失效分析基础和程序3

《失效分析基础和程序3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《失效分析基础和程序3（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、3失效分析基本方法1 13.1失效分析的方法及程序失效分析的方法及程序相关性分析的思路及方法相关性分析的思路及方法 系统工程的分析思路及方法系统工程的分析思路及方法 数理统计分析思路及方法数理统计分析思路及方法 2 2相关性分析的思路及方法相关性分析的思路及方法 一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。 1. 按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法2. 根据产品的失效形式及失效模式分析的思路及方法根据产品的失效形式及失效模式分析的思路及方法 3. “四四M”分析思路及方法分析思路及

2、方法 3 31按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法 （1）审审查查设设计计 如如对对使使用用条条件件估估计计不不足足进进行行的的设设计计，标标准准选选用用不不当当，设设计计判判据据不不足足，高高应应力力区区有有缺缺口口，截截面面变变化化太太陡陡，缺缺口口或或凹凹倒倒角角半半径径过过小小及及表表面面加加工工质质量量要要求求过过低低等等均均可可能是致断因素。能是致断因素。 （2）材材料料分分析析 材材料料选选用用不不正正确确，热热处处理理制制度度不不合合理理，材材料料成成分分不不合合格格，夹夹杂杂物物超超级级，显显微微组组织织不不符符合合要要求求，材

3、材料料各向异性严重，冶金缺陷等。各向异性严重，冶金缺陷等。 （3）加加工工制制造造缺缺陷陷分分析析 铸铸、锻锻、焊焊、热热处处理理缺缺陷陷，冷冷加加工工缺缺陷陷，酸酸铣铣、电电镀镀缺缺陷陷，碰碰伤伤，工工序序间间锈锈蚀蚀严严重重，装装配配不当，异物混入及漏检等。不当，异物混入及漏检等。 （4）使使用用及及维维护护情情况况分分析析 超超载载、超超温温、超超速速，启启动动、停停车车频频繁繁或或过过于于突突然然，润润滑滑制制度度不不正正确确，润润滑滑剂剂不不合合格格，冷冷却却介介质质中中混混有有硬硬质质点点，未未按按时时维维修修保保养养，意意外外灾灾害害预预防防措措施施不完善等。不完善等。 4 42

4、. 根根据据产产品品的的失失效效形形式式及及失失效效模模式式分分析析的思路及方法的思路及方法 较较为为常常用用的的分分析析方方法法。一一个个具具体体的的零零件件失失效效后后，根根据据其其表表现现形形式式（过过量量变变形形、表表面面损损伤伤和和断断裂裂）进进一一步步分分析析失失效效模模式式，然然后后分分析析导导致致这这种种失失效效模模式式的的内内部部因因素素和和外外部部因因素素，最后找出失效的原因。最后找出失效的原因。 5 53. “3. “四四M”M”分析思路及方法分析思路及方法 所所谓谓“四四M”分分析析法法，是是指指将将Man（人人）、Machine（机机器器设设备备）、Media（环环境

5、境介介质质）和和Management（管管理理）作作为为一一个个统统一一的的系系统统进进行行分分析析的的方方法法。对对于于一一个个比比较较复复杂杂的的系系统统常常采采用用此此种种方方法法。依依此此分别进行如下四方面的分析工作。分别进行如下四方面的分析工作。 （1）操操作作人人员员情情况况的的分分析析 如如工工作作态态度度不不好好、责责任任心心不不强强、玩玩忽忽职职守守、主主观观臆臆断断和和违违章章作作业业等等不不安安全全行行为为以以及及缺缺乏乏经经验验、反反应应迟钝和技术低劣等局限性。迟钝和技术低劣等局限性。 （2）环环境境情情况况的的分分析析 主主要要指指的的是是产产品品在在使使用用状状态态

6、下下所所处处的的环环境境条条件件，如如载载荷荷状状态态、大大小小、方方向向的的变变化化。温温度度，湿湿度度，尘尘埃埃，是否存在腐蚀介质等。是否存在腐蚀介质等。 （3）设设备备情情况况的的分分析析 主主要要指指的的是是材材料料的的选选择择，结结构构设设计计，加工制信水平及安装、运输保护措施等。加工制信水平及安装、运输保护措施等。 （4）管理情况的分析）管理情况的分析 如缺乏适当的作业程序，保护措施不如缺乏适当的作业程序，保护措施不健全健全 ，辅助工作太差，使用的工具、设施不当，没有按规定的作，辅助工作太差，使用的工具、设施不当，没有按规定的作业程序操作，缺乏严格的维修保养制度等。业程序操作，缺乏

7、严格的维修保养制度等。 6 6失效系统工程分析法失效系统工程分析法 失失效效系系统统工工程程是是把把复复杂杂的的设设备备或或系系统统和和人人的的因因素素当当作作一一个个统统一一体体，运运用用数数学学方方法法和和计计算算机机等等现现代代化化工工具具，来来研研究究设设备备或或系系统统失失效效的的原原因因与与结结果果之之间间的的逻逻辑辑联联系系，并并计计算算出出设设备备或或系系统统失失效效与与部部件件之之间间的的定定量量关系。关系。7 7失效系统工程分析法主要类型失效系统工程分析法主要类型：（1 1）故障树分析法（简称）故障树分析法（简称FTAFTA法）法）（2 2）特征）特征因素图分析法因素图分析

8、法（3 3）事件时序树分析法（简称）事件时序树分析法（简称 ETAETA法）法）（4 4）故障率预测法）故障率预测法（5 5）失效模式及后果分析法（简称）失效模式及后果分析法（简称FMEAFMEA法）法）（6 6）模糊数学分析法）模糊数学分析法8 82 2故障树分析法故障树分析法 基本概念基本概念 故故障障树树分分析析法法是是美美国国委委记记贝贝尔尔电电话话研研究究所所于于1961年年首首先先提提出出来来的的。故故障障树树分分析析的的概概念念来来自自数数学学图图论论中中树树的的概概念念和和计计算算机机算算法法符符号号。在在分分析析中中把把分分析析的的设设备备叫叫做做系系统统，把把组组成成该该设

9、设备备的的零零件件叫叫组组元元。零零件件的的工工作作状状态态用用一一些些参参数数（压压力力、温温度、流量）来描述。度、流量）来描述。 每种零件都处于两种状态（完好与失效）中的一种。因每种零件都处于两种状态（完好与失效）中的一种。因此，设备也处于两种状态中的一种：正常或失效。所谓故障此，设备也处于两种状态中的一种：正常或失效。所谓故障树分析就是分析各种事件（系统组元的状态变化）之间的逻树分析就是分析各种事件（系统组元的状态变化）之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件（失效事件），再找出失辑关系，分清正常事件和异常事件（失效事件），再找出失效原因。效原因。 9 9 故障树分析法的特点故障树分析法的

10、特点 它它可可以以查查明明与与事事故故发发生生有有关关的的所所有有原原因因；作作为为一一种种手手段段，利利用用树树形形图图可可把把分分析析过过程程和和结结果果表表示示出出来来，并并可可以以很很方方便便地地计计算算出出系系统统失失效效的的概概率率。因因而而它它是是对对一一个个复复杂杂的的设设备备系系统统进进行行失失效效分分析析的的重重要要工工具。具。1010工作程序工作程序q 确定不希望发生的事件（上端事件）；确定不希望发生的事件（上端事件）；q 对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进 行分析；行分析；q 采用手工或计算机合成故障树；采用手工或计算机

11、合成故障树；q 求出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目求出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目 的基本事件的集合；的基本事件的集合；q 收集计算时必须的故障率数据；收集计算时必须的故障率数据；q 计算上端事件发生的概率；计算上端事件发生的概率；q 对基本事件的重要度作评价；对基本事件的重要度作评价；q 分析计算结果，提出改进措施。分析计算结果，提出改进措施。1111所用符号所用符号 故故障障树树是是一一种种逻逻辑辑图图，是是根根据据一一定定的的逻逻辑辑方方式式把把一一些些特特殊殊符符号号连连接接起起来来的的树树形形图图。通通常常在在故故障障树树中中出出现现的的符符号号大大体体上上可可分为

12、逻辑门符号、故障事件符号和其它符号三类。分为逻辑门符号、故障事件符号和其它符号三类。故障树的合成故障树的合成 根据系统及其故障的已知数据和资料，绘制故障树。在采根据系统及其故障的已知数据和资料，绘制故障树。在采用手工合成故障树时，一边反复提出问题一边对树进行展开。用手工合成故障树时，一边反复提出问题一边对树进行展开。对各个门事件提出的问题是：该事件是由于单一组元的故障引对各个门事件提出的问题是：该事件是由于单一组元的故障引起的，还是由另外什么组元的故障引起的？引起该事件的必要起的，还是由另外什么组元的故障引起的？引起该事件的必要且充分故障是什么？将图展开到基本事件（原因）或没有必要且充分故障是

13、什么？将图展开到基本事件（原因）或没有必要再发展的事件为止。再发展的事件为止。 111111111212 如如图图是是一一个个冷冷却却剂剂的的供供应应系系统统，该该系系统统是是由由恒恒速速泵泵、热热交交换换器器、控控制制阀阀、蓄蓄水水池池及及管管道道五五个个组组元元组组成成的的。该该系系统统的的作作用用是是对对主主要要设设备备供供应应足足够够的的冷冷却却剂剂。因因此此，流流到到热热交交换换器器的的冷冷却却剂剂最最少少则则为为故故障障树树的的上上端端事事件件。为为分分析析其其失失效效原原田田而而绘绘制制故障树。故障树。 例例1313141415151515151515151515（三）数理统计分

14、析思路及方法（三）数理统计分析思路及方法 巴特雷图巴特雷图相关性分析相关性分析灰色关联分析灰色关联分析 1616失效分析的一般程序失效分析的一般程序 机机械械零零件件失失效效的的情情况况是是千千变变万万化化的的，分分析析的的目目的的和和要要求求也也不不尽尽相相同同，因因而而很很难难规规度度一一个个统统一一的的分分析析程程序。一般说来，大体上包括：序。一般说来，大体上包括： 调查失效事件的现场，调查失效事件的现场， 收集背景材料，收集背景材料， 深入研究分析，深入研究分析， 综合归纳所有信息并提出初步结论，综合归纳所有信息并提出初步结论， 重现性试验或证明试验，重现性试验或证明试验， 确定失效原

15、因并提出建议措施，确定失效原因并提出建议措施， 写出分析报告等内容。写出分析报告等内容。 1717 失效分析的步骤失效分析的步骤 l、现场调查现场调查 （1）保护现场）保护现场 （2）查明事故发生的时间、地点及失效过程）查明事故发生的时间、地点及失效过程 （3）收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口）收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口。 （4）选取进一步分析的试样，。）选取进一步分析的试样，。 （5）询问且击者及其他有关人员能提供的有关情况。）询问且击者及其他有关人员能提供的有关情况。 （6）写出现场调查报告。）写出现场调查报告。 18182收集背景材料收集背景材料 （1）设备的自然情况）

16、设备的自然情况 （2）设备的运行记录设备的运行记录 （3）设备的维修历史情况）设备的维修历史情况 （4）设备的失效历史情况）设备的失效历史情况 （5）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用 维护说明书维护说明书 （6）材料选择及其依据材料选择及其依据 （7）设备主要零部件的生产流程）设备主要零部件的生产流程 （8）质量检验报告及有关的规范和标准质量检验报告及有关的规范和标准 19193技术参量复验技术参量复验 （1）材料的化学成分材料的化学成分 （2）材料的金相组织及硬度材料的金相组织及硬度 （3）常规力学性能常规力学性能 （4）主要零部件的几何参量及装

17、配间隙）主要零部件的几何参量及装配间隙20204深入分析研究深入分析研究 （1）失失效效产产品品的的直直观观检检查查（变变形形。损损伤伤情情况况，裂纹扩展，断裂源）裂纹扩展，断裂源） （2）断断口口的的宏宏观观分分析析及及微微观观形形貌貌分分析析（多多用用扫扫描电镜）描电镜） （3）无无损损探探伤伤检检查查（涡涡流流、着着色色、磁磁粉粉、同同位位素、素、X射线、超声波等）射线、超声波等） （4）表面及界面成分分析（俄歇能谱）表面及界面成分分析（俄歇能谱） （5）局局部部或或微微区区成成分分分分析析（辉辉光光光光谱谱、能能谱谱、电子探针）电子探针） （6）相结构分析（）相结构分析（X射线衍射法）

18、射线衍射法） （7）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核2121 5 综合分析归纳，推理判断提出初步结论综合分析归纳，推理判断提出初步结论 根根据据失失效效现现场场获获得得的的信信息息、背背景景材材料料及及各各种种实实测测数数据据，运运用用材材料料学学、机机械械学学、管管理理学学及及统统计计学学等等方方面面的的知知识识，进进行行综综合合归归纳纳、推推理理判判断断、分分析析后后，初初步步确确定失效模式并提出失效原因的初步意见和预防措施。定失效模式并提出失效原因的初步意见和预防措施。6重现性试验或证明试验重现性试验或证明试验 重大事件重大事件7撰写失效分析报告撰写

19、失效分析报告 失失效效分分析析报报告告与与科科学学研研究究报报告告相相比比较较，除除了了在在应应写写得得条条理理清清晰晰、简简明明扼扼要要、合合乎乎逻逻辑辑方方面面相相同同外外，二二者者在在格格式式和和侧侧重重点点等等许许多多方方面面都都有有所所不不同同。失失效效分分析析侧侧重重于于失失效效增增况况的的调调查查、取取证证和和验验证证，在在此此基基础础上上通通过过综综合合归归纳纳得得出出结结论论、而而不不着着重重探探讨讨失失效效机机理理，这这就就有别于断裂机理的研究报告。有别于断裂机理的研究报告。2222 机械产品的失效分析报告通常应包括的内容机械产品的失效分析报告通常应包括的内容 （1）概概述

20、述 首首先先介介绍绍失失效效事事件件的的自自然然情情况况：事事件件发发生生的的时时间间、地地点点，失失效效造造成成的的经经济济损损失失及及人人员员伤伤亡亡情情况况；受受何何部部门门或或单单位位的的委委拓拓；分分析析的的目目的的及及要要求求；参参加加分分析析人人员员情情况况；起起止止时时间等。间等。 （2）失失效效事事件件的的调调查查结结果果 简简明明扼扼要要地地介介绍绍失失效效部部件件的的损损坏坏情情况况。当当时时的的环环境境条条件件及及工工况况条条件件；当当事事人人和和目目击击者者对对失失效效事事件件的的看看法法，失失效效部部件件的的服服役役史史、制制造造史史及及有有关关的的技技术术要要求求

21、和和标标准。准。 （3）分分析析结结果果 为为了了寻寻找找失失效效原原因因，采采用用何何种种方方法法和和手手段段做做了了哪哪些些分分析析工工作作、有有何何发发现现，按按照照认认识识的的自自然然过过程程一一步步步步地地介介绍绍清清楚楚。对对于于断断裂裂件件的的分分析析，断断口口的的宏宏观观和和微微观观分分析析、材材料料的的选选择择及及冶冶金金质质量量情情况况分分析析，力力学学性性能能及及硬硬度度的的复复检检、制制造造工工艺艺及服役条件的评价等分析内容通常是不可缺少的。及服役条件的评价等分析内容通常是不可缺少的。 （4）问问题题讨讨论论 必必要要时时，对对分分析析工工作作中中出出现现的的异异常常情

22、情况况、观观点上的分歧、失效机理的看法等问题进行进一步的分析讨论。点上的分歧、失效机理的看法等问题进行进一步的分析讨论。 （5）结结论论与与建建议议 结结论论要要准准确确，建建议议要要具具体体、切切实实可可行行。写写明遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题等。明遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题等。2323 断口分析断口分析 断断口口处处理理及及断断口口分分析析的的任任务务 断口的宏观分析断口的宏观分析 断口的微观分析断口的微观分析2424 1 断口处理及断口分析的任务断口处理及断口分析的任务 断断口口分分析析，是是用用肉肉眼眼、低低倍倍放放大大镜镜、实实体体显显微微镜镜、电电子子显显微微

23、镜镜、电电子子探探针针、俄俄歇歇电电子子能能谱谱、离离子子探探针针质质谱谱等等仪仪器器设设备备，对对断断口口表表面面进进行行观观察察及及分分析析，以以便便找找出出断断裂裂的的形形貌貌特特征征、成成分分特点及相结构等与致断因素的内在联系。特点及相结构等与致断因素的内在联系。 断断口口分分析析包包括括宏宏观观分分析析和和微微观观分分析析两两个个方方面面。宏宏观观分分析析主主要要用用于于分分析析断断口口形形貌貌。微微观观分分析析，既既包包括括微微观观形形貌貌分分析析又又包包括括断口产物分析（如产物的化学成分、相结构及其分布等）。断口产物分析（如产物的化学成分、相结构及其分布等）。 在在对对断断口口进

24、进行行分分析析以以前前必必须须妥妥善善地地保保护护好好断断口口并并进进行行必必要要的处理。的处理。25253.2.13.2.1断裂的基本分类断裂的基本分类 1. 1. 延性断裂与脆性断裂延性断裂与脆性断裂断裂前如有宏观塑性变形断裂前如有宏观塑性变形延性断裂延性断裂断裂前如无宏观塑性变形断裂前如无宏观塑性变形脆性断裂脆性断裂 2. 2. 穿晶断裂与沿晶断裂穿晶断裂与沿晶断裂裂纹扩展是穿过晶粒内部的裂纹扩展是穿过晶粒内部的穿晶断裂穿晶断裂裂纹扩展是沿着晶粒晶界的裂纹扩展是沿着晶粒晶界的沿晶断裂沿晶断裂穿晶断裂可分：穿晶断裂可分： 脆脆性性断断裂裂穿穿过过晶晶粒粒，沿沿晶晶体体的的解解理理面面裂裂开

25、开，无无塑性变形塑性变形 延性断裂延性断裂穿过晶粒，晶粒本身有明显塑性变形穿过晶粒，晶粒本身有明显塑性变形26263.2.23.2.2断口处理及断口分析的任务断口处理及断口分析的任务 1 断口的处理断口的处理 （1）在在干干燥燥大大气气中中断断裂裂的的新新鲜鲜断断口口 防防止止锈锈蚀蚀，防防止止手手指指污染断口及损伤断口表面；污染断口及损伤断口表面； （2）对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。）对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。 （3）在潮湿大气中锈蚀的断口。）在潮湿大气中锈蚀的断口。 （4）在在腐腐蚀蚀环环境境中中断断裂裂的的断断口口，在在断断口口表表面面通通常常覆覆盖盖一一层层腐

26、蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要。腐蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要。 腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等。腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等。 2727 2. 2. 断口分析的任务断口分析的任务 （l l）确确定定断断裂裂的的宏宏观观性性质质。塑塑性性断断裂裂/ /脆脆住住断断裂裂/ /疲疲劳劳断断裂裂等。等。 （2 2）确确定定断断口口的的宏宏观观形形貌貌。纤纤维维状状断断口口/ /结结晶晶状状断断口口；有有无放射线花样及有无剪切唇等；无放射线花样及有无剪切唇等； （3 3）查查找找裂裂纹纹源源区区的的位位置置及及数数量量。裂裂纹纹源源区

27、区的的所所在在位位置置是是在在表表面面、次次表表面面还还是是在在内内部部，裂裂纹纹源源区区是是单单个个还还是是多多个个，在在存存在多个裂草源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等；在多个裂草源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等； （4 4）确确定定断断口口的的形形成成过过程程。裂裂纹纹是是从从何何处处产产生生的的，裂裂纹纹向向何处扩展，扩展的速度如何等；何处扩展，扩展的速度如何等； （5 5）确确定定断断裂裂的的微微观观机机制制。解解理理型型/ /准准解解理理型型/ /微微孔孔型型，沿沿晶型晶型/ /穿晶型等；穿晶型等； （6 6）确确定定断断口口表表面面产产物物的的性性质质。断断口口

28、上上有有无无腐腐蚀蚀产产物物或或其其他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。2828 3.2.3 3.2.3 断口的宏观分析方法断口的宏观分析方法2929 生产中的产品检验：生产中的产品检验： 利利用用断断口口来来检检查查铸铸铁铁件件的的白白口口情情况况，用用于于确确定铸件的浇注工艺；定铸件的浇注工艺； 用用断断口口法法检检查查渗渗碳碳件件渗渗层层的的厚厚度度，以以便便确确定定渗碳件的出炉时间；渗碳件的出炉时间； 用用断断口口法法检检查查高高频频淬淬火火件件的的淬淬硬硬层层厚厚度度，以以便确定合理的感应器设计及淬火工艺；便确定合理的感应器设计

29、及淬火工艺； 用断口法确定高速钢的淬火质量；用断口法确定高速钢的淬火质量； 用用断断口口法法检检查查铸铸锭锭及及铸铸件件的的冶冶金金质质量量（如如有有无无疏疏松松、来来杂杂、气气孔孔、折折迭迭、分分层层、白白点点及及氧氧化化膜等）。膜等）。 3030 断断口口的的宏宏观观分分析析，能能够够了了解解断断裂裂的的全全过过程程，因因而而有有助助于于确确定定断断裂裂过过程程和和构构件件几几何何结结构构间间的的关关系系，并并有有助助于于确确定定断断裂裂过过程程和和断断裂裂应应力力（正正应应力力及及切切应应力力）间间的的关关系系。断断口口的的宏宏观观分分析析，可可以以直直接接确确定定断断裂裂的的宏宏观观表

30、表现现及及其其性性质质，即即宏宏观观脆脆断断还还是是韧韧断断，并并可确定断裂源区的位置、数量及裂纹扩展方向等。可确定断裂源区的位置、数量及裂纹扩展方向等。断口的宏观分析是断裂件失效分析的基础断口的宏观分析是断裂件失效分析的基础 31311.1.最初断裂件的判断最初断裂件的判断 分分析析对对象象是是一一个个复复杂杂的的大大型型机机组组或或是是一一组组同同类类零零件件中中的的多多个个发生断裂。发生断裂。 （1 1）整机残骸的失效分析）整机残骸的失效分析 整整机机残残骸骸的的分分析析通通常常称称为为残残骸骸的的顺顺序序分分析析。即即根根据据残残骸骸上上的的碰碰伤伤、划划痕痕及及其其破破坏坏特特征征分

31、分析析整整机机破破坏坏的的先先后后顺顺序序，由由大大部部件件到到小部件，再到单个零件，进而对最初断裂件的断口作具体分析。小部件，再到单个零件，进而对最初断裂件的断口作具体分析。 （2 2）多个同类零件损坏的失效分析）多个同类零件损坏的失效分析 一一组组同同类类零零件件的的几几个个或或全全部部发发生生损损坏坏时时，要要判判明明事事故故原原因因需需确确定定哪哪一一个个件件先先坏坏，这这类类分分析析也也应应采采用用顺顺序序分分析析法法。在在对对多多个个同同类类零零件件的的损损坏坏情情况况下下，要要根根据据损损坏坏件件的的变变形形及及损损伤伤的的严严重重程程度度来来确定最初破断件。确定最初破断件。 （

32、3 3）同一个零件上相同部位的多处发生破断时的分析）同一个零件上相同部位的多处发生破断时的分析 在在同同一一个个零零件件上上，在在其其几几何何结结构构及及受受力力情情况况完完全全相相同同的的几几个个部位均出现损坏的情况。必须首先搞清楚是哪个部位首先损坏。部位均出现损坏的情况。必须首先搞清楚是哪个部位首先损坏。32322. 主断面（主裂纹）的宏观判断主断面（主裂纹）的宏观判断 最最初初断断裂裂件件找找到到后后，紧紧接接着着的的任任务务就就是是确确定定该该断断裂裂件件的的主主断断面面或或主主裂裂纹纹。所所谓谓主主断断面面就就是是最最先先开开裂裂的的断断裂裂面面。主主断断面面上上的的变变形形程程度度

33、、形形貌貌特特点点，特特别别是是断断裂裂源源区区的的分分析析，是是整整个个断断裂裂事事故故分分析析中中最最重重要的环节。要的环节。 3333（1 1）利用碎片拼凑法确定主断面）利用碎片拼凑法确定主断面 3434 （2）按照）按照“T”型汇合法确定主断面或主裂型汇合法确定主断面或主裂纹纹 3535 （3 3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹）按照裂纹的河流花样确定主裂纹 3636 3. 断裂（裂纹）源区的宏观判断断裂（裂纹）源区的宏观判断 主主断断面面（主主裂裂纹纹）确确定定后后，断断裂裂分分析析的的进进一一步步工工作作是是寻寻找找裂裂纹纹源源区区。裂裂纹纹源源区区是是断断裂裂破破坏坏的的宏宏观观开

34、开始始部部位位。寻寻找找裂裂纹纹源源区区不不仅仅是是断断裂裂宏宏观观分分析析中中最最核核心心的的任任务务，而而且且是是光光学学显显微微分分析析和和电电子子显显微微分分析析的基础。的基础。 3737 （1）利用断口上的）利用断口上的“三要素三要素”特征确定裂纹源区特征确定裂纹源区 3838 （2 2）利用断口上的）利用断口上的“人人”字纹特征确定裂纹源字纹特征确定裂纹源区区 3939 （3）根据断口上的放射花样确定裂纹源区）根据断口上的放射花样确定裂纹源区 3030 （4 4）根据断口上的）根据断口上的“贝纹贝纹”线确定裂纹源区线确定裂纹源区 3131 （5 5）将将断断开开的的零零件件的的两两

35、部部分分相相匹匹配配，则则裂裂缝缝的的最宽处为裂纹源最宽处为裂纹源（6 6）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区 氧化色氧化色 3232 4、宏观断口的表观现象、宏观断口的表观现象 与致断原因初判与致断原因初判 3333 （1）断裂源区和零件几何结构间的关系）断裂源区和零件几何结构间的关系 断裂源区可能发生在零件的表面、次表面或内部。断裂源区可能发生在零件的表面、次表面或内部。 对对于于塑塑性性材材料料的的光光滑滑试试件件（零零件件），在在单单向向拉拉伸伸状状态态下下，断断裂裂源源在在截截面面的的中中心心部部位位属属于于正正常常情情况况。为为防防止止零零件件出出现

36、现此此种种断断裂裂，应应提提高高材材料料的的强强度度水水平平或或加加大零件的几何尺寸。大零件的几何尺寸。 表表面面硬硬化化件件发发生生断断裂裂时时，断断裂裂源源可可能能发发生生在在次次表表层层，为为防防止止此此类类零零件件的的断断裂裂，应应加加大大硬硬化化层层的的深深度度或或提高零件的心部硬度。提高零件的心部硬度。 除除上上述述两两种种情情况况外外，断断裂裂源源区区一一般般发发生生在在零零件件的的表表面面。零零件件的的尖尖角角、凸凸台台、缺缺口口、刮刮伤伤及及较较深深的的加加工工刀刀痕痕等等应应力力集集中中处处。为为防防止止此此类类破破坏坏显显然然应应从从减减小小应应力集中方面入手。力集中方面

37、入手。3434 （2）断裂源区与零件最大应力截面位置的关系）断裂源区与零件最大应力截面位置的关系 断断裂裂源源区区的的位位置置一一般般应应与与最最大大应应力力所所在在平平面面相相对对应应。如如果果不不一一致致则则表表明明零零件件的的几几何何结结构构存存在在某某种种缺缺陷陷或或工工作作载载荷荷发发生生了了变变化化，但但更更为为常常见见的的情情况况是是材材料料的的组组织织状状态态不不正正常常（如如材材料料的的各各向向异异性性现现象象严严重重）或或存存在在着着较较严严重重的的缺缺陷陷（如如铸铸造造缺缺陷陷、焊焊接接裂裂纹纹、锻锻造造折折迭）等情况。迭）等情况。 例例如如，承承受受单单向向扭扭转转工工

38、作作载载荷荷的的轴轴件件，其其断断口口的的宏宏观观形形貌貌，按按其其与与最最大大应应力力之之关关系系可可能能有有以以下下几几种种情情况：况： 3535 （a）断断口口表表面面与与最最大大正正应应力力所所在在平平面面相相对对应应，即即断断口口与与轴轴线线呈呈45 螺螺旋旋状状。此此种种类类型型的的断断裂裂为为宏宏观观脆脆性性断断裂裂，通通常常是是由由材材料料的的脆脆性性过过大大或或韧韧塑塑性性不不足足引引起起的的。通通过过改改变变零零件件的的热热处处理理工工艺艺，适当提高回火温度则有助于减少零件的此类断裂。适当提高回火温度则有助于减少零件的此类断裂。 （b）断断口口的的表表面面与与最最大大切切应

39、应力力所所在在平平面面相相对对应应，即即断断口口平平面面与与轴轴线线垂垂直直或或平平行行。此此种种类类型型的的断断裂裂为为宏宏观观韧韧性性的的断断裂裂，通通常常是是由由材材料料的的强强度度或或硬硬度度不不足足引引起起的的。适适当当降降低低零零件件的的回回火火温温度度，则则有助于零件使用性能的改善。有助于零件使用性能的改善。 上上述述两两种种情情况况均均表表示示材材料料的的组组织织均均匀匀性性未未出出现现太太大大问问题题。在在此此种种情情况况下下，如如果果调调整整热热处处理理工工艺艺难难以以避避免免上上述述两两种种断断裂裂，则则应应提高材料的强韧性级别或者适当加大零件的几何尺寸。提高材料的强韧性

40、级别或者适当加大零件的几何尺寸。 （c）断断口口表表面面与与轴轴线线的的夹夹角角远远小小于于45 ，即即断断口口表表面面既既不不和和最最大大正正应应力力所所在在平平面面相相对对应应也也不不和和最最大大切切应应力力所所在在平平面面相相对对应应。换换句句话话说说，该该断断裂裂面面是是在在较较小小的的应应力力条条件件下下形形成成的的。由由此此可可以以推推知知，材材料料的的各各向向异异性性现现象象比比较较严严重重，横横向向性性能能比比较较差差。通通常常是是由由材材料料中中的的塑塑性性夹夹杂杂物物比比较较多多及及锻锻造造流流线线沿沿轴轴向向分分布布显显著著等等因因素素引引起的。起的。 3636 3737

41、 （3）断断裂裂是是从从一一个个部部位位产产生生的的还还是是从从几几个个部部位位产产生的，是从局部部位产生的还是从很大范围内产生的。生的，是从局部部位产生的还是从很大范围内产生的。 通通常常的的情情况况是是，应应力力数数值值较较小小或或应应力力状状态态较较柔柔时时易易从从一一处处产产生生，应应力力数数值值较较大大或或应应力力状状态态较较硬硬时时易易从从多多处处产产生生；由由材材料料中中的的缺缺陷陷及及局局部部应应力力集集中中引引起起的的断断裂裂，裂裂纹纹多多从从局局部部产产生生；存存在在大大尺尺寸寸的的几几何何结结构构缺缺陷陷引起的应力集中时，裂纹易从大范围内产生。引起的应力集中时，裂纹易从大

42、范围内产生。3838 承受旋转弯曲的轴件可能产生以下几种类型的断裂：承受旋转弯曲的轴件可能产生以下几种类型的断裂： （a）裂裂纹纹源源于于表表面面一一处处或或两两处处（基基本本对对称称，但但稍稍有有偏偏转转）这这是是最最为为常常见见的的断断裂裂形形式式。其其产产生生原原因因是是由由于于表表面面拉拉应应力力最最大大及及表表面面存存在在一一定定的的加加工工缺缺陷陷或或材材料料缺缺陷陷所所致致。在在无无明明显显缺缺陷陷存存在在的的情情况况下下，正正常常的的断断裂裂（由由材材料料性性质质及及轴轴件件的的几几何何尺尺寸和载荷性质来决定）也呈此种断裂形式；寸和载荷性质来决定）也呈此种断裂形式； （b）裂裂

43、纹纹源源于于次次表表面面某某处处。次次表表面面的的拉拉应应力力小小于于表表面面，其其所以成为起裂点，必然存在有较大的缺陷；所以成为起裂点，必然存在有较大的缺陷； （c）裂裂纹纹源源于于整整个个表表面面向向内内扩扩展展导导致致的的断断裂裂。其其断断裂裂原原因因一一般般是是由由于于轴轴件件存存在在有有变变截截面面且且其其应应力力集集中中现现象象严严重重所所致致，如此处为直角过渡的情况。如此处为直角过渡的情况。 3939 （4）断口表面的粗糙度）断口表面的粗糙度 断断口口表表面面的的粗粗糙糙度度在在很很大大程程度度上上可可以以反反映映断断裂裂的微观机制并有助于断裂性质及致断原因的判断。的微观机制并有

44、助于断裂性质及致断原因的判断。 如如粗粗糙糙的的纤纤维维状状多多为为微微孔孔聚聚集集型型的的断断裂裂机机制制，且且孔孔坑坑粗粗大大，塑塑变变现现象象严严重重；瓷瓷状状断断口口多多为为准准解解理理或或脆脆性性的的微微孔孔断断裂裂，塑塑变变现现象象极极小小，孔孔坑坑小小、浅浅、数数量量极极多多；粗粗、细细晶晶粒粒状状为为沿沿晶晶断断裂裂；镜镜面面反反光光现现象象明明显显的的结结晶晶状状断断口口为为解解理理断断裂裂；表表面面较较平平整整多多为为穿穿晶晶断断裂裂，凹凸不平多为沿晶断裂等。凹凸不平多为沿晶断裂等。 4040 （5）断口的边缘情况）断口的边缘情况 观观察察断断口口的的边边缘缘有有无无台台阶

45、阶、毛毛刺刺、剪剪切切唇唇和和宏宏观观塑塑性性变变形形等等，将将有有助助于于分分析析裂裂纹纹源源区区的的位位置置、裂裂纹纹扩扩展展方方向向及及断断裂裂的的性性质质等等问问题题。因因为为随随着着裂裂纹纹的的扩扩展展，零零件件的的有有效效面面积积不不断断减减小小，使使实实际际载载荷荷不不断断增增加加。对对于于塑塑性性材材料料来来说说，随随着着裂裂纹纹的的扩扩展展，裂裂纹纹两两侧侧的的塑塑性性变变形形不不断断加加大大，依依此此即即可可确确定定裂裂纹纹的的扩扩展展方方向向。例例如如，一一裂裂纹纹顺顺着着一一排排铆铆钉钉孔孔扩扩展展，最最先先扩扩展展的的裂裂纹纹孔孔基基本本不不变变形形是是圆圆形形的的，

46、而而后后的的裂裂纹纹孔孔将将依依次次加加大大变变形形成成为为非非圆圆形形的的孔孔，裂裂纹纹的的扩扩展展方方向向则则是是由由圆圆孔孔指指向向非非圆圆孔孔。在在断断口口的的表表面面没没有有其其它它特特殊殊花花样样存存在在的的情情况况下下，利利用用断断口口边边缘缘的的情情况况往往往往是是判判断断裂裂纹纹源源区区及及裂裂纹纹扩扩展展方方向向的唯一的和可靠的方法。的唯一的和可靠的方法。4141 （6）断口上的冶金缺陷）断口上的冶金缺陷 注注意意观观察察断断口口上上有有无无夹夹杂杂、分分层层、粗粗大大晶晶粒粒、疏疏松松、缩孔等缺陷。有时依此可以直接确定断裂原因。缩孔等缺陷。有时依此可以直接确定断裂原因。4

47、242 3.2.4 断口的微观分析断口的微观分析 断断裂裂件件的的断断口口经经宏宏观观分分析析之之后后，对对断断裂裂的的性性质质、类类型型及及致致断断原原因因等等问问题题已已有有所所了了解解。但但对对于于许许多多断断裂裂问问题题，特特别别是是在在特特殊殊环环境境条条件件下下发发生生的的断断裂裂，仅仅限限于于宏宏观观分分析析还还是是不不够够的的。其其原原因因是是，一一方方面面是是由由于于断断口口的的某某些些产产物物需需要要搞搞清清楚楚才才能能确确定定断断裂裂原原因因，另另一一方方面面宏宏观观断断口口形形貌貌尚尚不不能能完完全全揭揭示示出出断断裂裂的的微微观观机机制制及及其其它它细细节节。因因此此

48、，为为了了进进一一步步搞搞清清楚楚这这些些问问题题、尚尚需需对对断断口口作作微微观观分分析析。其其内内容容主主要要包包括括断断口口的的产产物物分分析析及及形貌分析两个方面。形貌分析两个方面。 4343 1.1.断口微观分析的内容断口微观分析的内容 （1 1）断口的产物分析）断口的产物分析 断断口口产产物物的的分分析析又又可可分分为为成成分分分分析析和和相相结结构构分分析析两两个个方方面面。成成分分的的确确定定可可采采用用化化学学分分析析、光光谱谱分分析析、带带有有能能谱谱的的扫扫描描电电镜镜、电电子子探探针针及及俄俄歇歇能能谱谱仪仪等等手手段段进进行行。产产物物的的相相结结构构分分析析常常用用

49、X X射射线线衍衍射射仪仪、德德拜拜粉粉末末相相机机X X射射线线衍衍射射、透透射射式式电电子子显显微微镜镜选选区区衍衍射射及及高高分分辨辨率率衍衍射射等等方法。方法。 （2 2）断口的微观形貌分析）断口的微观形貌分析 目前用于断口微观形貌分析的工具，主要是电子显目前用于断口微观形貌分析的工具，主要是电子显微镜，即透射电镜及扫描电镜。微镜，即透射电镜及扫描电镜。 4444 2 2、解理断裂、解理断裂（1 1）解解理理断断裂裂的的特点特点 解解理理断断裂裂是是正正应应力力作作用用下下金金属属的的原原子子键键遭遭到到破破坏坏而而产产生生的的一一种种穿穿晶晶断断裂裂。其其断断裂裂的的特特点点是是，解

50、解理理初初裂裂纹纹起起源源于于晶晶界界、亚亚晶晶界界或或相相界界面面并并严严格格沿沿着着金金属属的的结结晶晶学学平平面面扩扩展展，其其断断裂裂单单元为一个晶粒尺寸。元为一个晶粒尺寸。 金金 属属晶系晶系解理面解理面 -Fe体心立方体心立方100W面心立方面心立方100Mg密排六方密排六方0001Zn密排六方密排六方0001Ti密排六方密排六方0001Te六方六方1010Bi菱形菱形111Sb菱形菱形1114545 4646 舌状花样舌状花样 孪晶孪晶4747 珠光体解理 4848 导致金属零件发生脆性的解理断裂的原因：导致金属零件发生脆性的解理断裂的原因： （l）通通常常只只有有冷冷脆脆金金属

51、属才才能能发发生生解解理理断断裂裂。面面心心立立方方金金属属一一般般不不会会发发生生解解理理断断裂裂。仅仅在在腐腐蚀蚀介介质质存存在在的的特特殊殊条条件件下下，奥氏体钢、铜及铝等才可能发生此种断裂。奥氏体钢、铜及铝等才可能发生此种断裂。 （2）构件的工作温度较低，即处在脆性转折温度以下。）构件的工作温度较低，即处在脆性转折温度以下。 （3）只只有有在在平平面面应应变变状状态态（三三向向拉拉应应力力状状态态）/几几何何尺尺寸寸属于厚板情况。属于厚板情况。 （4）晶晶粒粒尺尺寸寸粗粗大大。因因为为解解理理断断裂裂单单元元为为一一个个晶晶粒粒尺尺寸寸，粗粗晶晶使使解解理理断断裂裂应应力力显显著著降降

52、低低，粗粗晶晶使使脆脆性性转转折折温温度度向向高高温温方方向推移，故易促使解理断裂。向推移，故易促使解理断裂。 （5）宏宏观观裂裂纹纹的的存存在在。裂裂纹纹顶顶端端应应力力集集中中并并使使构构件件的的脆脆性转折温度移向高温，均促使冷脆金属发生解理断裂。性转折温度移向高温，均促使冷脆金属发生解理断裂。 （6）加加载载速速度度大大及及活活性性介介质质的的吸吸附附作作用用都都促促进进解解理理断断裂裂的发生。的发生。4949 3 3、微孔型断裂、微孔型断裂 （1 1）微孔型断裂的微观形貌）微孔型断裂的微观形貌 微孔型断裂，又叫微孔聚集型断裂，它是指塑性变形微孔型断裂，又叫微孔聚集型断裂，它是指塑性变形

53、起主导作用的一种延性断裂。微孔型断裂的微观电子形貌呈孔起主导作用的一种延性断裂。微孔型断裂的微观电子形貌呈孔坑、塑坑、韧窝、迭波花样。在孔坑的内部通常可以看到第二坑、塑坑、韧窝、迭波花样。在孔坑的内部通常可以看到第二相质点或其脱落后留下的痕迹，这是区别断裂的主要微观特征。相质点或其脱落后留下的痕迹，这是区别断裂的主要微观特征。5050 （2 2）微孔型断裂的形成）微孔型断裂的形成5151 4 4 准解理型断裂准解理型断裂（1 1）微观形貌特征）微观形貌特征 由由平平坦坦的的“类类解解理理”小小平平面面、微微孔孔及及撕撕裂裂棱棱组组成成的的混混合断裂。合断裂。（2 2）断裂性质的判别）断裂性质的

54、判别 （a a）在在微微观观范范围围内内可可以以看看到到“解解理理”断断裂裂和和微微孔孔型型断断裂裂的的混混杂杂现现象象，即即在在微微孔孔断断裂裂区区内内有有平平坦坦的的小小刻刻面面或或在在小小刻刻面面的周边有塑性变形形成的撕裂棱的形貌特征；的周边有塑性变形形成的撕裂棱的形貌特征； （b b）小小刻刻面面的的几几何何尺尺寸寸与与原原奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小基基本本相相当当，即断裂单元为一个晶粒大小；即断裂单元为一个晶粒大小； （c c）小小刻刻面面上上的的河河流流花花样样比比解解理理断断裂裂所所看看到到的的要要短短，且大都源于晶内而中止于晶内；且大都源于晶内而中止于晶内； （d d）小小刻刻面面上上的的台台阶阶直直接接汇汇合合于于邻邻近近的的由由微微扎扎组组成成的的撕裂棱上。撕裂棱上。5252 5 5、沿晶断裂、沿晶断裂 （1 1）沿晶断裂的微观形貌特征）沿晶断裂的微观形貌特征 金金鹰鹰零零件件在在应应力力作作用用下下沿沿晶晶粒粒边边界界发发生生分分离离的的现现象象称称为沿晶断裂。为沿晶断裂。5353