失效分析基础知识课件.pptVIP

2失效分析基础知识

2.1.1失效的主要形式及其原因2

2.1.1失效的主要形式及其原因断裂失效的分类失效分析工作者通常从致断原因（断裂机理或断裂模式）的角度出发将机械零件的断裂失效分为下述几种类型：（1）过载断裂失效；（2）疲劳断裂失效；（3）材料脆性断裂失效；（4）环境诱发断裂失效；（5）混合断裂失效。3

2.1.2失效的来源引起零件早期失效的原因是很多的，主要有以下几方面：1、设计与选材上的问题；2、加工、热处理或材质上的问题；3、装配上的问题；4、使用、操作和维护不当的问题。据调查统计，在失效的原因中，设计和制造加工方面的问题占56%以上。这是一个重要方面，在失效分析和设计制造中都应引起足够重视。3

2.1.2失效的来源1、设计问题（1）在高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；（2）应力计算方面的错误。对于结构比较复杂的零件，所承受的载荷性质、大小缺少足够的资料易引起计算方面的错误。（3）设计判据不正确。由于对产品的服役条件了解不够，设计判据的选用错误造成失效的事例也时有发生。2、材料选择上的缺点（1）选材的判据有误（2）材料中的缺陷3

2.1.2失效的来源3、加工制造及装配中存在的问题加工方法不正确，技术要求不合理及操作者失误也是引起设备过早失效的重要原因。热处理不当也是常见的失效原因之一。常见的有过热、回火不充分，加热速度过快及热处理方法选用不合理等。热处理过程中的氧化脱碳、变形开裂、晶粒粗大及材料的性能未达到规定要求等时有发生。酸洗及电镀时引起对材料的充氢而导致的氢致损伤也是常见的失效形式。不文明施工，不按要求安装等容易造成零件表面损伤或导致残余应力、附加应力等，都可以引起零件的早期失效。3

2.1.2失效的来源4、不合理的服役条件不合理的起动和停车、超速、过载服役、温度超过允许值、流速波动超出规定范围（过高或过低）以及异常介质的引入都可能成为设备过早失效的根源。3

应力状态分析与强度理论（1）材料的失效形式和应力状态（2）强度理论脆断剪断屈服4

2.2.2应力集中应力集中系数：5

2.2.2应力集中裂隙附近应力集中：5

不同试样的应力集中系数5

5

应力集中对零件失效的影响1、材料的缺口敏感性应力集中对零件失效的影响，在一定程度上与材料的缺口敏感性有关。缺口导致应力状态的变化和应力集中，有使材料变脆的趋向。2、影响应力集中与断裂失效的因素（1）材料机械性能的影响（2）零件几何形状的影响（3）零件应力状态的影响（4）加工缺陷的影响（5）装配、检验产生缺陷的影响6

（2）零件几何形状的影响零件在应力集中处产生淬火裂纹示意图零件在应力集中处产生疲劳裂纹示意图6

降低应力集中系数的措施：1从设计方面降低应力集中系数（1）变截面部位的过渡加大圆角或改变方式（2）根据零件的受力方向和位置选择适当的开孔部位（3）在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔2采取局部强化以提高应力集中处的材料疲劳强度（1）表面处理强化（2）薄壳淬火（3）喷丸强化（4）滚压强化疲劳时的有效应力集中系数6

降低应力集中系数的措施：（3）在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔6

2.2.3残余应力和装配应力1残余应力的产生（1）热处理残余应力（2）焊接残余应力（3）表面化学热处理引起的残余应力（4）电镀引起的残余应力（5）切削加工残余应力2消除残余应力的方法（1）去应力退火（2）回火或自然时效处理（3）加静载（或动载）（4）火焰烘烤法7

（1）热处理残余应力热应力分布冷却初期冷却后期组织应力分布表面发生相变心部发生相变9

（1）热处理残余应力热处理淬火残余应力类型K——表层，R——心部9

（1）热处理残余应力心部轴向心部周向表面周向表面轴向中心轧辊淬火残余应力表面火焰淬火残余应力分布材料：0.97%C硬化深度：2.4～2.8mm10

（2）化学热处理引起的残余应力??D=0.8mm（D表示有效渗碳层深度）渗碳层残余应力分布氮化层残余应力分布11

（3）焊接残余应力8

（4）涂镀层引起的残余应力12

（4）涂镀层引起的残余应力激光强化层的残余应力沿层深的分布(a)σ—层深分布曲线(b)σ—层深分布曲线XY1-1500W，25mm/s2-1000W，25mm/s12

（4）涂镀层引起的残余应力喷涂工艺方法对NiCrSi涂层残余应力的影响火焰喷涂涂层内残余应力与其厚度的关系12

一个预测热喷涂涂层残余应力分布的解析模型：平面几何模型1模型公式建立在平面几何的基础之上。1.1沉积应力1.1.1第一层（1）应变?——内（淬火）应力；E——杨氏模量qd假设每一个部位产生的应变是不相等的，并产生反作用力F，于是有(2)12

（4）涂镀层引起的残余应力(3)在涂层形成一个很大的拉应力，同时，在基