【正文】 腐蝕氧化最嚴重的部位； 臺階高差最大處。韌性斷裂斷口（2）脆性斷裂 斷裂前無塑性變形。測量原理：用X光照射晶體，X光會被晶體衍射，出現(xiàn)衍射光。若零件內部有缺陷，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、水蒸氣及其它化學介質腐蝕破壞作用的能力稱耐腐蝕性。 熱導率越大, 導熱性越好。裂紋在應力作用下失穩(wěn)擴展，導致機件破斷。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。測量壓痕直徑, 計算硬度值。 （2）屈服極限（屈服強度）σs 金屬開始發(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 在拋光機上進行。 應在失效的部位取樣，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，測定失效件材料的化學成分。人的知識水平安全知識缺乏、使用和操作基本知識不夠。嚙合傳動件(齒輪、桿、螺旋等)的間隙不合適(過松或過緊)。三、制造(工藝)原因 工藝過程中產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環(huán)境中而發(fā)生的一種表面損耗。 ●受彎、扭的軸類零件，過大的彈性畸變量會造成軸上嚙合零件的嚴重偏載，嚙合失常，甚至咬死，導致傳動失效； 塑性畸變失效　 外加應力超過零件材料的屈服極限時發(fā)生明顯的塑性變形(永久變形)。二、零件失效分析工作內容判斷零件失效性質 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，導致機械不能工作，停工停產，造成重大經濟損失。 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，與其他零件的運轉發(fā)生干擾，導致零件失效?！袷芰︿摷苈N曲變形； ●殼體在高溫下形狀翹曲。 如結構設計不合理，或尺寸設計有誤，或材料設計錯誤，則機械設備或零件將不能使用或過早失效。熱處理產生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性。 五、運轉、維修原因　不正確的運轉工況 超載、超速導致零件失效。二、資料搜集設計資料 機械設計資料，零件圖材料資料 原材料檢測記錄工藝資料 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：先簡單后復雜，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 用水砂紙在預磨機上進行機械磨光。 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，透過試樣，投射到熒光屏或照相底片上，獲得圖象。包括強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。 （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。當應力低于一定值時, 試樣可以經受無限周期循環(huán)而不破壞, 此應力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強度)，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)來控制間隙尺寸； 在熱加工和熱處理時要考慮材料的熱膨脹影響, 減少工件變形和開裂。2. 面心立方晶格鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、γ 鐵( γFe, 912 ℃～1394 ℃)等。可以測出零件內部的缺陷或異質。七、應力分析技術材料內部存在殘余應力。 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生解理臺階。（4）蠕變斷裂 在高溫下鋼的強度較低，當受一定應力作用時，變形量隨時間而逐漸增大的過程，這種過程叫蠕變，產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)境因素引起的應力腐蝕裂紋、氫脆裂紋等。（5）疲勞裂紋長度法 疲勞裂紋長、疲勞弧線或疲勞條帶間距小的為主裂紋。局部應力超過材料的強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成分和顯微組織，腐蝕介質均勻包圍金屬表面。案例1 吉普車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。齒面磨損嚴重。結論 齒輪滲碳后空冷，再加熱淬火時加熱溫度不足，冷卻速度不夠。硬度提高，齒輪有足夠的強度和耐磨性。疲勞源在曲臂與主軸的過渡圓弧處。表明材料中有較高的氫。斷裂部位在軸頸沿曲柄約45o 截面開裂。石墨級別為3級，球徑大小為5級。 改進措施：提高軸頸與曲柄過渡圓角處表面加工質量，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。另一個斷口與軸線垂直，斷口周圍有老裂紋。車軸斷口心部存在嚴重縮孔、疏松和裂紋。在受到稍大沖擊力作用時發(fā)生快速斷裂。高溫下使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應力松弛，產生永久變形。 結論（1）板簧表面存在嚴重的熱加工缺陷折疊。達到氣動剎車的作用。 （3）斷裂部分斷口處材料已嚴重腐蝕。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。 裂紋擴展方向與該處所受拉應力的方向垂直。顯微分析觀察裂紋形態(tài)及擴展方向。該殼體材料的斷裂機制為一種包含沿晶(或相界)斷裂和穿晶斷裂兩種形式的混合斷裂。 (2) 顯微硬度測定白色塊狀物 條狀物 合金的硬度較低, 反映該合金的強度也較低, 只能用于對強度要求不高的鑄件。 b. 降低含鐵量, 進行良好的變質處理。溫度6070℃。高倍下觀察，爆裂部位的顯微組織為較細小的奧氏體。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號鋼制造。結論 （1）下擺臂沒有經過調質處理，組織為索氏體＋網狀鐵素體。 （3）材料改為強韌性較好的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）對斷口進行電鏡觀察、分析，確定皮帶輪疲勞裂紋產生的原因。該前橋存在嚴重質量問題。焊縫區(qū)還存在氣孔。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，采用強韌性更高的鋼材，如40CrNiMo鋼，但成本增加。 預防措施 （1）貨車嚴禁超載運行。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，導致材料強度降低。斷口呈現(xiàn)貝殼狀條紋。瞬斷區(qū)為韌窩狀斷口。避免擠壓力過大產生嚴重溝槽。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。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 微動磨損。斷裂源位于螺栓孔內壁。需要耐沖擊性高、耐疲勞性好、耐磨性高?？v截面上有流線。組織中存在嚴重帶狀組織。不但有利于機加工，同時為滲碳做準備。 （2）孔拉長，拉斷，有明顯的塑性變形。改進措施 （1）改進設計，把調質處理后的硬度提高到2835HRC。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。右前方向臂的安裝基本正確。焊點斷裂面陳舊，該焊接點斷裂時間較早。左前車輪失去控制，導致車輛失控，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)僅運行2340小時，葉片表面有大小裂紋百余條，其中最長達100mm。發(fā)動機運行時墊片焊點脫開，墊片脫落。 多根管子在焊縫20鋼管端部爆裂。其室溫抗拉強度為355MPa。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)場調研鉆桿接頭材料為40CrMnMo, 經調質處理。焊縫表面可見殘存的粗車刀痕。 （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 所用材料機械性能必須達到設計要求。 安裝后，進行必要的跑合。（2）截面形狀設計合理。防止磨損失效的措施 （1）采用耐磨性高的材料， （2）改變材料的組織結構，適度提高硬度。預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。 應用 機械設備的維修和強化 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。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。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。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。 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。（4）防止超載。 保證潤滑條件 定期進行檢修和必要的保養(yǎng)。三、制造(工藝)方面 避免零件加工過程出現(xiàn)工藝缺陷。改進措施 （1）接頭材料應當進行反復鍛造或擴散退火, 消除或削弱調質件中的帶狀組織。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 在遠離焊縫部位取樣, 分析其化學成分。熱處理工藝為: 中頻淬火+中頻加熱回火。說明管子強度嚴重下降。鼓脹處表面有許多軸向裂紋。葉片缺陷處產生裂紋，擴展斷裂，發(fā)生嚴重事故。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，磨損嚴重。此處的有效面積只有螺紋處截面的約54%，這是一個應力集中的危險截面。左前方向臂左邊有一環(huán)型焊縫，右邊有一單面焊縫。 現(xiàn)場調查 左前方向臂離頂端約8mm處斷裂。 （2）嚴格控制熱處理工藝。%。防止材料在使用過程中出現(xiàn)的不正常回火。降低了強度。 表面顯微組織為：回火馬氏體+帶狀分布的奧氏體。設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：表面碳質量分數(shù)：%表面硬度：6063HRC心部硬度：3844HRC正常壽命：2000m化學成分分析化學成分合格。失效原因分析 1）主梁材料抗拉強度、硬度過高，韌性不夠。粗視分析收集飛機殘骸，發(fā)現(xiàn)飛機右側機翼主梁斷裂。套表面成分與套母材基本相同。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。柱塞頭材料為青銅QAl1044。 球頭銷在彎曲應力作用下，在溝槽處出現(xiàn)微裂紋，裂紋擴展，發(fā)生疲勞斷裂。強度檢測 該球頭銷材料的抗拉強度為1200MPa。 改進措施：進行正確的調質處理，確保顯微組織正常，保證硬度和強度達到要求。 正常組織應是回火S。案例19 汽車后橋半軸套管斷裂失效分析現(xiàn)場調查 大客車后橋半軸套管斷裂，發(fā)生交通事故。案例18 制動摩擦片失效分析事故調查 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，材料的強度和韌性不足。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成分。該前橋存在嚴重質量問題。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。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。皮帶輪斷裂過程分析（1）在彎矩和剪切力以及震動的聯(lián)