交通事故。案例18 制動(dòng)摩擦片失效分析事故調(diào)查 貨車(chē)超載運(yùn)行，在下坡山路上剎車(chē)失靈，撞上一輛大客車(chē)，兩輛車(chē)翻入路旁山溝中，造成嚴(yán)重人員傷亡。 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(qiáng)度和韌性不足。成分分析 用紅外吸收法測(cè)定螺栓材料的碳含量，用EDAX910075型能譜儀測(cè)定螺栓材料的其它化學(xué)成分。該前橋存在嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。顯微分析在斷口處用線切割機(jī)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(gè)不同的區(qū)間。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。皮帶輪斷裂過(guò)程分析（1）在彎矩和剪切力以及震動(dòng)的聯(lián)