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1、温度试验的失效机理与寿命试验高低温试验高低温试验主要验证产品在极值温度条件下是否发生变形或功能影响，是否可以正常运作。1 高低温试验的失效模式 高温条件下试件的失效模式产品所使用零件、材料在高温时可能发生软化、效能降低、特性改变、潜在破坏、氧化等现象。高温环境对产品的主要影响有： a. 填充物和密封条软化或融化；b. 润滑剂粘度降低，挥发加快，润滑作用减小； c. 电子电路稳定性下降，绝缘损坏；d. 加速高分子材料和绝缘材料老化，包括氧化、开裂、化学反应等； e. 材料膨胀造成机械应力增大或磨损增大。 低温条件下试件的失效模式产品所使用零件、材料在低温时可能发生龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变
2、等现象。低温环境对产品的主要影响有：a. 使材料发硬变脆； b. 润滑剂粘度增加，流动能力降低，润滑作用减小； c. 电子元器件性能发生变化； d. 水冷凝结冰；e. 密封件失效；f. 材料收缩造成机械结构变化。 产品的失效模式试验方法 模拟的实际使用情况 失效机理 产品可能失效模式高温存放（不带载）夏季高温环境，其他部件工作所产生的高温环境。由于较高的气温或其他邻近部件工作所产生的高温使产品表面发生变形，熔化，位移，装配位置改变，腐蚀速度加快等ZSK 浇注环氧树脂流动高温工作（带载）（包括TEE，EKP 热油试验，热启动等）由于自身工作发热所产生的高温环境由于较高的环境温度加上自身工作发热使
3、产品长期工作后在局部产生极端高温，使产品由内部开始发生的变形，熔化，位移，装配位置改变，腐蚀速度加快等，介质高温状态变化影响性能EKP 长期运转后烧蚀ZSK 长期工作后局部短路EKP 在热油中流量下降EKP 在热油中启动时间增加低温存放 冬季低温环境 由于低温使产品材料变脆，使产品表面发生开裂，韧性下降等低温工作（带载）（包括冬季低温环境 由于低温使产品材料变脆，零件工作时内部发热膨胀，使产品表面发生开裂，密KSZ 低温泄漏2TEE，EKP 冷启动等）封圈失效等2 高低温试验的试验参数确定 试验温度的确定试件在实际使用过程中的环境温度最大值定为试验的高温温度，实际使用过程中的最小值定为试验的低
4、温温度。 从常温到试验温度变化速率的确定在恒定高温或低温试验中温度由室温变化到试验指定温度时，温度变化速率应不超过 1/min，这样可以保证试件不受到由于温度快速变化而产生的影响。 试验持续的时间的确定在化学中一条常用的规律是在高温下反应的速度要快一些。这一规律被应用到技术中，以便进行加速试验，这也被称为阿仑尼斯方程。阿仑尼斯关系从数学上的表示为： eTKEaAF()1(试 验 室实 际式中数值：AF= 加速度系数Ea=激活能K=玻尔兹曼常数(8.6510-5ev/K)T 实际= 在实际负荷下的温度(绝对温度)T 试验室=在试验室负荷下的温度(绝对温度)为确定加速度系数激活能必须是已知的，对于
5、一般的电子元件经常采用的值是：Ea=0.44Ev产品低温或高温试验的持续时间应该在试验样品达到温度稳定后再开始计算。t = t 稳定 + to to 由上述计算产生，一般情况下，汽车零部件产品的温度试验继续时间都是依据汽车的使用寿命计算确定的。如规定汽车的使用寿命为 100000 公里，实际工作时间为 2500h。这样就可以根据阿仑尼斯方程来确定高温下的加速试验所需的时间。这样的寿命加速试验适用于由于温度造成产品腐蚀或影响化学反应速度造成产品失效的情况。计算实例：油泵支架总成高温浸泡试验持续时间计算：按上述公式取T 实际=20T 试验室=70计算可得 AF=12.5626如果设计寿命为 250
6、0 小时，则在 70条件下进行 199 小时（250012.5626 ）试验可以模拟实际 103年的使用寿命。即进行 220 次温度冲击试验可以模拟实际 10 年的使用寿命。t 稳定 试验样品在某一环境温度下达到温度稳定所需要的时间用以下方法确定：试验样品在某一环境温度中的温度变化大致符合指数规律，试件样品的温度变化值 )1(teTw其中：T W试件达到稳定温度时的温度变化值，单位t试验时间，单位 s试验样品在某一环境温度下达到温度稳定的时间约为热时间常数 的 35 倍，一般取 4 倍。t 稳定 = 4如果 T W 为试件达到稳定温度时的温度变化值，时间与试件样品的温度变化值的关系如下表：时间
7、 2 3 4 5试件温度变化值 0.632T W 0.865T W 0.950T W 0.982T W 0.993T W热时间常数 SGC其中：G质量，单位 gC比热，单位 J/(g)S散热面积，单位 cm2散热系数，单位 W/(cm2)对于形状比较复杂由多种材料组成的试件的散热系数通过计算较难确定，一般情况下通过试验来取得。温度变化试验温度变化试验主要测试产品反复承受温度极值的耐受力。1 温度变化试验的失效模式 温度变化对试件的影响温度变化试验主要用于评定一次或连续多次温度变化对试验样品的影响。在储存、运输或不工作状态，外界环境温度变化对内部元件的影响较外部元件小，内部元件所受到的温度变化是
8、逐渐变化的，外部元件所受到的温度变化是迅速变化的，如产品从温暖的室内搬到寒冷的室外；产品经强烈太阳照射后突然受到雨淋等。试验样品在温度变化时由于各部分的热膨胀系数不同，在试验样品内部将产生热应力。当高温和低温之间的转换时间越小时，试验样品所受到的热应力越大。体积较小的试件由于各部分温度易于均衡，在温度变化的过程中其所受的热应力要比大试件小得多。试验过程中温升和温降对试件的影响是不同的。由低温环境转到高温环境时，在试件上可能出现凝露或霜，会引起附加的应力。温度剧烈变化对产品的主要影响有：a. 使部件装配点或焊接点松动或脱落；4b. 使材料本身开裂；c. 电子元器件性能发生变化；d. 密封件失效造
9、成泄漏； 产品的失效模式试验方法 模拟的实际使用情况 失效机理 产品可能失效模式温度循环（不带载）自然界四季温度变化 由于温度变化使产品热胀冷缩，造成材料机械性能变差，装配位置变化温度循环（带载）自然界四季温度变化 由于温度变化使产品热胀冷缩，加上产品工作时产生的压力，热量等，造成装配位置变化等油泵支架调压阀座变形油泵烧蚀温度冲击 空调室内外温度差自然界四季温度变化（极端情况加速试验）由于温度快速变化使产品热胀冷缩，造成材料机械磨损，性能变差，装配位置变化，表面开裂等油泵支架油泵橡胶垫脱开ZSK 表面开裂2 温度变化试验的试验参数确定 温度变化的试验方法根据对试件考核要求的不同可将温度变化试验
10、分为温度循环试验和温度冲击试验。温度循环试验主要考核试件耐环境温度变化的能力和在温度变化期间的电气和机械的工作性能，温度冲击试验主要考核试件在温度急剧变化一定次数后的性能及材料耐抗性。 试验中高温温度与低温温度的确定试件在实际使用过程中的环境温度最大值定为试验的高温温度，实际使用过程中的最小值定为试验的低温温度。温度交变试验条件的确定 温度转换时间和温度变化速率的确定在温度冲击试验中温度变化参数为温度转换时间，温度转换时间越短对于试件的考核越严酷，可在以下数据中选取：10s；2030s ；23min对于较小的试件或要求较严时可取10s。在温度循环试验中温度变化参数为温度变化速率，温度变化速率应
11、根据实验样品在实际使用或储存过程中可能遇到的情况来确定。以下是一些常用参数：产品 升温速率 降温速率TEE 1 小时 1 小时KSZ 1.5 小时 1.5 小时ZSK 1 小时 1 小时 高温与低温暴露时间的确定暴露时间取决于试验样品达到周围空气温度时的热平衡时间，应根据试件的热时间常数来选择试样5暴露所需要的时间。对于较大的试验样品内部和表面的热时间常数可能相差很大，应选择最里面或最易损部分的热时间常数来确定。试验样品的热时间常数取决于周围空气的性质和运动速度。应在试验室实际环境条件下通过试验确定。暴露时间一般取 4 倍热时间常数值。可参考高低温试验中 t 稳定 的确定方法。 试验循环次数的
12、确定由于温度交变在试件中引起机械应力，导致随温度交变次数的增加试件内部振动的增加。在可靠性技术中适用以下经验求得的关系式：N（T） k =常数其中：N= 温度周期的次数 T=温度变化，即高温与低温的差值K =指数（取决于失效机理）上述的一般关系在有的参考文献中称为 Coffin-Manson 公式。可改写为如下形式：kfTN1221其中：N f1 = 至失效为止的周期次数（实际）Nf2 = 至失效为止的周期次数（试验） T1 = 温度变化（实际） T2 = 温度变化（试验）k= 对遭受交变负荷的、其变形在塑性范围内发生的金属为 2，对以塑料件为主的试件取 4。计算实例：油泵支架总成温度冲击循环次数计算：按上述公式取Nf1 =10*365*2(10 年，每年 365 天，每天 2 次冷起动)=7300T 1 =50-0=50T 2 =80-(-40)=120k=4计算可得 Nf2 =220即进行 220 次温度冲击试验可以模拟实际 10 年的使用寿命。
