簡(jiǎn)述零件失效分析的方法步驟 專(zhuān)業(yè)ic電子檢測(cè)公司
日期:2022-03-29 16:53:05 瀏覽量:1431 標(biāo)簽: 零件失效 IC測(cè)試 失效分析
當(dāng)機(jī)械零件喪失它應(yīng)有的功能后,則稱(chēng)該零件失效。造成失效的原因有很多,如斷裂、變形、表面磨損等。所謂失效,主要指零件由于某種原因,導(dǎo)致其尺寸、形狀或材料的組織與性能的變化而喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。為幫助大家深入了解,本文將對(duì)零件失效分析的相關(guān)知識(shí)予以匯總。如果您對(duì)本文即將要涉及的內(nèi)容感興趣的話,那就繼續(xù)往下閱讀吧。
機(jī)械零件的失效,一般包括以下幾種情況。
(1)零件完全破壞,不能繼續(xù)工作。
(2)雖然仍能安全工作,但不能滿意地起到預(yù)期的作用。
(3)零件嚴(yán)重?fù)p傷,繼續(xù)工作不安全。
1.零件的失效形式
根據(jù)零件損壞的特點(diǎn),可將失效形式分為3種基本類(lèi)型:變形、斷裂和表面損傷。
1)變形失效與選材
變形失效有兩種情況,彈性變形失效與塑性變形失效。
(1)彈性變形失效。彈性變形失效是指由于發(fā)生過(guò)大的彈性變形而造成零件的失效。 例如,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸的剛度不足,發(fā)生過(guò)大的彈性變形,結(jié)果轉(zhuǎn)子與定子相撞,最后主軸撞彎,甚至折斷。
彈性變形的大小取決于零件的幾何尺寸及材料的彈性模董。金剛石與陶瓷的彈性模量最髙,其次是難熔金屬、鋼鐵,有色金屬則較低,有機(jī)高分子材料的彈性模量最低。因此,作為結(jié)構(gòu)件,從剛度及經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看,選擇鋼鐵是比較合適。
(2)塑性變形失效。塑性變形失效是指零件由于發(fā)生過(guò)量塑性變形而失效。塑性變形失效是零件中的工作應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度的結(jié)果。塑性變形是一種永久變形,可在零件的形狀和尺寸上表現(xiàn)出來(lái)。在給定載荷條件下,塑性變形發(fā)生與否,取決于零件幾何尺寸及材料的屈服強(qiáng)度。
一般陶瓷材料的屈服強(qiáng)度很髙,但脆性非常大。進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí),在遠(yuǎn)未達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)就發(fā)生脆斷,強(qiáng)度高的特點(diǎn)發(fā)揮不出來(lái)。因此,不能用來(lái)制造高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。有機(jī)高分子材料的強(qiáng)度很低,最髙強(qiáng)度的塑料也不超過(guò)鑰合金。因此,目前用作高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的主要材料還是鋼鐵。
2)斷裂失效
斷裂失效是機(jī)械零件的主要失效形式。根據(jù)斷裂的性質(zhì)和斷裂的原因,可分為以下4種。
(1)塑性斷裂。塑性斷裂是指零件在受到外載荷作用時(shí),某一截面上的應(yīng)力超過(guò)了料的屈服強(qiáng)度,產(chǎn)生很大的塑性變形后發(fā)生的斷裂。如低碳鋼光滑試樣拉伸試驗(yàn)時(shí)。由于斷裂前已經(jīng)發(fā)生了大量的塑性變形而進(jìn)人了失效狀態(tài),故只能使零件不能工作,但不會(huì)造成較大的危險(xiǎn)。
(2)脆性斷裂。脆性斷裂發(fā)生時(shí),事先不產(chǎn)生明顯的塑性變形,承受的工作應(yīng)力通常遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度,所以又稱(chēng)為低應(yīng)力脆斷,這種斷裂經(jīng)常發(fā)生在有尖銳缺口或裂紋的零件中,另外,零件結(jié)構(gòu)中的棱角、臺(tái)階、溝槽及拐角等結(jié)構(gòu)突變處也易發(fā)生,特別是在低溫或沖擊載荷作用的情況下,更易發(fā)生脆性斷裂。
(3)疲勞斷裂。在低于材料屈服強(qiáng)度的交變應(yīng)力反復(fù)作用下發(fā)生的斷裂稱(chēng)為疲勞斷裂。因疲勞而最終斷裂是瞬時(shí)的,因此危害性較大,常在齒輪、彈簧、軸、模具、葉片零件中發(fā)生。疲勞斷裂是一種危害極大,而且是一種常見(jiàn)的失效形式,據(jù)統(tǒng)計(jì),承受交變 應(yīng)力的零件,80%~90%以上的損壞是由于疲勞引起的。采用各種強(qiáng)化方法提高材料的強(qiáng) 度,尤其是表面強(qiáng)度,在表面形成殘余壓應(yīng)力,可使疲勞強(qiáng)度顯著提高。此外,減少零件上各種能引起應(yīng)力集中的缺陷、刀痕、尖角、截面突變等,均可提高零件的抗疲勞能力。
(4)蠕變斷裂。蠕變斷裂即在應(yīng)力不變的情況下,變形量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,最后由于變形過(guò)大或斷裂而導(dǎo)致的失效。如架空的聚氣乙烯電線管在電線和自重的作用下發(fā)生的緩慢的撓曲變形,就是典型的材料蠕變現(xiàn)象。金屬材料一般在高溫下才產(chǎn)生明顯的蠕變,而高聚物在常溫下受載就會(huì)產(chǎn)生顯著的蠕變,當(dāng)蠕變變形量超過(guò)一定范圍時(shí),零件內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生裂紋而很快斷裂。
3)表面損傷
零件在工作過(guò)程中,由于機(jī)械和化學(xué)的作用,使工件表面及表面附近的材料受到嚴(yán)重?fù)p傷導(dǎo)致失效,稱(chēng)為表面損傷失效。表面損傷失效大體上分為3類(lèi):磨損失效、表面疲勞失效和腐蝕失效。
(1)磨損失效。在機(jī)械力的作用下,產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)(滑動(dòng)、滾動(dòng)等)而使接觸表面的材料以磨屑的形式逐漸磨耗,使零件的形狀、尺寸發(fā)生變化而失效,稱(chēng)為磨損失效。零件磨損后,會(huì)使其精度下降或喪失,甚至無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。材料抵抗磨損的能力稱(chēng)為耐磨性,單位時(shí)間的磨損量表示。磨損量愈小,耐磨性愈好。
磨損主要有磨粒磨損和黏著(膠合)磨損兩種類(lèi)型。
①磨粒磨損。磨粒磨損是在零件表面遭受摩擦?xí)r,有硬質(zhì)顆粒嵌人材料表面,形成許多切屑溝槽而造成的磨損。這種磨損常發(fā)生在農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械以及車(chē)輛、機(jī)床等機(jī)械運(yùn)行時(shí)因嵌人硬屑(硬質(zhì)顆粒)而磨損等情況中。
②黏著磨損。黏著磨損又稱(chēng)膠合磨損,是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦表面之間在摩擦過(guò)程中發(fā)生局部焊合或黏著,在分離時(shí)黏著處將小塊材料撕裂,形成磨屑而造成的磨損?這種磨損在所有的摩擦副中均會(huì)產(chǎn)生,例如蝸輪與蝸桿、內(nèi)燃機(jī)的活塞環(huán)和缸套、軸瓦與軸頸等。
為了減少黏著磨損,所選材料應(yīng)當(dāng)與所配合的摩擦副為不同性質(zhì)的材料,而且摩擦系數(shù)應(yīng)盡可能的小,最好具有自潤(rùn)滑能力或有利于保存潤(rùn)滑劑。例如,近年來(lái)在不少設(shè)備上已采用尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯、粉末冶金材料制造軸承、軸套等。
(2)表面疲勞。相互接觸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面(特別是滾動(dòng)接觸)在工作過(guò)程中承受交變接觸應(yīng)力的作用,使表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落,造成零件失效稱(chēng)為表面疲勞失效。為了提高材料的表面疲勞抗力,材料應(yīng)具有足夠高的硬度,同時(shí)具有一定的塑性和韌性;材料應(yīng)盡童少含夾雜物,材料要進(jìn)行表面強(qiáng)化處理,強(qiáng)化層的深度足夠大,以免在強(qiáng)壓層下的基體內(nèi)形成小裂紋,使強(qiáng)化層大塊剝落。
(3)腐蝕失效。由于化學(xué)和電化學(xué)腐蝕的作用使表面損傷而造成的零件失效稱(chēng)為腐蝕失效。腐蝕失效除與材料的成分、組織有關(guān)外,還與周?chē)橘|(zhì)有很大關(guān)系,應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的成分性質(zhì)選材。
2.零件失效的原因
零件到底會(huì)發(fā)生哪種形式的失效,這與很多因素有關(guān)。概括起來(lái),失效的原因有以下4個(gè)方面。
1)零件設(shè)計(jì)
零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸設(shè)計(jì)不合理最容易引起失效。如鍵槽、孔或截面變化較劇烈的尖角處或尖銳缺U處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,出現(xiàn)裂紋。其次是對(duì)零件在工作中的受力情況判斷有誤,設(shè)計(jì)時(shí)安全系數(shù)過(guò)小或?qū)Νh(huán)境的變化情況估計(jì)不足造成零件實(shí)際承載能力降低等均屬設(shè)計(jì)不合理。
2)選材
選材不合理即選用的材料性能不能滿足工作條件要求,或者所選材料名義性能指標(biāo)不能反映材料對(duì)實(shí)際失效形式的抗力。所用材料的化學(xué)成分與組織不合理、質(zhì)量差也會(huì)造成零件的失效,如含有過(guò)多的夾雜物和雜質(zhì)元素等缺陷。因此原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)是避免零件失效的重要步驟。
3)加工工藝
零件在加工和成形過(guò)程中,因采用的工藝方法、工藝參數(shù)不合理,操作不正確等會(huì)造成失效。如熱成形過(guò)程中溫度過(guò)高所產(chǎn)生的過(guò)熱、過(guò)燒、氧化、脫碳;熱處理過(guò)程中工藝參數(shù)不合理造成的變形和裂紋、組織缺陷及由于淬火應(yīng)力不均勻?qū)е铝慵睦饨?、臺(tái)階等處產(chǎn)生拉應(yīng)力。
4)安裝及使用
機(jī)器在安裝過(guò)程中,配合過(guò)緊、過(guò)松、對(duì)中不良、固定不牢或重心不穩(wěn)、密封性差以裝配擰緊時(shí)用力過(guò)大或過(guò)小等,均易導(dǎo)致零件過(guò)早失效。在超速、過(guò)載,潤(rùn)滑條件不良的情況下工作,工作環(huán)境中有腐蝕性物質(zhì)及維修、保養(yǎng)不及時(shí)或不善等均會(huì)造成零件過(guò)早失效。
3.失效分析的步驟、方法
對(duì)失效零件進(jìn)行失效分析的基本步驟和方法如下:
(1)現(xiàn)場(chǎng)勘察察看零件失效的部位、形式,弄清零件工作條件,操作情況和失效過(guò)程;收集并保護(hù)好失效零件,必要時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照。
(2)了解零件背景資料,了解零件設(shè)計(jì)、加工制造、裝配及使用、維護(hù)等一系列歷史資料,并收集與該零件失效相類(lèi)似的相關(guān)資料。
(3)測(cè)試分析主要包括斷口宏觀分析、金相組織分析、電鏡分析、成分分析、表面及內(nèi)部質(zhì)量分析、應(yīng)力分析、力學(xué)分析及力學(xué)性能測(cè)試等。以上項(xiàng)目可根據(jù)需要選擇。
(4)綜合分析對(duì)以上調(diào)查材料、測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析,判明失效原因(尤其是主要原因,是確定主要失效抗力指標(biāo)的依據(jù)),提出改進(jìn)措施并在實(shí)踐中檢驗(yàn)效果。
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