第一二章失效分析

1、失失 效效 分分 析析理理 學(xué)學(xué) 院院 材材 料料 系系董玉華董玉華參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 1、廖景娛，劉正義廖景娛，劉正義. . 金屬構(gòu)件失效分析，化學(xué)工業(yè)出金屬構(gòu)件失效分析，化學(xué)工業(yè)出 版社，版社，200320032 2、涂銘旌，鄢文彬、涂銘旌，鄢文彬. .機(jī)械零件失效分析與預(yù)防，高等機(jī)械零件失效分析與預(yù)防，高等 教育出版社，教育出版社，199319933 3、查利、查利R.R.布魯克絲，阿肖克布魯克絲，阿肖克. .考霍萊著，謝斐娟譯考霍萊著，謝斐娟譯. .工工 程材料的失效分析，機(jī)械工業(yè)出版社程材料的失效分析，機(jī)械工業(yè)出版社4 4、孫智、孫智, , 江利江利, , 應(yīng)鵬展應(yīng)鵬展. . 失效分

2、析失效分析基礎(chǔ)與應(yīng)用，機(jī)基礎(chǔ)與應(yīng)用，機(jī) 械工業(yè)出版社，械工業(yè)出版社，200520055 5、劉民治、劉民治, ,鐘民勛鐘民勛. . 失效分析的思路與診斷失效分析的思路與診斷, , 機(jī)械工機(jī)械工 業(yè)出版社，業(yè)出版社，19931993 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)事故調(diào)查原因事故調(diào)查原因1、 在多冰山出沒(méi)的危險(xiǎn)水域中航速過(guò)快；在多冰山出沒(méi)的危險(xiǎn)水域中航速過(guò)快；2 、救生船僅夠船上一半人使用；、救生船僅夠船上一半人使用；3 、最近的一艘船、最近的一艘船 Californian 未能前來(lái)救援；未能前來(lái)救援；4、 材料方面的原因：材料方面的原因： 造船用鋼板本身所含的組織缺陷對(duì)船的失事災(zāi)難所做的造船用鋼板本身所含的

3、組織缺陷對(duì)船的失事災(zāi)難所做的貢獻(xiàn)要比撞上冰山的大；貢獻(xiàn)要比撞上冰山的大； 因?yàn)椋旱图?jí)鋼板因?yàn)椋旱图?jí)鋼板含硫量極高含硫量極高低溫下鋼的脆性大低溫下鋼的脆性大(當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)的水溫的水溫: 13 C)； 外部沖擊載荷的作用；外部沖擊載荷的作用； 應(yīng)采用好的焊接技術(shù)以改善船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。應(yīng)采用好的焊接技術(shù)以改善船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。1986，1.28日，美國(guó)挑日，美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)宇宙飛船起飛后戰(zhàn)者號(hào)宇宙飛船起飛后幾秒種發(fā)生幾秒種發(fā)生助推器中的橡助推器中的橡膠密封圈受熱膠密封圈受熱老化失效）老化失效）2003，2.1日，美國(guó)日，美國(guó)Columbia宇宙飛船在返回大宇宙飛船在返回大氣層時(shí)偏離軌道，發(fā)生爆炸，氣層時(shí)偏離軌道，

4、發(fā)生爆炸，7名宇航員全部名宇航員全部遇難。遇難。 2009.6.1日，日，2009年年6月月1日日14時(shí)，一架載有時(shí)，一架載有228人的人的法航空客法航空客A330起飛不久后與地面失去聯(lián)系。機(jī)上起飛不久后與地面失去聯(lián)系。機(jī)上228人全部遇難，其中包括人全部遇難，其中包括9名中國(guó)人名中國(guó)人400多件飛機(jī)殘骸和行李多件飛機(jī)殘骸和行李備餐廚房備餐廚房 2009.6.30日 一名14歲女孩幸存 2010年8月24日，河南航空VD8387在黑龍江 伊春空難，42人死亡 原因原因下降高度太低？下降高度太低？ 能見度太低？能見度太低？ 降落前飛機(jī)中部已起火？降落前飛機(jī)中部已起火？沖出跑道，免費(fèi)洗澡沖出跑道，

5、免費(fèi)洗澡 既然風(fēng)箏會(huì)掛在電線上，我也會(huì)既然風(fēng)箏會(huì)掛在電線上，我也會(huì) 落得好不如落得巧落得好不如落得巧 充當(dāng)潛艇的波音充當(dāng)潛艇的波音707707 2003年年12月月23日深夜日深夜22點(diǎn)點(diǎn)30分左右，開縣川東北氣分左右，開縣川東北氣礦發(fā)生大規(guī)模天然氣井噴事故，飄散出有毒氣體礦發(fā)生大規(guī)模天然氣井噴事故，飄散出有毒氣體H2S，造成附近村莊造成附近村莊243人遇難，傷者上萬(wàn)人，人遇難，傷者上萬(wàn)人，10多萬(wàn)人被緊多萬(wàn)人被緊急疏散。這次事故是世界石油天然氣開采史上最慘重的急疏散。這次事故是世界石油天然氣開采史上最慘重的事故，也是人類工業(yè)史上最大的悲劇性事件之一事故，也是人類工業(yè)史上最大的悲劇性事件之一損

6、失慘重的原因損失慘重的原因1 1、由于毒氣彌漫，無(wú)法進(jìn)入災(zāi)區(qū)及時(shí)搶救。、由于毒氣彌漫，無(wú)法進(jìn)入災(zāi)區(qū)及時(shí)搶救。2 2、時(shí)間、地形、風(fēng)向不利。、時(shí)間、地形、風(fēng)向不利。 深夜，山區(qū)，深夜，山區(qū)， 事故井在東南方，東南風(fēng)，向西北逃，毒氣向西北追。事故井在東南方，東南風(fēng)，向西北逃，毒氣向西北追。3 3、事故井硫化氫含量極高。事故井硫化氫含量極高。4 4、撤離通知傳達(dá)難度大。、撤離通知傳達(dá)難度大。5 5、群眾自救防御能力差、群眾自救防御能力差。 井噴事故的原因井噴事故的原因1 1、對(duì)高產(chǎn)出的礦井預(yù)測(cè)不足，對(duì)高含硫高產(chǎn)出的水平、對(duì)高產(chǎn)出的礦井預(yù)測(cè)不足，對(duì)高含硫高產(chǎn)出的水平井鉆井工藝還不成熟，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員違章

7、違規(guī)井鉆井工藝還不成熟，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員違章違規(guī)井井涌井噴的直接原因；涌井噴的直接原因； 2 2、井噴失控以后，沒(méi)有及時(shí)對(duì)放噴管線實(shí)施點(diǎn)火，、井噴失控以后，沒(méi)有及時(shí)對(duì)放噴管線實(shí)施點(diǎn)火，以致大量含有高濃度硫化氫的有害氣體噴出，造成了以致大量含有高濃度硫化氫的有害氣體噴出，造成了這次事故的擴(kuò)大和嚴(yán)重。這次事故的擴(kuò)大和嚴(yán)重。海上鉆井平臺(tái)海上鉆井平臺(tái)1988年年7月月6日日22時(shí)，英國(guó)帕玻爾時(shí)，英國(guó)帕玻爾阿爾法（阿爾法（Piper Alpha）平臺(tái)由于維修失誤，）平臺(tái)由于維修失誤，維修失誤導(dǎo)致泵過(guò)早啟動(dòng)，石油泄維修失誤導(dǎo)致泵過(guò)早啟動(dòng)，石油泄 漏，造成爆炸和火災(zāi)；漏，造成爆炸和火災(zāi)； 167167人死亡，受

8、傷人數(shù)未知，損失人死亡，受傷人數(shù)未知，損失$30$30億，整個(gè)海洋平臺(tái)被破壞億，整個(gè)海洋平臺(tái)被破壞2008.4,2008.4,中鐵二十四局在南昌英雄經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)盧坑村施工時(shí)，中鐵二十四局在南昌英雄經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)盧坑村施工時(shí)，不慎挖斷地下柴油輸油管道不慎挖斷地下柴油輸油管道 舀油現(xiàn)場(chǎng)舀油現(xiàn)場(chǎng)地下輸油管線腐蝕破裂，大量原油泄漏情況地下輸油管線腐蝕破裂，大量原油泄漏情況原油泄漏造成農(nóng)田毀壞和環(huán)境污染情況原油泄漏造成農(nóng)田毀壞和環(huán)境污染情況 20062006年年1212月月2727日日, , 尼日利亞紅十字會(huì)的一位尼日利亞紅十字會(huì)的一位發(fā)言人稱，尼日利亞最大城市拉各斯輸油管發(fā)言人稱，尼日利亞最大城市拉各斯輸油

9、管爆炸，死亡人數(shù)爆炸，死亡人數(shù)850850多人，多人，6060間房屋和間房屋和5252輛汽輛汽車被燒毀。車被燒毀。 原因：原因：“油耗子油耗子”偷油引發(fā)輸油管爆炸偷油引發(fā)輸油管爆炸輸油管道爆炸現(xiàn)場(chǎng)遍布燒焦的尸體輸油管道爆炸現(xiàn)場(chǎng)遍布燒焦的尸體 往自己的臉上往自己的臉上潑水沖洗潑水沖洗 20102010年年4 4月月2020日，位于美國(guó)路易斯安那州威尼日，位于美國(guó)路易斯安那州威尼斯東南約斯東南約8282公里處海面的一座鉆井平臺(tái)發(fā)生公里處海面的一座鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸并引發(fā)大火。爆炸并引發(fā)大火。 火勢(shì)持續(xù)大約火勢(shì)持續(xù)大約3636小時(shí)后，平臺(tái)沉入墨西哥灣，小時(shí)后，平臺(tái)沉入墨西哥灣，其底部油井自其底部油井自

10、4 4月月2424日起漏油不止，造成大面日起漏油不止，造成大面積原油污染。積原油污染。 水油交融水油交融墨西哥灣海面形成墨西哥灣海面形成“原油河原油河 一截被石油浸染的繩子一截被石油浸染的繩子 海鳥清洗海鳥清洗 原油塊原油塊 英國(guó)石油公司已為漏油事件支出英國(guó)石油公司已為漏油事件支出1010億多美元，分析人士認(rèn)億多美元，分析人士認(rèn)為，該公司今后用于清潔油污以及應(yīng)付索賠的費(fèi)用支出在為，該公司今后用于清潔油污以及應(yīng)付索賠的費(fèi)用支出在3030億美元至億美元至250250億美元之間。此外，漏油事件發(fā)生以來(lái)，該公司億美元之間。此外，漏油事件發(fā)生以來(lái)，該公司股價(jià)也大幅下跌股價(jià)也大幅下跌 2010年年7月月1

11、6日日18時(shí)時(shí)12分，遼寧省大連市大孤山新港碼頭輸油分，遼寧省大連市大孤山新港碼頭輸油 管道因爆裂引發(fā)爆炸起火，引發(fā)其中的管道因爆裂引發(fā)爆炸起火，引發(fā)其中的103號(hào)儲(chǔ)油罐起火號(hào)儲(chǔ)油罐起火 一艘一艘3030萬(wàn)噸級(jí)外籍油輪泄油引發(fā)輸油管線爆炸，連續(xù)發(fā)生萬(wàn)噸級(jí)外籍油輪泄油引發(fā)輸油管線爆炸，連續(xù)發(fā)生6 6次爆炸，泄漏原油污染的海域面積已從次爆炸，泄漏原油污染的海域面積已從5050平方公里蔓延至平方公里蔓延至183183公里。公里。 手工轉(zhuǎn)動(dòng)手工轉(zhuǎn)動(dòng)8 8萬(wàn)次關(guān)閉閥門萬(wàn)次關(guān)閉閥門 原因：有可能歸咎于外籍油輪卸油過(guò)程中的違規(guī)作業(yè)，即油原因：有可能歸咎于外籍油輪卸油過(guò)程中的違規(guī)作業(yè)，即油輪在卸油時(shí)附加催化劑

12、有關(guān)？輪在卸油時(shí)附加催化劑有關(guān)？ 后果：全部的直接損失估計(jì)將不超過(guò)后果：全部的直接損失估計(jì)將不超過(guò)3 3億元人民幣，對(duì)于周億元人民幣，對(duì)于周邊環(huán)境損失目前難以評(píng)估邊環(huán)境損失目前難以評(píng)估石油不僅影響水質(zhì)和水中動(dòng)、植物的生存，而且石油類物石油不僅影響水質(zhì)和水中動(dòng)、植物的生存，而且石油類物質(zhì)中的一些物質(zhì)還可能通過(guò)食物鏈傳遞給人體。這些后遺質(zhì)中的一些物質(zhì)還可能通過(guò)食物鏈傳遞給人體。這些后遺癥無(wú)疑將或多或少影響大連的海洋漁業(yè)癥無(wú)疑將或多或少影響大連的海洋漁業(yè)時(shí)間時(shí)間/ /地點(diǎn)地點(diǎn)原原 因因后后 果果19741974年年6 6月月Flixborough,Flixborough,英國(guó)英國(guó)化工廠的連接管斷裂，

13、環(huán)己烷泄化工廠的連接管斷裂，環(huán)己烷泄漏，發(fā)生爆炸漏，發(fā)生爆炸2828名工人當(dāng)場(chǎng)死亡，幾百家居民房屋破名工人當(dāng)場(chǎng)死亡，幾百家居民房屋破壞，高層建筑被拆毀壞，高層建筑被拆毀19761976年年7 7月月Seveso, Seveso, 意大利意大利三氯苯酚反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)沒(méi)完三氯苯酚反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)沒(méi)完即被關(guān)閉，保護(hù)圓盤失效，反應(yīng)即被關(guān)閉，保護(hù)圓盤失效，反應(yīng)物和劇毒的物和劇毒的副產(chǎn)品泄漏副產(chǎn)品泄漏死亡人數(shù)未知，大量的家畜死亡，死亡人數(shù)未知，大量的家畜死亡，2 2平方公里的土地顆粒無(wú)收，造成當(dāng)?shù)鼐悠椒焦锏耐恋仡w粒無(wú)收，造成當(dāng)?shù)鼐用駱O度恐慌民極度恐慌19791979年年3 3月月三哩島核電站三哩島核電

14、站核電站冷卻系統(tǒng)失效核電站冷卻系統(tǒng)失效無(wú)人傷亡，損失無(wú)人傷亡，損失$13$13億，核設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞，億，核設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞，無(wú)法再運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)法再運(yùn)轉(zhuǎn)19841984年年9 9月月Mexico CityMexico City，墨西，墨西哥哥LPGLPG管線斷裂，發(fā)生管線斷裂，發(fā)生5 5次次BLEVEBLEVE，2 2次火災(zāi)和爆炸次火災(zāi)和爆炸650650人死亡，人死亡，27002700人受傷，設(shè)備損失人受傷，設(shè)備損失$2$2千千萬(wàn)萬(wàn)19841984年年1212月月Bhopal,Bhopal,印度印度甲基甲基異氰酸鹽泄漏異氰酸鹽泄漏40004000人死亡，人死亡，200200，000000人受傷，賠償損人受傷

15、，賠償損失失$47$47億億19861986年年4 4月月ChernobylChernobyl核電站，核電站，前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)電壓突然波動(dòng)，反應(yīng)堆電壓突然波動(dòng)，反應(yīng)堆鐵芯熔化鐵芯熔化3030人死亡，人死亡，500500人受傷，到人受傷，到19891989年底損失年底損失大于大于$55$55億，大量輻射物質(zhì)釋放造成環(huán)境億，大量輻射物質(zhì)釋放造成環(huán)境污染；幾千人慢性死亡污染；幾千人慢性死亡19881988年年7 7月月北海海洋平臺(tái)北海海洋平臺(tái)維修失誤導(dǎo)致泵過(guò)早啟動(dòng)，石油維修失誤導(dǎo)致泵過(guò)早啟動(dòng)，石油泄漏，造成爆炸和火災(zāi)泄漏，造成爆炸和火災(zāi)167167人死亡，受傷人數(shù)未知，損失人死亡，受傷人數(shù)未知，損失$1

16、0$10億，整個(gè)海洋平臺(tái)被破壞億，整個(gè)海洋平臺(tái)被破壞19891989年年1010月月PasadenaPasadena，TexasTexas石油化工廠乙烯石油化工廠乙烯異丁烷異丁烷泄漏泄漏2323人死亡，人死亡，132132人受傷，損失人受傷，損失$70$70億億 2010年，印度一家地方法院對(duì)年，印度一家地方法院對(duì)1984年博帕爾毒氣泄漏事件做出年博帕爾毒氣泄漏事件做出判決，聯(lián)合碳化物（印度）有限公司的判決，聯(lián)合碳化物（印度）有限公司的7名印度籍高管當(dāng)天被裁名印度籍高管當(dāng)天被裁定因玩忽職守導(dǎo)致他人死亡，各自將面臨最高兩年的有期徒刑定因玩忽職守導(dǎo)致他人死亡，各自將面臨最高兩年的有期徒刑http:

17、/ 概述概述第二章第二章 失效分析基礎(chǔ)知識(shí)失效分析基礎(chǔ)知識(shí)第三章第三章 金屬構(gòu)件常見失效形式及其判斷金屬構(gòu)件常見失效形式及其判斷 第四章第四章 石油工業(yè)中的常見失效形式及原因石油工業(yè)中的常見失效形式及原因 第五章第五章 其他材料的失效分析其他材料的失效分析 第六章第六章 失效分析的思路、程序和基本技能失效分析的思路、程序和基本技能 第七章第七章 失效實(shí)例分析失效實(shí)例分析 第一章第一章 概論概論1-11-1、金屬構(gòu)件的失效與失效分析、金屬構(gòu)件的失效與失效分析 構(gòu)件構(gòu)件：組成各種金屬設(shè)備的零部件：組成各種金屬設(shè)備的零部件壓力容器壓力容器: :殼體、接管、連接結(jié)構(gòu)、支座殼體、接管、連接結(jié)構(gòu)、支座換熱

18、器：殼體、換熱管束、管板、支承換熱器：殼體、換熱管束、管板、支承產(chǎn)品產(chǎn)品構(gòu)件構(gòu)件 割草機(jī)割草機(jī) 300鋼琴鋼琴12,000汽車汽車 15,000波音波音 747-4006,000,000不同產(chǎn)品的構(gòu)件數(shù)量不同產(chǎn)品的構(gòu)件數(shù)量1 1、失效的定義失效的定義 構(gòu)件不能正確行使其功能構(gòu)件不能正確行使其功能 （美國(guó)（美國(guó)金屬手冊(cè)金屬手冊(cè)）l 當(dāng)它完全不能工作時(shí)當(dāng)它完全不能工作時(shí)l 仍然可以工作，但已不能令人滿意地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能時(shí)仍然可以工作，但已不能令人滿意地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能時(shí)l 受到嚴(yán)重?fù)p傷不能可靠而安全地繼續(xù)使用，必須立即從產(chǎn)受到嚴(yán)重?fù)p傷不能可靠而安全地繼續(xù)使用，必須立即從產(chǎn) 品或裝備上拆下來(lái)進(jìn)行修理或

19、更換時(shí)品或裝備上拆下來(lái)進(jìn)行修理或更換時(shí)1-11-1、金屬構(gòu)件的失效與失效分析、金屬構(gòu)件的失效與失效分析2 2、失效分析、失效分析 定義定義 判斷失效構(gòu)件的失效模式，查找失效機(jī)理和原因判斷失效構(gòu)件的失效模式，查找失效機(jī)理和原因 分類分類 事前分析事前分析 事中分析事中分析 事后分析事后分析1-11-1、金屬構(gòu)件的失效與失效分析、金屬構(gòu)件的失效與失效分析1-21-2、失效分析的意義、目的、任務(wù)、失效分析的意義、目的、任務(wù)1 1、失效分析的目的、失效分析的目的 明確失效原因與機(jī)理，找出解決此類問(wèn)題的辦法明確失效原因與機(jī)理，找出解決此類問(wèn)題的辦法2 2、失效分析的意義、失效分析的意義 1 1）促進(jìn)科學(xué)

20、技術(shù)的發(fā)展）促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 1-21-2、失效分析的意義、目的、任務(wù)、失效分析的意義、目的、任務(wù) 19 19世紀(jì)中期，鐵路運(yùn)輸出現(xiàn)世紀(jì)中期，鐵路運(yùn)輸出現(xiàn) 不久，頻繁出現(xiàn)車軸斷裂不久，頻繁出現(xiàn)車軸斷裂 大量失效分析和試驗(yàn)，找到原因大量失效分析和試驗(yàn)，找到原因疲勞疲勞 二戰(zhàn)期間，美國(guó)二戰(zhàn)期間，美國(guó)25002500艘全焊接結(jié)構(gòu)艘全焊接結(jié)構(gòu)“自由輪自由輪”發(fā)生破壞，發(fā)生破壞， 238238艘報(bào)廢，艘報(bào)廢，1919艘沉沒(méi)，其中艘沉沒(méi)，其中2424艘甲板完全斷裂艘甲板完全斷裂 事故發(fā)生地點(diǎn)：美國(guó)事故發(fā)生地點(diǎn)：美國(guó)- -冰島冰島- -英國(guó)北大西洋航線，英國(guó)北大西洋航線， 氣溫：零度以下氣溫：零度以下 原

21、因：低溫韌性轉(zhuǎn)變?cè)颍旱蜏仨g性轉(zhuǎn)變2 2、失效分析的意義、失效分析的意義 2 2）提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量）提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量1-21-2、失效分析的意義、目的、任務(wù)、失效分析的意義、目的、任務(wù) 日本，機(jī)械產(chǎn)品曾因低劣聞名于世， 目前，質(zhì)量在世界范圍內(nèi)占有優(yōu)勢(shì) 豐田皇冠、凌志、筆記本、相機(jī)、鋼琴 30多年前系統(tǒng)分析各國(guó)金屬設(shè)備失效情況，著重 研究失效原因及改進(jìn)措施 汽車召回事件：雷克薩斯、卡羅拉、花冠等 四川普光氣田的開發(fā)，不銹鋼、密封圈的研發(fā)四川普光氣田的開發(fā)，不銹鋼、密封圈的研發(fā)2 2、失效分析的意義、失效分析的意義3 3）具有高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益）具有高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益4 4）可

22、為裁決）可為裁決事故責(zé)任事故責(zé)任、偵破犯罪案件、開展技術(shù)保險(xiǎn)、偵破犯罪案件、開展技術(shù)保險(xiǎn)業(yè)務(wù)、修改和制訂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供可靠的科學(xué)技業(yè)務(wù)、修改和制訂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供可靠的科學(xué)技術(shù)依據(jù)術(shù)依據(jù)1-21-2、失效分析的意義、目的、任務(wù)、失效分析的意義、目的、任務(wù) 某磷肥廠從國(guó)外進(jìn)口的價(jià)值幾十萬(wàn)美元的設(shè)備，使用不到9個(gè)月，主機(jī)葉片撕裂 告知外商，返回處理意見為操作者違章引起應(yīng)力腐蝕斷裂 該廠是存在PH控制問(wèn)題，葉片邊緣有應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象； 進(jìn)一步分析，葉片斷裂起裂點(diǎn)不在應(yīng)力腐蝕區(qū)，在葉片焊縫區(qū)，表明由焊接質(zhì)量不良引起 再次與外商交涉，承認(rèn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，同意賠償3 3、失效分析的任務(wù)失效分析的任務(wù) 判斷

23、失效性質(zhì)判斷失效性質(zhì) 分析失效原因分析失效原因 采取措施提高材料或產(chǎn)品的失效抗力采取措施提高材料或產(chǎn)品的失效抗力1-3. 1-3. 金屬構(gòu)件的失效形式及失效原因金屬構(gòu)件的失效形式及失效原因 失效形式失效形式 彈性變形失效彈性變形失效 塑性變形失效塑性變形失效 韌性斷裂失效韌性斷裂失效 脆性斷裂失效脆性斷裂失效 疲勞斷裂失效疲勞斷裂失效 腐蝕失效腐蝕失效 磨損失效磨損失效 失效原因失效原因 設(shè)計(jì)不合理設(shè)計(jì)不合理 選材不當(dāng)及材料腐蝕選材不當(dāng)及材料腐蝕 制造工藝不合理制造工藝不合理 使用操作不當(dāng)和維修不當(dāng)使用操作不當(dāng)和維修不當(dāng)1-41-4、失效分析與其他學(xué)科的關(guān)系、失效分析與其他學(xué)科的關(guān)系 一門新興

24、的綜合性的技術(shù)學(xué)科一門新興的綜合性的技術(shù)學(xué)科 涉及材料科學(xué)、力學(xué)、摩擦學(xué)、腐蝕學(xué)、機(jī)械制涉及材料科學(xué)、力學(xué)、摩擦學(xué)、腐蝕學(xué)、機(jī)械制造工藝學(xué)、無(wú)損檢驗(yàn)等多門學(xué)科造工藝學(xué)、無(wú)損檢驗(yàn)等多門學(xué)科 許多學(xué)科為失效分析服務(wù)，失效分析結(jié)果又促進(jìn)許多學(xué)科為失效分析服務(wù)，失效分析結(jié)果又促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展其他學(xué)科的發(fā)展 火車斷軸火車斷軸 疲勞概念疲勞概念 大量重復(fù)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)大量重復(fù)應(yīng)力實(shí)驗(yàn) S-N疲勞曲線和疲勞極限疲勞曲線和疲勞極限 彗星號(hào)噴氣式客機(jī)墜落后開展研究，伊麗莎白二世彗星號(hào)噴氣式客機(jī)墜落后開展研究，伊麗莎白二世號(hào)輪船葉片失效分析號(hào)輪船葉片失效分析 疲勞研究新篇章疲勞研究新篇章 20世紀(jì)世紀(jì)40年代英國(guó)皇家

25、飛機(jī)失事，年代英國(guó)皇家飛機(jī)失事，20世紀(jì)世紀(jì)50年代美國(guó)年代美國(guó)數(shù)起電站設(shè)備飛裂事故數(shù)起電站設(shè)備飛裂事故 金屬氫脆金屬氫脆 金屬氫脆與應(yīng)力腐蝕斷裂的發(fā)現(xiàn)及機(jī)理認(rèn)識(shí)金屬氫脆與應(yīng)力腐蝕斷裂的發(fā)現(xiàn)及機(jī)理認(rèn)識(shí) ， 推動(dòng)推動(dòng)腐蝕學(xué)科發(fā)展腐蝕學(xué)科發(fā)展1 1）歷史發(fā)展的三階段）歷史發(fā)展的三階段 失效分析的初級(jí)階段失效分析的初級(jí)階段 第一次世界工業(yè)革命前，簡(jiǎn)單的手工生產(chǎn)時(shí)期第一次世界工業(yè)革命前，簡(jiǎn)單的手工生產(chǎn)時(shí)期 金屬制品規(guī)模小、數(shù)量少，未重視失效，處于現(xiàn)象描述和經(jīng)驗(yàn)階段金屬制品規(guī)模小、數(shù)量少，未重視失效，處于現(xiàn)象描述和經(jīng)驗(yàn)階段 近代失效分析階段近代失效分析階段 世界工業(yè)革命開始，生產(chǎn)大發(fā)展時(shí)期世界工業(yè)革命開

26、始，生產(chǎn)大發(fā)展時(shí)期 金屬制品向大型、復(fù)雜、多功能開拓。失效頻繁引起重視，促使斷金屬制品向大型、復(fù)雜、多功能開拓。失效頻繁引起重視，促使斷裂力學(xué)的誕生裂力學(xué)的誕生 現(xiàn)代失效分析階段現(xiàn)代失效分析階段 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代以后，電子行業(yè)、微觀觀測(cè)儀器的出現(xiàn)，年代以后，電子行業(yè)、微觀觀測(cè)儀器的出現(xiàn)， 失效分析發(fā)展為獨(dú)立學(xué)科失效分析發(fā)展為獨(dú)立學(xué)科1-51-5、失效分析的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀、失效分析的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 2 2）現(xiàn)狀）現(xiàn)狀 美國(guó)美國(guó)：每年由于斷裂事故及有關(guān)的失效分析耗資達(dá)：每年由于斷裂事故及有關(guān)的失效分析耗資達(dá)11401140億美元，相當(dāng)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的億美元，相當(dāng)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4%

27、4%。 涉及國(guó)防及尖端部門的軍工、核工業(yè)、宇航等的失效分涉及國(guó)防及尖端部門的軍工、核工業(yè)、宇航等的失效分析在國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)析在國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)( (如橡樹嶺國(guó)立研究所、肯尼迪中心如橡樹嶺國(guó)立研究所、肯尼迪中心、約翰遜中心、西南研究院等、約翰遜中心、西南研究院等) )進(jìn)行進(jìn)行 民用工業(yè)的失效分析是在大公司的研究機(jī)構(gòu)民用工業(yè)的失效分析是在大公司的研究機(jī)構(gòu)( (如如AmocoAmoco的的研究中心研究中心) )進(jìn)行進(jìn)行 還有一大批商業(yè)性的失效分析公司還有一大批商業(yè)性的失效分析公司 英國(guó)英國(guó) 國(guó)立工程研究所國(guó)立工程研究所(NEL)(NEL) 國(guó)立物理研究所國(guó)立物理研究所(NPL)(NPL) 焊接研究所焊

28、接研究所(WL)(WL) 中央電力局中央電力局(CEGB)(CEGB) 英國(guó)石油英國(guó)石油(BP)(BP) 英國(guó)煤氣天然氣公司英國(guó)煤氣天然氣公司(BG)(BG)19941994年出版年出版“工程失效分析工程失效分析”國(guó)際性刊物國(guó)際性刊物 德國(guó)德國(guó)： 有有500500個(gè)研究機(jī)構(gòu)及保險(xiǎn)公司專門從事失效分析工作，可個(gè)研究機(jī)構(gòu)及保險(xiǎn)公司專門從事失效分析工作，可稱為失效分析工作組織化程度最高的國(guó)家。稱為失效分析工作組織化程度最高的國(guó)家。 德國(guó)有專門的德國(guó)有專門的“機(jī)械失效機(jī)械失效”雜志，在國(guó)際上享有崇高聲雜志，在國(guó)際上享有崇高聲譽(yù)譽(yù) 日本日本 東京大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)以及國(guó)立的日本原東京大學(xué)、東京

29、工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)以及國(guó)立的日本原子力研究所、金屬材料技術(shù)研究所、產(chǎn)業(yè)安全研究所等子力研究所、金屬材料技術(shù)研究所、產(chǎn)業(yè)安全研究所等，均積極從事失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防的研究工作，均積極從事失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防的研究工作 我國(guó)從我國(guó)從7070年代起在全國(guó)范圍內(nèi)加強(qiáng)失效分析工作年代起在全國(guó)范圍內(nèi)加強(qiáng)失效分析工作 1980198019931993年：召開六次數(shù)百人參加的全國(guó)失效分析學(xué)術(shù)會(huì)議并出版年：召開六次數(shù)百人參加的全國(guó)失效分析學(xué)術(shù)會(huì)議并出版了論文集。了論文集。 19871987年：成立了失效分析與預(yù)防工作委員會(huì)，在全國(guó)范圍組建了年：成立了失效分析與預(yù)防工作委員會(huì)，在全國(guó)范圍組建了“失失效分析網(wǎng)點(diǎn)效分析網(wǎng)點(diǎn)”

30、機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)。 19891989年：國(guó)務(wù)院發(fā)布了年：國(guó)務(wù)院發(fā)布了“特別重大事故調(diào)查程序暫行規(guī)定特別重大事故調(diào)查程序暫行規(guī)定”，并同時(shí)，并同時(shí)組建了組建了“全國(guó)安全生產(chǎn)委員會(huì)專家組全國(guó)安全生產(chǎn)委員會(huì)專家組”。 19921992年年1212月：全國(guó)月：全國(guó)2222個(gè)一級(jí)學(xué)會(huì)聯(lián)合召開了個(gè)一級(jí)學(xué)會(huì)聯(lián)合召開了“機(jī)電機(jī)電裝備失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防戰(zhàn)略研討會(huì)裝備失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防戰(zhàn)略研討會(huì)” 19941994年年7 7月：中國(guó)科協(xié)組建了有月：中國(guó)科協(xié)組建了有2424個(gè)一級(jí)學(xué)會(huì)參加個(gè)一級(jí)學(xué)會(huì)參加的最高權(quán)威機(jī)構(gòu)的最高權(quán)威機(jī)構(gòu)“全國(guó)失效分析與預(yù)防中心全國(guó)失效分析與預(yù)防中心”，師，師昌緒等院士為中心的名譽(yù)主任或高級(jí)顧問(wèn)昌緒等

31、院士為中心的名譽(yù)主任或高級(jí)顧問(wèn) 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析分會(huì)（前身為中國(guó)機(jī)械中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析分會(huì)（前身為中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析工作委員會(huì)）成立于工程學(xué)會(huì)失效分析工作委員會(huì)）成立于19861986年年8 8月，月，19931993年更名為中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析分會(huì)。失年更名為中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析分會(huì)。失效分析分會(huì)已在全國(guó)發(fā)展了效分析分會(huì)已在全國(guó)發(fā)展了7 7個(gè)專業(yè)委員會(huì)（組）、個(gè)專業(yè)委員會(huì)（組）、4444個(gè)全國(guó)性失效分析網(wǎng)點(diǎn)單位、上千名失效分析專個(gè)全國(guó)性失效分析網(wǎng)點(diǎn)單位、上千名失效分析專家和失效分析工程師。家和失效分析工程師。 現(xiàn)任主任委員為李鶴林院士，陳蘊(yùn)博院士、柯偉院現(xiàn)任主任委

32、員為李鶴林院士，陳蘊(yùn)博院士、柯偉院士、涂銘旌院士、徐濱士院士和鐘群鵬院士為分會(huì)士、涂銘旌院士、徐濱士院士和鐘群鵬院士為分會(huì)的顧問(wèn)。學(xué)會(huì)秘書處設(shè)在北京航空航天大學(xué)內(nèi)的顧問(wèn)。學(xué)會(huì)秘書處設(shè)在北京航空航天大學(xué)內(nèi) 北航、華南理工、上海交大、中石油管材所北航、華南理工、上海交大、中石油管材所1-61-6、失效分析工作者的主要任務(wù)和業(yè)務(wù)素質(zhì)、失效分析工作者的主要任務(wù)和業(yè)務(wù)素質(zhì)1 1、主要任務(wù)、主要任務(wù) 收集關(guān)于失效構(gòu)件的相關(guān)信息收集關(guān)于失效構(gòu)件的相關(guān)信息 宏觀檢驗(yàn)宏觀檢驗(yàn) 微觀分析微觀分析 綜合性分析綜合性分析 模擬試驗(yàn)?zāi)M試驗(yàn)2 2、業(yè)務(wù)要求、業(yè)務(wù)要求 知識(shí)面要廣知識(shí)面要廣 高度的事業(yè)心與責(zé)任感高度的事業(yè)

33、心與責(zé)任感 熟練運(yùn)用分析技術(shù)手段熟練運(yùn)用分析技術(shù)手段 正確分析思路及良好判斷能力正確分析思路及良好判斷能力 良好的合作精神良好的合作精神第一章第一章 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 失效的定義失效的定義 失效分析的定義失效分析的定義 失效分析的意義失效分析的意義第二章第二章 失效分析基礎(chǔ)知識(shí)失效分析基礎(chǔ)知識(shí)2-1.2-1.金屬構(gòu)件中可能引起失效的常見缺陷金屬構(gòu)件中可能引起失效的常見缺陷2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄造：將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型鑄造：將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型 里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形 狀

34、、尺寸和性能的鑄件的工藝過(guò)程狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過(guò)程 縮孔縮孔 疏松疏松 偏析偏析 內(nèi)裂紋內(nèi)裂紋 氣泡氣泡 白點(diǎn)白點(diǎn) 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷1) 1) 縮孔與疏松縮孔與疏松 縮孔縮孔： 金屬在冷凝過(guò)程中由于體積的收縮而在鑄錠金屬在冷凝過(guò)程中由于體積的收縮而在鑄錠或鑄件心部形成管狀或鑄件心部形成管狀( (或喇叭狀或喇叭狀) )或分散的孔洞或分散的孔洞 縮孔的形成縮孔的形成 純金屬、共晶成分合金、凝固溫度范圍窄的合金，澆注后純金屬、共晶成分合金、凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的凝固過(guò)程。在凝固過(guò)程中，如果得在

35、型腔內(nèi)是由表及里的凝固過(guò)程。在凝固過(guò)程中，如果得不到合金液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方產(chǎn)生縮孔。不到合金液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方產(chǎn)生縮孔?？s縮 孔孔古錢幣古錢幣縮孔縮孔厚重大錢容易產(chǎn)生厚重大錢容易產(chǎn)生 根據(jù)鑄件順序凝固的規(guī)律，鑄幣遠(yuǎn)離澆冒口的部位最先根據(jù)鑄件順序凝固的規(guī)律，鑄幣遠(yuǎn)離澆冒口的部位最先凝固，然后是靠近澆冒口的部分凝固，最后才是澆冒口本凝固，然后是靠近澆冒口的部分凝固，最后才是澆冒口本身凝固。身凝固。 當(dāng)鑄幣在凝固過(guò)程中發(fā)生收縮時(shí)，最先凝固的部分可以當(dāng)鑄幣在凝固過(guò)程中發(fā)生收縮時(shí)，最先凝固的部分可以得到較慢凝固部分的補(bǔ)縮，而較慢凝固的部分會(huì)得到澆冒得到較慢凝固部分的補(bǔ)縮，而較慢凝

36、固的部分會(huì)得到澆冒口的補(bǔ)縮?？诘难a(bǔ)縮。 在大多數(shù)情況下，縮孔都集中在澆冒口中。但是，當(dāng)澆在大多數(shù)情況下，縮孔都集中在澆冒口中。但是，當(dāng)澆冒口設(shè)置過(guò)小或澆冒口中的金屬液不足以滿足鑄幣的補(bǔ)縮冒口設(shè)置過(guò)小或澆冒口中的金屬液不足以滿足鑄幣的補(bǔ)縮需求時(shí)，就會(huì)在鑄幣的邊緣產(chǎn)生縮孔需求時(shí)，就會(huì)在鑄幣的邊緣產(chǎn)生縮孔 縮孔的影響因素縮孔的影響因素 液態(tài)金屬的溫度液態(tài)金屬的溫度 溫度越高，液、固相體積差大，縮孔體積大溫度越高，液、固相體積差大，縮孔體積大 鑄錠的大小鑄錠的大小 鑄型壁越薄，受熱越快，液態(tài)金屬不易冷卻，剛澆完鑄型時(shí)鑄型壁越薄，受熱越快，液態(tài)金屬不易冷卻，剛澆完鑄型時(shí)的液態(tài)金屬體積越大，縮孔越大的液態(tài)

37、金屬體積越大，縮孔越大 冷卻條件冷卻條件 急劇冷卻時(shí)澆注金屬，可以避免形成集中縮孔急劇冷卻時(shí)澆注金屬，可以避免形成集中縮孔 在金屬的整個(gè)體積中分布許多細(xì)小縮孔，即在金屬的整個(gè)體積中分布許多細(xì)小縮孔，即疏松疏松 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷疏松形成過(guò)程示意圖疏松形成過(guò)程示意圖疏疏 松松 疏松分類疏松分類 枝晶疏松枝晶疏松 晶間疏松晶間疏松 疏松的危害疏松的危害 鑄件中存在疏松，顯著降低力學(xué)性能，可能成為疲鑄件中存在疏松，顯著降低力學(xué)性能，可能成為疲勞源勞源 鋼材中存在疏松，降低力學(xué)性能鋼材中存在疏松，降低力學(xué)性能 金屬中存在疏松，對(duì)機(jī)加工后的表面粗糙度有影響金屬中存在

38、疏松，對(duì)機(jī)加工后的表面粗糙度有影響 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷金屬冷凝以樹枝晶形式結(jié)晶，在樹枝晶的晶軸凝固后金屬體積收縮，軸間金屬溶液不足得不到補(bǔ)充，形成晶軸間顯微縮孔各處晶?；灸毯?，由于晶粒間的金屬溶液不足而又得不到補(bǔ)充，形成晶粒間的顯微縮孔2 2）偏析）偏析 定義定義：金屬在冷凝過(guò)程中，由于某些因素的影響形：金屬在冷凝過(guò)程中，由于某些因素的影響形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象 分類分類 晶內(nèi)偏析與晶間偏析晶內(nèi)偏析與晶間偏析 區(qū)域偏析區(qū)域偏析 比重偏析比重偏析 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析（枝晶偏析

39、）：由于擴(kuò)散不足，在凝固后的金屬中，（枝晶偏析）：由于擴(kuò)散不足，在凝固后的金屬中，存在晶體范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象存在晶體范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象 晶間偏析晶間偏析：先凝固晶體與后凝固晶體的成分不均勻現(xiàn)象：先凝固晶體與后凝固晶體的成分不均勻現(xiàn)象 區(qū)域偏析區(qū)域偏析：金屬冷凝時(shí)由于外層與心部組元溶點(diǎn)不同造成的：金屬冷凝時(shí)由于外層與心部組元溶點(diǎn)不同造成的偏析偏析 比重偏析比重偏析：金屬冷凝時(shí)溶液密度不同形成的化學(xué)成分不均勻：金屬冷凝時(shí)溶液密度不同形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象現(xiàn)象 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷橫向，低倍方形偏析橫向，低倍方形偏析100倍金屬鑄件凝固后的組織形貌金屬鑄

40、件凝固后的組織形貌純金屬純金屬固溶體合金固溶體合金加變質(zhì)劑合金加變質(zhì)劑合金填砂澆鑄葉片根部的枝晶填砂澆鑄葉片根部的枝晶(紅色紅色) W-Mo-Ni鑄造合金鑄造合金 （鑄造鎳基高溫合金）（鑄造鎳基高溫合金） 3 3）氣泡和白點(diǎn)）氣泡和白點(diǎn) 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷氣氣 泡泡侵入氣孔侵入氣孔析出氣孔析出氣孔由于鑄型中形成的氣體侵入了金屬液并且沒(méi)有逸出型腔外而形成 熔煉過(guò)程中金屬液吸收了較多的氣體而形成 氣泡的危害：氣泡的危害： 減少金屬鑄件的有效截面，由于缺口效應(yīng)，大大減少金屬鑄件的有效截面，由于缺口效應(yīng)，大大降低材料強(qiáng)度降低材料強(qiáng)度 鑄錠表面有氣泡，在隨后的鍛壓時(shí)

41、可能形成細(xì)紋或鑄錠表面有氣泡，在隨后的鍛壓時(shí)可能形成細(xì)紋或裂縫裂縫 在某些合金中，可能產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致裂縫在某些合金中，可能產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致裂縫 2.1.1 2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷鑄態(tài)金屬組織缺陷白點(diǎn)白點(diǎn) 氫氫 橫截面：短小不連續(xù)橫截面：短小不連續(xù)發(fā)絲狀裂縫發(fā)絲狀裂縫 縱截面：表面光滑、縱截面：表面光滑、銀白色的圓形或橢圓型銀白色的圓形或橢圓型斑點(diǎn)（白點(diǎn)）斑點(diǎn)（白點(diǎn)）危害：縱向抗拉強(qiáng)度與彈性極限下降不多，伸長(zhǎng)率顯著下降；危害：縱向抗拉強(qiáng)度與彈性極限下降不多，伸長(zhǎng)率顯著下降； 橫向力學(xué)性能比縱向降低更多橫向力學(xué)性能比縱向降低更多2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷

42、通過(guò)鍛造和軋制工序，可以改善或消除鑄態(tài)金屬的通過(guò)鍛造和軋制工序，可以改善或消除鑄態(tài)金屬的某些缺陷（疏松、起泡）某些缺陷（疏松、起泡） 如果工藝不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生缺陷組織如果工藝不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生缺陷組織 內(nèi)部組織缺陷內(nèi)部組織缺陷 表面缺陷表面缺陷 鍛造：利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生鍛造：利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生 塑性變形以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形塑性變形以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形 狀和尺寸鍛件的加工方法狀和尺寸鍛件的加工方法 1 1）內(nèi)部組織缺陷）內(nèi)部組織缺陷（1 1）粗大的魏氏體組織）粗大的魏氏體組織 形成：在熱軋或停鍛溫度較高時(shí)，由于奧氏體晶粒粗大，形成：在熱軋或停

43、鍛溫度較高時(shí)，由于奧氏體晶粒粗大，在隨后冷卻時(shí)先析出物沿晶界析出，并以一定方向向晶粒在隨后冷卻時(shí)先析出物沿晶界析出，并以一定方向向晶粒內(nèi)部生長(zhǎng)，或平行排列，或成一定角度。內(nèi)部生長(zhǎng)，或平行排列，或成一定角度。 危害：材料脆性增大，強(qiáng)度下降危害：材料脆性增大，強(qiáng)度下降魏氏體組織魏氏體組織（2 2）網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織）網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織 破壞材料性能的均勻性和連貫性，是工、模具過(guò)早失效的破壞材料性能的均勻性和連貫性，是工、模具過(guò)早失效的內(nèi)在因素內(nèi)在因素2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物碳素工具鋼帶狀組織帶狀組織（3 3）鋼材表層脫碳）鋼材表層

44、脫碳 鋼加熱時(shí)，金屬表層的碳原子燒損，使金屬表層碳鋼加熱時(shí)，金屬表層的碳原子燒損，使金屬表層碳成分低于內(nèi)層的現(xiàn)象成分低于內(nèi)層的現(xiàn)象 危害：脫碳層硬度、強(qiáng)度較低，受力時(shí)易開裂而成危害：脫碳層硬度、強(qiáng)度較低，受力時(shí)易開裂而成為裂源為裂源2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷軸承鋼，熱處理時(shí)保護(hù)氣體軸承鋼，熱處理時(shí)保護(hù)氣體N2流量不夠，爐流量不夠，爐內(nèi)內(nèi)殘存殘存O2 2 2）表面缺陷）表面缺陷 定義：影響鋼材表面完整性和表面粗糙度等的表面質(zhì)量的缺定義：影響鋼材表面完整性和表面粗糙度等的表面質(zhì)量的缺陷陷 分類分類 折疊折疊 劃痕劃痕 結(jié)疤結(jié)疤 表面裂紋表面裂紋 分層分層2.1

45、.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷（1 1）折疊）折疊 形成：材料表面在前一道鍛、軋中所產(chǎn)生的尖角，在隨后的形成：材料表面在前一道鍛、軋中所產(chǎn)生的尖角，在隨后的鍛、軋時(shí)壓入金屬本身而形成的鍛、軋時(shí)壓入金屬本身而形成的 形貌：直線狀、鋸齒狀，分布于鋼材的全長(zhǎng)，或斷續(xù)狀局部形貌：直線狀、鋸齒狀，分布于鋼材的全長(zhǎng)，或斷續(xù)狀局部分布，深淺不一分布，深淺不一 鋼材表面的折疊，采用機(jī)加工方法可去除；型材表面因不再鋼材表面的折疊，采用機(jī)加工方法可去除；型材表面因不再進(jìn)行機(jī)加工，如果表面存在嚴(yán)重折疊，不能使用進(jìn)行機(jī)加工，如果表面存在嚴(yán)重折疊，不能使用2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋

46、制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷鋼管內(nèi)壁的折疊和結(jié)疤鋼管內(nèi)壁的折疊和結(jié)疤折疊折疊（2 2）劃痕（刮傷、擦傷）劃痕（刮傷、擦傷） 在生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程中，鋼材表面受到機(jī)械刮傷形成的溝痕在生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程中，鋼材表面受到機(jī)械刮傷形成的溝痕 危害危害 降低金屬的強(qiáng)度降低金屬的強(qiáng)度 造成應(yīng)力集中導(dǎo)致斷裂造成應(yīng)力集中導(dǎo)致斷裂 裂紋或裂紋擴(kuò)展的中心裂紋或裂紋擴(kuò)展的中心2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷（3 3）結(jié)疤）結(jié)疤 金屬錠及型材表面由于處理不當(dāng)造成的粗糙不平的凹坑金屬錠及型材表面由于處理不當(dāng)造成的粗糙不平的凹坑 危害危害 如果還進(jìn)行切削加工，則對(duì)材料質(zhì)量損害不大如果還進(jìn)行切削加工

47、，則對(duì)材料質(zhì)量損害不大 在板材上（薄板），成為腐蝕中心，在板材上（薄板），成為腐蝕中心， 制造彈簧的鋼材，不允許存在結(jié)疤（應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋）制造彈簧的鋼材，不允許存在結(jié)疤（應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋）2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷（4 4）分層）分層 由于非金屬夾雜、未焊合的內(nèi)裂紋、殘余縮孔、氣孔等，由于非金屬夾雜、未焊合的內(nèi)裂紋、殘余縮孔、氣孔等，使剪切后的鋼材斷面呈黑線或黑帶，將鋼材分離成兩層或使剪切后的鋼材斷面呈黑線或黑帶，將鋼材分離成兩層或多層的現(xiàn)象多層的現(xiàn)象（5 5）表面裂紋）表面裂紋 由于鋼中高硫低錳引起熱脆、非金屬夾雜物過(guò)多、銅含量由于鋼中高硫

48、低錳引起熱脆、非金屬夾雜物過(guò)多、銅含量過(guò)高等造成的鋼材表面出現(xiàn)的網(wǎng)狀龜裂或缺口過(guò)高等造成的鋼材表面出現(xiàn)的網(wǎng)狀龜裂或缺口2.1.2 2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷金屬鍛造及軋制件缺陷MnSQ345A熱軋鋼板的裂紋，出現(xiàn)分層熱軋鋼板的裂紋，出現(xiàn)分層 鋁合金梁鍛造裂紋鋁合金梁鍛造裂紋原因：鍛造變形力過(guò)大，終鍛溫度低原因：鍛造變形力過(guò)大，終鍛溫度低2.1.3 2.1.3 夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響 鋼中非金屬夾雜物為數(shù)不多，但對(duì)性能的影響不容忽視鋼中非金屬夾雜物為數(shù)不多，但對(duì)性能的影響不容忽視 夾雜物對(duì)鋼力學(xué)性能和工藝性能的影響，主要降低材料的塑夾雜物對(duì)鋼力學(xué)性能和工藝性能的影

49、響，主要降低材料的塑性、韌性和疲勞性能，尤其當(dāng)夾雜物以不利的形狀及分布特性、韌性和疲勞性能，尤其當(dāng)夾雜物以不利的形狀及分布特征存在時(shí)，對(duì)材料的力學(xué)性能的影響更為嚴(yán)重。征存在時(shí)，對(duì)材料的力學(xué)性能的影響更為嚴(yán)重。 統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，機(jī)械零件的失效，疲勞破壞占統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，機(jī)械零件的失效，疲勞破壞占90%以上。以上。 鋼中非金屬夾雜物尤其是表面夾雜物的危害性在于鋼中非金屬夾雜物尤其是表面夾雜物的危害性在于破壞鋼集體的連續(xù)性，造成應(yīng)力集中，促進(jìn)疲勞裂破壞鋼集體的連續(xù)性，造成應(yīng)力集中，促進(jìn)疲勞裂紋的產(chǎn)生，在一定程度上加速裂紋的擴(kuò)展，從而加紋的產(chǎn)生，在一定程度上加速裂紋的擴(kuò)展，從而加速了疲勞破壞的過(guò)程。速了疲

50、勞破壞的過(guò)程。鑒別夾雜物的方法有宏觀的和微觀的兩大類：鑒別夾雜物的方法有宏觀的和微觀的兩大類： 宏觀鑒別法：較為常用的有斷口鑒別法、硫印、酸宏觀鑒別法：較為常用的有斷口鑒別法、硫印、酸侵和熱蝕、超聲波鑒定法等；侵和熱蝕、超聲波鑒定法等； 微觀鑒別法：常用的有化學(xué)分析法、巖相法、金相微觀鑒別法：常用的有化學(xué)分析法、巖相法、金相法、法、X-RayX-Ray衍射和電子顯微鏡觀察等，可以確定夾雜衍射和電子顯微鏡觀察等，可以確定夾雜物的種類、形狀、性質(zhì)和分布，其中物的種類、形狀、性質(zhì)和分布，其中金相法金相法的使用最的使用最為廣泛。為廣泛。2.1.3 2.1.3 夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響夾雜物及其對(duì)鋼性能

51、的影響 1 1）夾雜物的分類（變形能力分類）夾雜物的分類（變形能力分類） 脆性?shī)A雜物脆性?shī)A雜物 無(wú)塑性變形的簡(jiǎn)單氧化物：無(wú)塑性變形的簡(jiǎn)單氧化物：AlAl2 2O O3 3、CrCr2 2O O3 3 雙氧化物：雙氧化物：FeO.AlFeO.Al2 2O O3 3 氮化物：氮化物：TiNTiN、AlNAlN 不變形的球狀、點(diǎn)狀：硅酸鹽（含不變形的球狀、點(diǎn)狀：硅酸鹽（含SiOSiO2 2高）高）Al2O3夾雜物 暗場(chǎng)明場(chǎng)TiNTiN夾雜物夾雜物 明場(chǎng)中呈淡黃色明場(chǎng)中呈淡黃色暗場(chǎng)中不透明暗場(chǎng)中不透明FeO.Al2O3夾雜物夾雜物鐵錳硅酸鹽夾雜物鐵錳硅酸鹽夾雜物裂紋優(yōu)先在較大的夾雜物與基體交界處產(chǎn)生裂

52、紋優(yōu)先在較大的夾雜物與基體交界處產(chǎn)生鋁酸鈣鋁酸鈣鈣硅酸鹽鈣硅酸鹽 （1000）正交偏光金相照片正交偏光金相照片v 塑性?shī)A雜物塑性?shī)A雜物 MnSMnS：變形率高，產(chǎn)生裂紋傾向小，沿加工變形方：變形率高，產(chǎn)生裂紋傾向小，沿加工變形方向呈條帶狀分布向呈條帶狀分布2.1.3 2.1.3 夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響MnS夾雜物夾雜物MnS或或FeS固溶體型夾雜固溶體型夾雜半塑性變形夾雜物半塑性變形夾雜物 復(fù)合的鋁硅酸鹽夾雜物復(fù)合的鋁硅酸鹽夾雜物 基體在熱加工時(shí)產(chǎn)生塑性變形，基體中的夾雜物不變基體在熱加工時(shí)產(chǎn)生塑性變形，基體中的夾雜物不變形，隨鋼基體變形而延伸，脆性?shī)A雜物不變形，阻礙

53、鄰形，隨鋼基體變形而延伸，脆性?shī)A雜物不變形，阻礙鄰近的塑性?shī)A雜物自由延伸，遠(yuǎn)離脆性物部分沿鋼基體變近的塑性?shī)A雜物自由延伸，遠(yuǎn)離脆性物部分沿鋼基體變形方向自由延伸形方向自由延伸2.1.3 2.1.3 夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響鋁硅酸鹽夾雜物鋁硅酸鹽夾雜物復(fù)合夾雜物的變形行為復(fù)合夾雜物的變形行為2 2）夾雜物對(duì)鋼性能的影響）夾雜物對(duì)鋼性能的影響 夾雜物變形性對(duì)鋼性能的影響夾雜物變形性對(duì)鋼性能的影響 變形率變形率V V：0-10-1， V V小，易在交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋小，易在交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋 夾雜物引起應(yīng)力集中夾雜物引起應(yīng)力集中2.1.3 2.1.3

54、夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響 夾雜物與鋼的韌性?shī)A雜物與鋼的韌性 夾雜物形成裂源夾雜物形成裂源 夾雜物造成鋼材局部應(yīng)力集中夾雜物造成鋼材局部應(yīng)力集中 夾雜物本身斷裂或與基體交界面產(chǎn)生斷裂而成為裂紋源夾雜物本身斷裂或與基體交界面產(chǎn)生斷裂而成為裂紋源 夾雜物與裂紋擴(kuò)展夾雜物與裂紋擴(kuò)展 含有夾雜物的鋼在斷裂過(guò)程中，先在顆粒較大的夾雜物處開裂形含有夾雜物的鋼在斷裂過(guò)程中，先在顆粒較大的夾雜物處開裂形成孔洞，孔洞的聚集和長(zhǎng)大通過(guò)顆粒較小的碳化物與鋼基體分離，成孔洞，孔洞的聚集和長(zhǎng)大通過(guò)顆粒較小的碳化物與鋼基體分離，形成較大的裂紋，導(dǎo)致鋼的斷裂形成較大的裂紋，導(dǎo)致鋼的斷裂2.1.3 2.

55、1.3 夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響 夾雜物的影響夾雜物的影響X70 X70 金相組織金相組織多邊形鐵素體多邊形鐵素體 M-AM-A夾雜物夾雜物平行軋制方向垂直軋制方向拉伸斷口拉伸斷口SEM、能譜分析、能譜分析兩種裂紋：與夾雜物無(wú)關(guān)，兩種裂紋：與夾雜物無(wú)關(guān)，在夾雜物在夾雜物A A右邊；起源于夾雜右邊；起源于夾雜物物B BA：富硅B：富鋁夾雜物富鋁，與基夾雜物富鋁，與基體間有微裂紋體間有微裂紋夾雜物富硅，夾雜物富硅，與基體間無(wú)裂與基體間無(wú)裂紋紋2.1.4 2.1.4 金屬焊接組織缺陷金屬焊接組織缺陷焊接：兩種或兩種以上同種或異種材料通過(guò)原子或分子之間的焊接：兩種或兩種以上同種

56、或異種材料通過(guò)原子或分子之間的 結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過(guò)程結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過(guò)程 焊接接頭的宏觀區(qū)域結(jié)構(gòu)焊接接頭的宏觀區(qū)域結(jié)構(gòu)焊縫：一般采用優(yōu)質(zhì)焊條，不容易出現(xiàn)裂紋焊縫：一般采用優(yōu)質(zhì)焊條，不容易出現(xiàn)裂紋熱影響區(qū)熱影響區(qū)(HAZ)(HAZ)：最薄弱部分，很窄（：最薄弱部分，很窄（mmmm），有過(guò)熱組織），有過(guò)熱組織（ 晶粒粗大晶粒粗大 低，易開裂）低，易開裂）母材母材HAZ力學(xué)性能不力學(xué)性能不均勻性示意圖均勻性示意圖 金屬焊接組織缺陷金屬焊接組織缺陷咬邊咬邊氣孔氣孔未焊透未焊透夾渣夾渣 焊接裂紋焊接裂紋 熱裂紋熱裂紋 再熱裂紋再熱裂紋 冷裂紋冷裂紋 層狀撕裂層狀撕裂2.1.4 2.1

57、.4 金屬焊接組織缺陷金屬焊接組織缺陷焊接缺陷焊接缺陷 熱裂紋：在高溫下產(chǎn)生，沿?zé)崃鸭y：在高溫下產(chǎn)生，沿 晶界開裂晶界開裂結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋：焊縫結(jié)晶時(shí)：焊縫結(jié)晶時(shí) 特征：焊縫斷面上有氧化色彩特征：焊縫斷面上有氧化色彩高溫液化裂紋高溫液化裂紋：焊接熱循環(huán)峰值溫度作用：焊接熱循環(huán)峰值溫度作用低熔點(diǎn)共晶組成物低熔點(diǎn)共晶組成物( (如如 S S、P P、SiSi、Ni)Ni)重新熔化重新熔化 收縮應(yīng)力作用下收縮應(yīng)力作用下 沿沿 晶界晶界開裂開裂多邊化裂紋多邊化裂紋： 剛凝固金屬存在很多晶格缺陷和物理化學(xué)不均勻，剛凝固金屬存在很多晶格缺陷和物理化學(xué)不均勻，在一定溫度和應(yīng)力作用下，晶格缺陷移動(dòng)、聚集，形成

58、二次邊在一定溫度和應(yīng)力作用下，晶格缺陷移動(dòng)、聚集，形成二次邊界，組織疏松，受少量拉伸變形，沿多邊化邊界開裂界，組織疏松，受少量拉伸變形，沿多邊化邊界開裂不銹鋼焊接產(chǎn)生的熱裂紋 再熱裂紋：厚板結(jié)構(gòu)焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理再熱裂紋：厚板結(jié)構(gòu)焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理, , 在在HAZHAZ區(qū)的粗晶區(qū)的粗晶 部位產(chǎn)生裂紋，沿晶界開裂部位產(chǎn)生裂紋，沿晶界開裂 與熱裂紋本質(zhì)不同，只在一定的溫度區(qū)間敏感（與熱裂紋本質(zhì)不同，只在一定的溫度區(qū)間敏感（550- 550- 650 650），熱裂紋發(fā)生在固相線附近，熱裂紋發(fā)生在固相線附近 冷裂紋：在鋼的冷裂紋：在鋼的 Ms Ms 點(diǎn)附近，由于拘束應(yīng)力、淬硬組織和氫點(diǎn)附近

59、，由于拘束應(yīng)力、淬硬組織和氫的作用，發(fā)生于焊接接頭的裂紋的作用，發(fā)生于焊接接頭的裂紋延遲裂紋延遲裂紋淬火裂紋淬火裂紋低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋 層狀撕裂：屬低溫開裂，在軋制鋼材內(nèi)部存在分層夾雜物和層狀撕裂：屬低溫開裂，在軋制鋼材內(nèi)部存在分層夾雜物和焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直軋制方向的應(yīng)力，使焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直軋制方向的應(yīng)力，使HAZHAZ附近產(chǎn)生臺(tái)階狀的層附近產(chǎn)生臺(tái)階狀的層狀開裂。狀開裂。焊縫表面環(huán)狀裂紋異種材料焊接裂紋裂紋的線形孔裂紋分類裂紋分類基本特征基本特征敏感溫度區(qū)敏感溫度區(qū)間間被焊材料被焊材料位置位置裂紋走裂紋走向向熱裂紋熱裂紋結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋低溶共晶液態(tài)薄低溶共晶液態(tài)薄膜，拉應(yīng)力作用膜，拉應(yīng)

60、力作用下開裂下開裂固相線溫度固相線溫度以上稍高溫以上稍高溫度度碳鋼、低中碳鋼、低中合金鋼、奧合金鋼、奧氏體鋼氏體鋼焊縫上、焊縫上、少量在少量在HZA沿奧氏沿奧氏體晶界體晶界多邊化裂多邊化裂紋紋晶格缺陷、二次晶格缺陷、二次邊界邊界再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度純金屬、單純金屬、單相奧氏體合相奧氏體合金金焊縫上、焊縫上、少量在少量在HZA沿奧氏沿奧氏體晶界體晶界高溫液化高溫液化裂紋裂紋峰值溫度，層間峰值溫度，層間重溶重溶固相線溫度固相線溫度以下稍低溫以下稍低溫度度奧氏體鋼、奧氏體鋼、鎳基合金鎳基合金HAZ，多，多層焊層間層焊層間沿晶界沿晶界再熱裂紋再熱裂紋厚板，去應(yīng)力處厚板，去應(yīng)力處理理600-700回回火