失效分析的思路及其診斷

失效分析的思路與診斷失效分析的思路第一節(jié)常用的幾種失效分析思路一、“撤大網(wǎng)〞逐個(gè)因素排除法表2-1事故的管理責(zé)任直接原因可能的根本原因管理失誤〔1〕輔助工作太差對(duì)危險(xiǎn)不認(rèn)識(shí)監(jiān)督訓(xùn)練和平安教育不夠設(shè)施不當(dāng)規(guī)劃、方案不當(dāng)〔2〕使用的工具、裝置和設(shè)施不適當(dāng)缺乏知識(shí)和技能干部的訓(xùn)練不夠缺乏適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)程序確定的操作程序不適宜缺乏自覺性監(jiān)督平安教育不夠適合的作業(yè)程序?qū)嵤┎划?dāng)干部的訓(xùn)練和平安措施不夠〔3〕裝置和設(shè)施不平安或有毛病對(duì)不平安不認(rèn)識(shí)監(jiān)督平安教育不夠干部對(duì)訓(xùn)練和平安重視不夠設(shè)計(jì)或選擇太差規(guī)劃、方案、設(shè)計(jì)不當(dāng)監(jiān)督平安教育不夠裝置、材料或工具不適宜維護(hù)太差維護(hù)和修理體系不當(dāng)〔4〕缺乏適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)程序省略作業(yè)程序操作程序不妥設(shè)計(jì)者的錯(cuò)誤規(guī)劃、方案、設(shè)計(jì)不當(dāng)監(jiān)督者的錯(cuò)誤監(jiān)督不熟練〔5〕臨時(shí)湊合的不平安作業(yè)程序訓(xùn)練不當(dāng)確定的操作程序不當(dāng)適宜的作業(yè)程序?qū)嵤┎划?dāng)監(jiān)督的平安教育不夠干部的訓(xùn)練和平安教育不夠監(jiān)督不當(dāng)監(jiān)督的平安教育不夠干部的選擇和安排不當(dāng)〔6〕沒有按規(guī)定的作業(yè)程序?qū)嵤?duì)需要沒強(qiáng)調(diào)適宜的作業(yè)程序?qū)嵤┎划?dāng)監(jiān)督的平安教育不夠作業(yè)程序不清楚操作程序不當(dāng)〔7〕對(duì)工作不了解指令復(fù)雜操作程序、規(guī)劃、方案和設(shè)計(jì)不當(dāng)理解不夠干部的選擇和安排不當(dāng)〔8〕沒有意識(shí)到危險(xiǎn)指令不當(dāng)監(jiān)督的平安教育不夠干部的訓(xùn)練和平安教育不夠警告不當(dāng)規(guī)劃、方案、設(shè)計(jì)不當(dāng)保安條例、測(cè)量方法和設(shè)備不當(dāng)操作程序不當(dāng)〔9〕缺乏適當(dāng)?shù)墓ぞ?、裝置和設(shè)施對(duì)需要沒認(rèn)識(shí)規(guī)劃、方案、設(shè)計(jì)不當(dāng)監(jiān)督的平安教育不夠供應(yīng)不當(dāng)設(shè)備、材料和工具不夠或不當(dāng)成心風(fēng)氣和紀(jì)律不好直接原因可能的根本原因管理失誤〔10〕平安設(shè)備缺乏對(duì)需要沒有認(rèn)識(shí)規(guī)劃、方案和設(shè)計(jì)不當(dāng)保安條例測(cè)量方法和設(shè)備不夠監(jiān)督的平安教育不夠干部的平安意識(shí)不強(qiáng)可用性不適宜設(shè)備、材料和工具不合用作業(yè)程序不當(dāng)成心風(fēng)氣、紀(jì)律差、懶惰〔11〕防護(hù)設(shè)備缺乏對(duì)需要沒有認(rèn)識(shí)規(guī)劃、方案、設(shè)計(jì)不當(dāng)保安條例測(cè)量方法和設(shè)備不夠監(jiān)督的平安教育不夠干部的平安意識(shí)不強(qiáng)可用性不適宜設(shè)備、材料和工具不合用作業(yè)程序不當(dāng)成心風(fēng)氣和紀(jì)律差〔12〕載荷、強(qiáng)度、速度等超過規(guī)定極限警告不當(dāng)保安條例不當(dāng)適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)程序?qū)嵤┎划?dāng)指令不當(dāng)干部訓(xùn)練不當(dāng)缺乏理解干部的選擇和安排不當(dāng)成心保安條例實(shí)施不當(dāng)干部的平安教育不當(dāng)〔13〕疏忽；對(duì)明顯的平安慣例的無(wú)視缺乏自覺性保安條例和監(jiān)測(cè)實(shí)施不當(dāng)適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)程序?qū)嵤┎划?dāng)干部訓(xùn)練不夠干部的平安教育不夠缺乏理解干部的選擇和安排不當(dāng)〔14〕疲勞降低了人的警惕性，使人處于催眠狀態(tài)超過了身體或精神上能承受的程度規(guī)劃、方案、設(shè)計(jì)不當(dāng)干部的選擇和安排不當(dāng)干部的訓(xùn)練不夠〔15〕行為不軌；成心用勞保用品造成故障士氣低落，態(tài)度不好監(jiān)督訓(xùn)練不夠干部的選擇和安排不當(dāng)工作分派錯(cuò)誤規(guī)劃、方案和設(shè)計(jì)不當(dāng)干部的選擇和安排不當(dāng)干部的訓(xùn)練不夠

二、以設(shè)備制造全過程為一系統(tǒng)進(jìn)行分析任何一個(gè)設(shè)備都要經(jīng)歷規(guī)劃、設(shè)計(jì)、選材、機(jī)械加工〔包括鑄、鍛、焊等工藝〕、熱處理、二次精加工〔研磨、酸洗、電鍍〕和裝配等制作工序，如果失效已確定純屬設(shè)備問題，還可對(duì)上述工序逐個(gè)進(jìn)一步分析，包括以下內(nèi)容：設(shè)計(jì)不當(dāng)開孔位置不當(dāng)造成應(yīng)力集中；缺口或凹倒角半徑過?。桓邞?yīng)力區(qū)有缺口；橫截面改變太陡；改變?cè)O(shè)計(jì)，沒有相應(yīng)地改變受力狀況；設(shè)計(jì)判據(jù)缺乏；計(jì)算中出現(xiàn)過載荷；焊縫選擇位置不當(dāng)，以及配合不適當(dāng)?shù)?；?duì)使用條件的環(huán)境影響，未做適當(dāng)考慮；提高使用材料的受力級(jí)別；剛性和韌性不適當(dāng)；材料品種選擇錯(cuò)誤；選擇標(biāo)準(zhǔn)不當(dāng)；材料性能數(shù)據(jù)不全；材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度過高；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查不充分，認(rèn)識(shí)缺乏就投入設(shè)計(jì)；與用戶配合有過失。材料、冶金缺陷成分不合格；夾雜物含量及成分不合格；織組不合格；各種性能不合格；各向異性不合格；斷口不合格；冶金缺陷〔縮孔、偏析等〕；惡化變質(zhì)；混料。

鍛造等熱加工工藝缺陷折疊、夾砂、夾渣；裂縫；鍛造鱗皮；流線分布突變或破壞；晶粒流變異常；沿晶氧化〔過燒〕；氧化皮壓入；分層、疏松；帶狀組織；過熱、燒裂；外來(lái)金屬夾雜物；縮孔；龜裂；打磨裂紋；皺紋。機(jī)械加工缺陷未按圖紙要求；外表粗糙度不合格；倒角鋒利；磨削裂紋或過燒；裂紋；劃傷、刀痕；毛刺；局部過熱；矯直不當(dāng)。鑄造缺陷金屬突出；孔穴；疏松；不連貫裂紋；外表缺陷；澆注不完全；尺寸和形狀不正確；夾砂、夾渣；組織反常；型芯撐、內(nèi)冷鐵。

焊接缺陷錯(cuò)口超標(biāo)；咬邊超標(biāo)；焊肉過凸或過凹；焊道深溝；焊趾、焊縫或根部有裂紋；熔化不全；打??；焊接深度不夠，未焊透；夾渣、夾雜或疏松；接頭尺寸不合格；熱輸入不適當(dāng)；焊前預(yù)熱缺乏；焊后消除熱應(yīng)力不夠或未消除；顯微組織不合格；焊接裂紋。熱處理不當(dāng)過熱或過燒；顯微組織不合格；淬火裂紋；淬火變形、翹曲；奧氏體化溫度不當(dāng)使晶粒粗大；脫碳或增碳；滲氮；回火脆化；淬火后未及時(shí)回火；熱應(yīng)力。再加工缺陷酸洗后或電鍍后未除氫或除氫不夠；酸跡清洗未盡；鍍前噴丸清洗不全；電鍍電極打弧引起硬點(diǎn)；鍍Cd、鍍Zn的液態(tài)金屬脆化；形成金屬間化合物致脆；碰傷、標(biāo)記壓痕過深或位置不當(dāng)；校直引起剩余應(yīng)力；鍍鉻碎屑劃傷；化學(xué)熱處理不當(dāng)；滲層組織反常；力學(xué)性能不合格。裝配檢驗(yàn)中的問題軸線對(duì)中不正；緊固件松動(dòng)；敲打損傷；裝配損傷；裝配不正確；強(qiáng)迫裝配；裝配說明書說明不全或不清楚；裝配馬虎大意；磁粉檢查電弧燒傷；磁化吸住鋼屑造成磨損；漏檢。使用和維護(hù)不當(dāng)超載、超溫、超速；沖撞、熱沖擊；振動(dòng)過大的斷續(xù)載荷；操作錯(cuò)誤、沒按說明書要求做；每次開車或停車猛烈、突然；清洗劑不適合；潤(rùn)滑不當(dāng)；疏忽，不按期維護(hù)；沒定期檢查；修理不當(dāng)；災(zāi)害預(yù)防措施不完善；平安措施差；漏電；早期疲勞裂紋。環(huán)境損傷腐蝕性氣氛介質(zhì)；高溫或溫度陡度過大；低溫；海洋氣氛；堿性溶液；氨氣氛；潤(rùn)滑介質(zhì)不適合；潤(rùn)滑劑變質(zhì)或污染；流體介質(zhì)中含有磨粒；控制的或規(guī)定的環(huán)境不適當(dāng)。上面列舉了可能引起設(shè)備系統(tǒng)失效的一些主要因素，當(dāng)然這并非全部因素。還應(yīng)指出，在某一大方面〔如熱處理不當(dāng)〕的因素中，有的還可以往前追查原因，例如對(duì)于熱處理不當(dāng)?shù)拇慊鹆鸭y，還可進(jìn)一步分析其原因，如表2-2所列舉的。表2-2導(dǎo)致形成淬火裂紋的因素1.材料因素原材料已有缺陷a.宏觀偏析；b.固溶體偏析；c.原有裂紋；d.嚴(yán)重脫碳；e.夾雜嚴(yán)重；f.疏松；g.夾渣原始組織不良a.晶粒粗大；b.魏氏組織；c.組織應(yīng)力；d.鍛造流線；e.碳化物帶狀組織；f.鐵素體-珠光體帶狀組織軋制缺陷或鍛造缺陷溶進(jìn)氫選材不當(dāng)2.工藝因素機(jī)加工不良a.印壓痕；b.刀痕零件外形不合理沒有預(yù)熱，加熱速度太快奧氏體化溫度過高保溫時(shí)間過長(zhǎng)表層脫碳滲碳淬火處理中滲碳量過多淬火冷卻速度太快加熱或冷卻不均勻淬火后未及時(shí)回火，容許溫度降得太低掉入油槽底部，因底部有水淬裂冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)對(duì)于使用中承受交變載荷的局部出現(xiàn)的早期疲勞斷裂，也可進(jìn)一步分析其失效原因，如表2-3所示：

表2-3金屬部件疲勞失效的誘發(fā)因素外因1.工作條件加載頻率a.低周高應(yīng)力；b.頻繁斷續(xù)加載超轉(zhuǎn)速工作溫度a.過低或過高；b.波動(dòng)大環(huán)境介質(zhì)a.腐蝕性氣氛或介質(zhì)；b.堿性清洗劑腐蝕；c.點(diǎn)腐蝕；d.環(huán)境氫；e.潤(rùn)滑劑不合要求使用載荷集中應(yīng)力-時(shí)間曲線形狀非零的平均應(yīng)力2.振蝕〔微振磨損〕3.累積損傷內(nèi)因材料化學(xué)成分不合格宏觀組織的均勻性不合格金相組織不合格晶粒粗大或混晶；〔2〕存在魏氏組織；〔3〕帶狀組織嚴(yán)重；〔4〕氧化物夾雜不合格；〔5〕皮下碳化物聚集材料內(nèi)部缺陷a.冶煉缺陷；b.鑄造缺陷；c.鍛造缺陷；d.焊接缺陷；熱處理缺陷機(jī)加工引起的〔包括設(shè)計(jì)的〕缺陷a.外表加工粗糙；b.外表擦傷、劃傷；c.外表剩余拉應(yīng)力；d.校直不當(dāng)造成的剩余拉應(yīng)力；e.壓印標(biāo)記造成的剩余拉應(yīng)力；f.開孔位置錯(cuò)誤；g.倒角鋒利；h.電弧燒傷應(yīng)力集中；i.焊點(diǎn)應(yīng)力集中；j.外形截面突變

三、根據(jù)部件失效模式分析機(jī)械產(chǎn)品一旦失效，一般表現(xiàn)為過量變形、外表?yè)p傷、破裂或斷裂三種主要形式。這些類型還要進(jìn)一步按失效模式再細(xì)分類。下面表2-4是按實(shí)際觀察到的一些失效模型⑵所作的分類。表2-4金屬零部件的各種失效模式1.過量變形〔1〕力和溫度或者力或溫度引起彈性變形〔2〕屈服〔3〕壓痕〔4〕蠕變〔5〕沖擊變形2.外表?yè)p傷〔1〕磨損a.粘著磨損；b.磨粒磨損；c.腐蝕磨損；d.變形磨損；e.沖擊磨損；f.微振磨損；g.接觸疲勞磨損；h.剝落〔2〕腐蝕a.均勻腐蝕；b.縫隙腐蝕；c.電池作用腐蝕；d.點(diǎn)腐蝕；e.晶間腐蝕；f.選擇浸出；g.沖蝕；h.氣蝕；i.氫損傷；j.生物腐蝕；k.應(yīng)力腐蝕；l.微振腐蝕3.斷裂〔1〕延性斷裂〔2〕脆性斷裂〔3〕沖擊斷裂〔4〕疲勞斷裂a(bǔ).高溫疲勞；b.高周疲勞；c.低周疲勞；d.熱疲勞；e.接觸疲勞；f.沖擊疲勞；g.腐蝕疲勞；h.微振疲勞〔5〕應(yīng)力持久斷裂〔6〕蠕變-疲勞復(fù)合斷裂

六、根據(jù)部件和設(shè)備類別分析軸類零件的失效原因軸類的失效模式，有以下12種：?jiǎn)蜗驈澢?；雙向彎曲疲勞；旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞；扭轉(zhuǎn)疲勞；接觸疲勞；微振疲勞；脆性疲勞；延性疲勞；塑性變形；磨損失效；蠕變斷裂；腐蝕斷裂。常見的有彎曲疲勞損壞、扭轉(zhuǎn)疲勞損壞、復(fù)合的〔彎曲和扭轉(zhuǎn)〕疲勞損壞、和超載或撞擊的延性斷裂。引起軸類失效的原因如表2-8和表2-9所示⑸。表2-8軸類失效的原因與誘發(fā)因素1.設(shè)計(jì)不當(dāng)應(yīng)力集中〔鍵槽端、壓配合鍵端、油孔邊軸肩內(nèi)圓角、內(nèi)角鋒利、橫截面突變〕振動(dòng)2.材料問題冶金缺陷〔鍛造折疊、皮下缺陷、非金屬夾雜偏聚〕化學(xué)成分或力學(xué)性能與說明書不合韌-脆轉(zhuǎn)變溫度過高對(duì)氫脆、堿脆、回火脆敏感3.制造缺陷感應(yīng)加熱裂紋電火花加工孔邊裂紋淬火裂紋加工刀痕，磨削損傷認(rèn)別標(biāo)記4.裝配不當(dāng)—合軸偏心5.維護(hù)使用不當(dāng)惡劣的作業(yè)條件不正當(dāng)使用〔沖撞、扭轉(zhuǎn)超載〕砂子和金屬粒子引起的震動(dòng)、磨損電腐蝕修理不當(dāng)

表2-9聯(lián)邦德國(guó)阿利安茨技術(shù)中心1968—1975年間對(duì)傳動(dòng)軸和支承軸失效案例統(tǒng)計(jì)⑸失效原因失效實(shí)例分布率，%失效位置失效實(shí)例分布率，%產(chǎn)品缺陷a運(yùn)行失誤故障b外界影響c603010結(jié)構(gòu)上的缺口處有腐蝕的部位其它位置80155包括制訂產(chǎn)品規(guī)劃和設(shè)計(jì)的失誤〔結(jié)構(gòu)布局不合理、計(jì)算錯(cuò)誤、幾何形狀不合理、選材不當(dāng)?shù)取?。制造工藝和處理工藝所造成的缺陷〔如焊接、鑄造、熱處理、機(jī)加工缺陷等〕，裝配或安裝造成的缺陷，以及混料、用錯(cuò)料等原因引起的失效。如因振動(dòng)造成的松動(dòng)、平安保護(hù)裝置失靈，伺服設(shè)施故障、磨損、腐蝕、失效老化等引起的失效。如自然災(zāi)害、異物侵襲、電網(wǎng)超高壓等造成的失效?；瑒?dòng)軸承的失效原因滑動(dòng)軸承失效的表現(xiàn)形式，常見的是軸瓦上有磨損溝槽、腐蝕斑塊，剝落和麻點(diǎn)。其原因和誘發(fā)因素列于表2-10。

表2-10滑動(dòng)軸承失效的原因和誘發(fā)因素1.機(jī)加工質(zhì)量差外表精整質(zhì)量差劃傷尺寸規(guī)格不穩(wěn)定尺寸不合格2.灰塵〔臟〕大的灰塵顆粒被嵌鑲到軟的軸瓦中3.潤(rùn)滑不良外部漏油吸油內(nèi)網(wǎng)堵塞油泵有缺陷油路堵塞或泄漏減壓閥彈簧失效軸承嚴(yán)重磨損油孔位置不當(dāng)，沒對(duì)正供油孔燃料滲入變稀潤(rùn)滑劑變質(zhì)粘滯性不適宜4.裝配不正確軸瓦匹配顛倒軸頸有錐形軸瓦內(nèi)孔失圓壓貼過緊或缺乏連桿中心線不同軸不正當(dāng)壓扁5.連桿中心線不同軸使連桿被弄彎的原因違反操作規(guī)程，強(qiáng)拖發(fā)動(dòng)安裝錯(cuò)誤連桿裝入前，隨意放置或挪動(dòng)粗心6.超載，沖擊加載7.腐蝕潤(rùn)滑油中有酸的生成物潤(rùn)滑油溫過高潤(rùn)滑油選用不當(dāng)8.漏電滾動(dòng)軸承的失效原因不同的失效原因造成滾動(dòng)軸承失效的形式也大不相同，說明于表2-11和表2-12。彈簧的失效原因彈簧失效的主要模式是疲勞斷裂和脆性斷裂。其次是腐蝕斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆、黑脆、松弛、變形和磨損。現(xiàn)將彈簧脆斷和疲勞斷裂的原因和影響因素列表于2-13。至于兩種斷裂的特征，橫向平斷口上無(wú)貝殼把戲的為脆斷；斜斷口上有貝殼把戲的為疲勞斷。表2-11滾動(dòng)軸承失效的原因及其對(duì)應(yīng)的損壞形式失效原因具體案例原因與原因?qū)?yīng)的損壞形式1.潤(rùn)滑油污染水汽磨料外界物質(zhì)〔大顆粒塵土，金屬屑〕腐蝕〔1〕+〔2〕劃傷、擦傷發(fā)灰、變色磨損、起麻點(diǎn)、剝落2.潤(rùn)滑不正確完全沒有潤(rùn)滑油供油量太少潤(rùn)滑油種類不對(duì)潤(rùn)滑油太多太稠潤(rùn)滑油等級(jí)或密度不對(duì)間斷供油過熱軟化擦傷、咬合〔2〕、〔3〕、〔5〕粗糙化、起麻點(diǎn)、剝落〔4〕金屬涂抹保持架破碎3.安裝不正確預(yù)壓過大調(diào)整過緊強(qiáng)裝外圈與殼體配合過松軸與軸承內(nèi)孔配合過松裝配過緊使用不正確工具〔1〕、〔2〕類似潤(rùn)滑缺乏引起的損傷圈開裂摩擦腐蝕蠕變磨損疲勞至剝落損傷保持架4.拿放保管粗心錘擊工具〔沖子〕敲裝手錘敲擊座圈沖頭挖傷油封保管粗心摔傷保管或安裝時(shí)裝擊成凹坑外環(huán)出現(xiàn)缺口裂紋損壞保持架引起早期疲勞斷裂外圈刻裂5.中心洗線失調(diào)軸彎曲軸承與軸承座之間夾有外界物質(zhì)軸向游隙過大磨損、早期疲勞斷裂磨損、早期疲勞斷裂內(nèi)圈內(nèi)孔一側(cè)嚴(yán)重磨損6.繁重作業(yè)短時(shí)期內(nèi)特別沉重的沖擊載荷軸向游隙大加上下振動(dòng)速度和載荷過大振動(dòng)使?jié)L動(dòng)體在不動(dòng)的座圈上前后滑動(dòng)座圈壓痕，座圈和滾動(dòng)體破裂座圈破碎座圈外表片狀剝落凹溝痕跡7.振動(dòng)磨損加撞擊壓坑8.漏電電麻坑

表2-12滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承失效案例原因的統(tǒng)計(jì)分布⑸失效原因損壞案例的分布率.%滾動(dòng)軸承〔1400例〕滾動(dòng)軸承〔530例〕產(chǎn)品失效質(zhì)量低劣方案、設(shè)計(jì)和計(jì)算的錯(cuò)誤及工藝缺陷軸承各部件材料使用不當(dāng)運(yùn)行失誤操作失誤、維護(hù)不當(dāng)和監(jiān)控裝置失效連續(xù)運(yùn)行中磨損外界影響〔例如在異常情況下運(yùn)行造成的損壞〕30.114.413.81.965.937.428.54.04.023.410.79.13.669.639.130.57.07.0表2-13彈簧脆性斷裂和疲勞斷裂的原因斷裂模式斷裂原因及影響因素1.脆性斷裂〔1〕材料缺陷外表缺陷外表裂紋冷拔或冷繞留下的折疊或刻痕磨光鋼絲的橫向磨痕、麻點(diǎn)碰傷外表脫碳內(nèi)部缺陷粗大夾雜層狀結(jié)構(gòu)晶粒異常粗大馬氏體脆性相〔2〕制造及熱處理方法不當(dāng)成形不當(dāng)機(jī)加工不當(dāng)組織不正常過熱或過燒淬火裂紋電鍍不當(dāng)其它工藝不當(dāng)〔如除氫不盡〕2.疲勞斷裂〔1〕材料缺陷化學(xué)成分不當(dāng)魏氏組織外表缺口橫向微裂紋小孔皺皮折迭麻坑分層皮下碳化物〔2〕設(shè)計(jì)不當(dāng)彈簧指數(shù)和硬度配合不當(dāng)截面尺寸小轉(zhuǎn)速過高，應(yīng)力循環(huán)快〔3〕制造工藝不當(dāng)拉拔過度引起撕裂工具傷痕鋒利彎曲繞簧刻痕或裂紋焊接缺陷外表脫碳酸洗電鍍除氫不盡外表噴丸不當(dāng)?shù)暧|點(diǎn)、加熱過熱、電弧坑〔4〕維護(hù)操作不當(dāng)沖擊載荷頻繁載荷偏心過載腐蝕、微振腐蝕溫度過高或過低磨損5.齒輪的失效原因齒輪損傷的模式，主要表現(xiàn)為斷齒和齒面損傷。現(xiàn)將齒輪失效模式和失效原因列表如下。表2-14齒輪失效的模式、形貌和原因失效模式損傷形貌導(dǎo)致失效原因齒