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1、目录第1章 绪论 1.1 失效分析的发展简况（1）1.2 失效分析的意义（2）1.3 本论文的主要工作内容（3）1.4 本论文的研究方法 （3）第章 失效分析的方法2.1 失效分析概况 （4） 2.1.1 失效分析的基本概念（4）2.1.2 失效的主要来源及模式 （4）2.2 常用失效分析方法及技术 （5） 2.2.1失效分析的思路 （5） 2.2.2常用失效分析技术 （6） 2.3系统分析方法 （9）2.4 本章小结 （10）第3章 MWM-V6型柴油机曲轴断裂原因分析 3.1 实验结果与分析（11）3.1.1 断裂宏观检查（11） 3.1.2 轴颈表面残余应力测定 （11） 3.2 讨论（
2、12）3.3 对改进柴油机曲轴质量的意见（13）3.4 本章小结（13）第4章 轴类零件失效的系统分析 4.1故障树分析法（14） 4.1.1 FTA的背景和基本概念（14）4.1.2 FTA的表示法（14）4.1.3FTA举例（14） 4.2 轴件失效地系统分析（16） 4.3 讨论 （28） 4.4 小结（28）结束语（30）参考文献（31）致谢信（32）摘 要本论文首先简要介绍了失效分析的基本概念、失效的主要来源及模式、常用的失效分析方法及技术和失效的系统分析方法。失效分析技术有感官检查诊断技术、痕迹发现技术、断口和裂纹分析技术、化学成分分析技术、性能测试技术、无损检验技术、宏观残余应力
3、测试。本论文对河南柴油机厂生产MWMV1型柴油机曲轴断裂进行了失效分析，MWMV12型柴油机曲轴断裂原因分析结果表明该曲轴材料的冶金缺陷是导致疲劳裂纹在正常工作应力下过早形成的原因。同时轴颈表面硬度不均匀，淬硬层分布不甚合理；工作过程中润滑条件较差，促进了曲轴的早期断裂。本文还利用系统分析方法中的故障树分析法描述了轴类零件断裂的各种可能原因，在工作过程中所受到的载荷进行系统的分析。 为曲轴断裂诊断知识的获取提供了实际知识库基础。关键词：曲轴；过热：过烧：断裂；故障树分析法； 知识库； 失较分析； 专家系统； 系统分析方法第一章 绪论1.1 失效分析的发展简况长期以来，人类在生产实践中不断与产品
4、失效作斗争，但失效分析仅作为零星、分散、宏观的经验世代相传。失效分析作为一种学科分支还是近半个世纪的事情。材料科学的兴起、先进测试技术的应用以及近代物理、化学等的全面发展，使得人们能够从微观方面阐明产品失效的本质、规律和原因。在此基础上，失效分析走上系统、综合、理论化的新阶段。近半个世纪所积累的失效分析知识与技术千百倍于人类前期有关知识的总和。但这种知识必然随着人类生产实践和科技进步而不断发展虽然由于科技的发展，产品在设计、生产、使用与维修上的技术改进，使得产品的可靠性日益提高，然而，失效事件并不会最终消失。而且，产品的自动化程度愈高、技术愈密集，一旦出现失效，造成的损失就愈严重。因此失效分析
5、将随着科技的高速发展显得更为重要。远在 1862年英国建立世界第一个蒸气锅炉监察局时，失效分析就被作为法律仲裁产品质量事故的技术判断手段。在1938-1945年间，美国质量管理学会发起 “失效废品检验规划”，号召生产企业把失效分析作为重要环节纳入质量管理系统。在四十年代末和五十年代初，为解决电子产品失效问题而发展起来的可靠性理论使失效分析进入到一个新的阶段。到六十年代，人们更开始了机械设备系统可靠性理论的研究。近年来，失效物理和失效分析在这种认识推动下，也得到了很大的重视和发展。失效分析推动科学技术进步，促进国民经济健康发展，提高机械产品质量，在国民经济中有重要作用和意义。早在远古时代，人们对
6、产况，失效就有了宏观认识。产品失效真正给人类带来严重的危害，则是从 100多年前的工业革命开始的。当蒸汽动力和大机器生产给人类社会带来巨大进步的同时，产品失效也给人类带来了前所未有的灾难性事故。因而1862年，英国建立了世界上第一个蒸汽锅炉监察局，把失效分析作为法律仲裁事故和提高产品质量的技术手段。随后，在工业化国家中，对失效产品进行分析的各种机构相继出现。随着科技的突飞猛进，系统和设备日益复杂，功能不断提高，其不可靠和不安全因素增多，导致故障的原因也增多，因而对故障的分析研究工作亦越来越受到世界各国的关注。工业的发展、技术的进步正是人们不断与产品失效做斗争的结果，这在航空和航天事业的发展史中
7、表现尤为突出。因为即使航天飞机这么先进的运载工具也可能发生故障，如美国的价值 12亿美元的“挑战者”号航天飞机，在1986年1月28日第11次升空时突然爆炸，使七名宇航员遭难，这一惨痛悲剧再次告诫人们忽视产品失效问题将带来灾难性的恶果。任何一次失效都可以看成是产品在服役条件下所做的一次最真实最可靠的科学试验的结果；通过失效分析判断失效模式，找出失效的原因和影响因素 （相关因素），也就找到了薄弱环节所在，从而可以改进有一关部门的工作，提高产品质量。1.2 失效分析的意义失效分析是可靠性工程的技术基础之一,是安全工程的重要技术保证之一；是维修工程的理论基础和指导依据；可产生巨大的经济效益和社会效益
8、。因而开展失效分析工作是非常有意义的，其重要性一般包括以下几个方面：1. 可以保证产品的可靠性，减少由于设备失效造成的人身伤亡和直接经济损失；2. 可以从中吸取大量经验教训以利制定和完善产品质量管理的有关文件、标准和规程，是产品质量管理的一个重要环节；3. 有助于及时 “吃透”国外先进技术，提高引进速度、质量和效率；4. 通过对进口设备的失效分析可以为向外商索赔提供依据或技术仲裁：5. 可以使设备维修工作建立在失效分析的基础上，从而取得良好的事故预防；6. 失效分析的结果也是现行技术规范、规程和标准的适用性的实地检验，可作为修订和制订文件的依据；7. 失效分析的统计资料是制订科技开发规划和经济
9、发展规划的重要依据，失效分析可以为各级人员正确处理现场技术问题提供科学的依据。在我国，由于长期的历史原因，现有设备超期服役带病运行相当普遍，有相当一部分设备存在着各种结构缺陷、工艺缺陷、加工缺陷、制造缺陷、材料缺陷和使用不当产生的裂纹或损伤腐蚀介质影响或长期超载运行等。若盲目使用这些设备而不及时采取措施进行监控和防预，必将发生事故。因而，为了尽量减少事故的发生，需要进行失效分析研究。目前国内关于失效分析方面的研究比较多，他们大多采用传统的宏观、微观分析法对失效原因进行分析。本文首先也将采用宏观、微观分析法分析两根曲轴的断裂原因，另外，本文还将尝试利用FTA这一系统分析法进行失效分析。某厂从德国
10、引进了 MWM 柴油机生产技术。近几年，该厂生产的MWM柴油机曲轴陆续发生断裂事故，先后有20来根MWM柴油机曲轴在使用过程中发生断裂。这是一个重大的产品质量问题，不仅给该厂造成了严重的经济损失，还对该厂的市场销售、质量信誉产生不良影响，因而需要尽快解决这一问题。本课题就是在这个工程背景下，受该厂委托，试图对其中两根断轴进行失效分析，以期找到失效的真正原因。本课题的主要工作内容和研究方法。1.3 本论文的主要工作内容1某厂生产的一根MWM-V6型柴油机曲轴发生断裂，本文运用宏、微观方法对之进行失效分析，给出其断裂的原因。2另一根MWM V-12型柴油机曲轴也发生了断裂，本文运用宏、微观方法对之
11、进行失效分析，给出其断裂的原因。3本文还利用故障树分析法对轴类零件的断裂原因进行系统分析，并给出轴类零件断裂原因的故障树，为其专家系统的建立提供故障树基础。1.4 本论文的研究方法本论文首先对MWM-V6及MWM-V12型柴油机曲轴的断口进行宏观观察，进而利用扫描电镜进行微观断口分析，并采用金相方法分析断口附近的夹杂物，然后利用扫描电镜所带的能谱仪测量夹杂物的成分，确证曲轴断裂的原因。通过各方面的学习,对曲轴工作过程中的受力情况和工作环境对曲轴失较的影响.本文还利用FTA这一系统分析法对轴类零件断裂的原因进行了系统分析。第章 失效分析的方法2.1 失效分析概况2.1.1 失效分析的基本概念所谓
12、失效，按照国家标准 GB3187A2可靠性基本词术语及定义，就是：“产品丧失规定的功能，对可恢复产品通常也称故障11m。为了研究失效的原因，确定失效的模式或机理，并采取补救或预防措施以防止失效再度发生的技术活动与管理活动，叫作 “失效分析”。因此失效分析是可靠性工程的重要组成部分，也是保证产品可靠性而需建立的反馈系统的重要环节。失效分析是一门涉及系统分析、系统安全生产、设计、材料力学、断裂力学、断裂物理、断口学、材料学、测试技术、金属学、金属工艺、强度计算、产品质量全面管理等众多领域的综合学科，它包括三个方面： 1事前故障的预测技术，如可靠度计算、故障率评价和可靠性分析法（故障树分析FTA，故
13、障模式和影响分析FMEA，事件树分析ETA等）；2事中故障诊断技术 （应力定量化技术、故障检测及故障征兆诊断技术、设备或系统强度、故障性能定量化及劣化定量化技术等）；3事后失效分析 （寿命预测技术、故障机理、失效模式的测定技术、失效评定的标准、维修技术等）。上述事后失效分析也即是失效分析或故障分析，是指事故或故障发生后的检测和分析，以便找到失效的部位、原因和机理；掌握产品的改进线索或修复方法，防止问题重复发生。近年来，失效分析工作还注意了反馈与发展，在工况与质量上做了不少工作，从事前分析、事后预防发展到事中监控。2.1.2 失效的主要来源及模式失效经常是由多方面原因造成的，其主要来源包括设计、
14、选材、材料缺陷、制造工艺、再加工、组装、检查、试验、质量控制、贮运、工作条件、维修和工作中预先未暴露的过载以及机械的或化学的损伤等。1.设计上的缺点：机械缺口、改变设计、零件的升级使用2.金属部件的各种失效模式 （1）过量变形:力和温度或者力或温度引起弹性变形；屈服；压痕：蠕变：冲击变形（2）表面损伤:粘着磨损；磨粒磨损：腐蚀磨损：形变磨损：冲击磨损：f. 微振磨损；g.阵接触疲劳磨损：.剥落；（3）腐蚀:a均匀腐蚀：b缝隙腐蚀：c电池作用腐蚀：d点腐蚀；e品间腐蚀：f选择浸出：g冲蚀：气蚀：氢损伤：生物腐蚀；应力腐蚀；微振腐蚀3断裂（1）延性断裂（2）脆性断裂（3）冲击断裂4疲劳断裂 高温疲劳；高周疲劳；。低周疲劳；热疲劳；接触疲劳；
