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1失效分析的思路与诊断第二章失效分析的思路第一节常用的几种失效分析思路一、“撤大网”逐个因素排除法表2-1事故的管理责任直接原因可能的根本原因管理失误（1）辅助工作太差对危险不认识监督训练和安全教育不够设施不当规划、计划不当（2）使用的工具、装置和设施不适当缺乏知识和技能干部的训练不够缺乏适当的作业程序确定的操作程序不合适缺乏自觉性监督安全教育不够适合的作业程序实施不当干部的训练和安全措施不够（3）装置和设施不安全或有毛病对不安全不认识监督安全教育不够干部对训练和安全重视不够设计或选择太差规划、计划、设计不当监督安全教育不够装置、材料或工具不合适维护太差维护和修理体系不当（4）缺乏适当的作业程序省略作业程序操作程序不妥设计者的错误规划、计划、设计不当监督者的错误监督不熟练（5）临时凑合的不安全作业程序训练不当确定的操作程序不当合适的作业程序实施不当监督的安全教育不够干部的训练和安全教育不够监督不当监督的安全教育不够干部的选择和安排不当（6）没有按规定的作业程序实施对需要没强调合适的作业程序实施不当监督的安全教育不够作业程序不清楚操作程序不当（7）对工作不了解指令复杂操作程序、规划、计划和设计不当理解不够干部的选择和安排不当（8）没有意识到危险指令不当监督的安全教育不够干部的训练和安全教育不够警告不当规划、计划、设计不当保安条例、测量方法和设备不当操作程序不当（9）缺乏适当的工具、装置和设施对需要没认识规划、计划、设计不当监督的安全教育不够供应不当设备、材料和工具不够或不当2故意风气和纪律不好直接原因可能的根本原因管理失误（10）安全设备缺乏对需要没有认识规划、计划和设计不当保安条例测量方法和设备不够监督的安全教育不够干部的安全意识不强可用性不合适设备、材料和工具不合用作业程序不当故意风气、纪律差、懒惰（11）防护设备缺乏对需要没有认识规划、计划、设计不当保安条例测量方法和设备不够监督的安全教育不够干部的安全意识不强可用性不合适设备、材料和工具不合用作业程序不当故意风气和纪律差（12）载荷、强度、速度等超过规定极限警告不当保安条例不当适当的作业程序实施不当指令不当干部训练不当缺乏理解干部的选择和安排不当故意保安条例实施不当干部的安全教育不当（13）疏忽；对明显的安全惯例的忽视缺乏自觉性保安条例和监测实施不当适当的作业程序实施不当干部训练不够干部的安全教育不够缺乏理解干部的选择和安排不当（14）疲劳降低了人的警惕性，使人处于催眠状态超过了身体或精神上能承受的程度规划、计划、设计不当干部的选择和安排不当干部的训练不够（15）行为不轨；故意用劳保用品造成故障士气低落，态度不好监督训练不够干部的选择和安排不当工作分派错误规划、计划和设计不当干部的选择和安排不当干部的训练不够3二、以设备制造全过程为一系统进行分析任何一个设备都要经历规划、设计、选材、机械加工（包括铸、锻、焊等工艺）、热处理、二次精加工（研磨、酸洗、电镀）和装配等制作工序，如果失效已确定纯属设备问题，还可对上述工序逐个进一步分析，包括以下内容：1.设计不当（1）开孔位置不当造成应力集中；（2）缺口或凹倒角半径过小；（3）高应力区有缺口；（4）横截面改变太陡；（5）改变设计，没有相应地改变受力状况；（6）设计判据不足；（7）计算中出现过载荷；（8）焊缝选择位置不当，以及配合不适当等；（9）对使用条件的环境影响，未做适当考虑；（10）提高使用材料的受力级别；（11）刚性和韧性不适当；（12）材料品种选择错误；（13）选择标准不当；（14）材料性能数据不全；（15）材料韧脆转变温度过高；（16）对现场调查不充分，认识不足就投入设计；（17）与用户配合有差错。2.材料、冶金缺陷（1）成分不合格；（2）夹杂物含量及成分不合格；（3）织组不合格；（4）各种性能不合格；（5）各向异性不合格；（6）断口不合格；（7）冶金缺陷（缩孔、偏析等）；（8）恶化变质；（9）混料。43.锻造等热加工工艺缺陷（1）折叠、夹砂、夹渣；（2）裂缝；（3）锻造鳞皮；（4）流线分布突变或破坏；（5）晶粒流变异常；（6）沿晶氧化（过烧）；（7）氧化皮压入；（8）分层、疏松；（9）带状组织；（10）过热、烧裂；（11）外来金属夹杂物；（12）缩孔；（13）龟裂；（14）打磨裂纹；（15）皱纹。4.机械加工缺陷（1）未按图纸要求；（2）表面粗糙度不合格；（3）倒角尖锐；（4）磨削裂纹或过烧；（5）裂纹；（6）划伤、刀痕；（7）毛刺；（8）局部过热；（9）矫直不当。5.铸造缺陷（1）金属突出；（2）孔穴；（3）疏松；（4）不连贯裂纹；（5）表面缺陷；（6）浇注不完全；（7）尺寸和形状不正确；（8）夹砂、夹渣；（9）组织反常；（10）型芯撑、内冷铁。56.焊接缺陷（1）错口超标；（2）咬边超标；（3）焊肉过凸或过凹；（4）焊道深沟；（5）焊趾、焊缝或根部有裂纹；（6）熔化不全；（7）打弧；（8）焊接深度不够，未焊透；（9）夹渣、夹杂或疏松；（10）接头尺寸不合格；（11）热输入不适当；（12）焊前预热不足；（13）焊后消除热应力不够或未消除；（14）显微组织不合格；（15）焊接裂纹。7.热处理不当（1）过热或过烧；（2）显微组织不合格；（3）淬火裂纹；（4）淬火变形、翘曲；（5）奥氏体化温度不当使晶粒粗大；（6）脱碳或增碳；（7）渗氮；（8）回火脆化；（9）淬火后未及时回火；（10）热应力。8.再加工缺陷（1）酸洗后或电镀后未除氢或除氢不够；（2）酸迹清洗未尽；（3）镀前喷丸清洗不全；（4）电镀电极打弧引起硬点；（5）镀Cd、镀Zn的液态金属脆化；（6）形成金属间化合物致脆；（7）碰伤、标记压痕过深或位置不当；（8）校直引起残余应力；（9）镀铬碎屑划伤；（10）化学热处理不当；a.渗层组织反常；b.力学性能不合格。69.装配检验中的问题（1）轴线对中不正；（2）紧固件松动；（3）敲打损伤；（4）装配损伤；（5）装配不正确；（6）强迫装配；（7）装配说明书说明不全或不清楚；（8）装配马虎大意；（9）磁粉检查电弧烧伤；（10）磁化吸住钢屑造成磨损；（11）漏检。10.使用和维护不当（1）超载、超温、超速；（2）冲撞、热冲击；（3）振动过大的断续载荷；（4）操作错误、没按说明书要求做；（5）每次开车或停车猛烈、突然；（6）清洗剂不适合；（7）润滑不当；（8）疏忽，不按期维护；（9）没定期检查；（10）修理不当；（11）灾害预防措施不完善；（12）安全措施差；（13）漏电；（14）早期疲劳裂纹。11.环境损伤（1）腐蚀性气氛介质；（2）高温或温度陡度过大；（3）低温；（4）海洋气氛；（5）碱性溶液；（6）氨气氛；（7）润滑介质不适合；（8）润滑剂变质或污染；（9）流体介质中含有磨粒；（10）控制的或规定的环境不适当。上面列举了可能引起设备系统失效的一些主要因素，当然这并非全部因素。还应指出，在某一大方面（如热处理不当）的因素中，有的还可以往前追查原因，例如对于热处理不当的淬火裂纹，还可进一步分析其原因，如表2-2所列举的。7表2-2导致形成淬火裂纹的因素1.材料因素（1）原材料已有缺陷a.宏观偏析；b.固溶体偏析；c.原有裂纹；d.严重脱碳；e.夹杂严重；f.疏松；g.夹渣（2）原始组织不良a.晶粒粗大；b.魏氏组织；c.组织应力；d.锻造流线；e.碳化物带状组织；f.铁素体-珠光体带状组织（3）轧制缺陷或锻造缺陷（4）溶进氢（5）选材不当2.工艺因素（1）机加工不良a.印压痕；b.刀痕（2）零件外形不合理（3）没有预热，加热速度太快（4）奥氏体化温度过高（5）保温时间过长（6）表层脱碳（7）渗碳淬火处理中渗碳量过多（8）淬火冷却速度太快（9）加热或冷却不均匀（10）淬火后未及时回火，容许温度降得太低（11）掉入油槽底部，因底部有水淬裂（12）冷却介质选择不当对于使用中承受交变载荷的部分出现的早期疲劳断裂，也可进一步分析其失效原因，如表2-3所示：8表2-3金属部件疲劳失效的诱发因素外因1.工作条件（1）加载频率a.低周高应力；b.频繁断续加载（2）超转速（3）工作温度a.过低或过高；b.波动大（4）环境介质a.腐蚀性气氛或介质；b.碱性清洗剂腐蚀；c.点腐蚀；d.环境氢；e.润滑剂不合要求（5）使用载荷集中（6）应力-时间曲线形状（7）非零的平均应力2.振蚀（微振磨损）3.累积损伤内因1.材料化学成分不合格2.宏观组织的均匀性不合格3.金相组织不合格（1）晶粒粗大或混晶；（2）存在魏氏组织；（3）带状组织严重；（4）氧化物夹杂不合格；（5）皮下碳化物聚集4.材料内部缺陷a.冶炼缺陷；b.铸造缺陷；c.锻造缺陷；d.焊接缺陷；5.热处理缺陷6.机加工引起的（包括设计的）缺陷a.表面加工粗糙；b.表面擦伤、划伤；c.表面残余拉应力；d.校直不当造成的残余拉应力；e.压印标记造成的残余拉应力；f.开孔位置错误；g.倒角尖锐；h.电弧烧伤应力集中；i.焊点应力集中；j.外形截面突变9三、根据部件失效模式分析机械产品一旦失效，一般表现为过量变形、表面损伤、破裂或断裂三种主要形式。这些类型还要进一步按失效模式再细分类。下面表2-4是按实际观察到的一些失效模型⑵所作的分类。表2-4金属零部件的各种失效模式1.过量变形（1）力和温度或者力或温度引起弹性变形（2）屈服（3）压痕（4）蠕变（5）冲击变形2.表面损伤（1）磨损a.粘着磨损；b.磨粒磨损；c.腐蚀磨损；d.变形磨损；e.冲击磨损；f.微振磨损；g.接触疲劳磨损；h.剥落（2）腐蚀a.均匀腐蚀；b.缝隙腐蚀；c.电池作用腐蚀；d.点腐蚀；e.晶间腐蚀；f.选择浸出；g.冲蚀；h.气蚀；i.氢损伤；j.生物腐蚀；k.应力腐蚀；l.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a.高温疲劳；b.高周疲劳；c.低周疲劳；d.热疲劳；e.接触疲劳；f.冲击疲劳；g.腐蚀疲劳；h.微振疲劳（5）应力持久断裂（6）蠕变-疲劳复合断裂10六、根据部件和设备类别分析1.轴类零件的失效原因轴类的失效模式，有以下12种：（1）单向弯曲疲劳；（2）双向弯曲疲劳；（3）旋转弯曲疲劳；（4）扭转疲劳；（5）接触疲劳；（6）微振疲劳；（7）脆性疲劳；（8）延性疲劳；（9）塑性变形；（10）磨损失效；（11）蠕变断裂；（12）腐蚀断裂。常见的有弯曲疲劳损坏、扭转疲劳损坏、复合的（弯曲和扭转）疲劳损坏、和超载或撞击的延性断裂。引起轴类失效的原因如表2-8和表2-9所示⑸。表2-8轴类失效的原因与诱发因素1.设计不当（1）应力集中（键槽端、压配合键端、油孔边轴肩内圆角、内角尖锐、横截面突变）（2）振动2.材料问题（1）冶金缺陷（锻造折叠、皮下缺陷、非金属夹杂偏聚）（2）化学成分或力学性能与说明书不合（3）韧-脆转变温度过高（4）对氢脆、碱脆、回火脆敏感3.制造缺陷（1）感应加热裂纹（2）电火花加工孔边裂纹（3）淬火裂纹（4）加工刀痕，磨削损伤（5）认别标记4.装配不当—合轴偏心5.维护使用不当（1）恶劣的作业条件（2）不正当使用（冲撞、扭转超载）（3）砂子和金属粒子引起的震动、磨损（4）电腐蚀（5）修理不当11表2-9联邦德国阿利安茨技术中心1968—1975年间对传动轴和支承轴失效案例统计⑸失效原因失效实例分布率，%失效位置失效实例分布率，%产品缺陷a运行失误故障b外界影响c603010结构上的缺口处有腐蚀的部位其它位置80155a.包括制订产品规划和设计的失误（结构布局不合理、计算错误、几何形状不合理、选材不当等）。制造工艺和处理工艺所造成的缺陷（如焊接、铸造、热处理、机加工缺陷等），装配或安装造成的缺陷，以及混料、用错料等原因引起的失效。b.如因振动造成的松动、安全保护装置失灵，伺服设施故障、磨损、腐蚀、失效老化等引起的失效。c.如自然灾害、异物侵袭、电网超高压等造成的失效。2.滑动轴承的失效原因滑动轴承失效的表现形式，常见的是轴瓦上有磨损沟槽、腐蚀斑块，剥落和麻点。其原因和诱发因素列于表2-10。12表2-10滑动轴承失效的原因和诱发因素1.机加工质量差（1）表面精整