失效分析概论学习教案

1、会计学1失效失效(sh xio)分析概论分析概论第一页，共74页。2第1页/共74页第二页，共74页。 指在使用过程中由于尺寸、形状、材料的性能或组织发生变化而导致其不能完满地完不能完满地完成指定的功能成指定的功能，或者丧失了原设计丧失了原设计功能功能的现象。 随着科技的进步，材料使用日趋多元化、恶劣化，失效导致的损坏也往往极为惨重！第2页/共74页第三页，共74页。4 空难事件1986年，美国挑战者号宇宙飞船在升空1分钟后爆炸(bozh)，造成7名宇航员罹难。左图：肇事的低温(dwn)硬化脆裂密封橡皮环最初(zuch)猜测：宇宙飞船两侧的固态火箭推进器发生氢脆破裂 造成燃烧？调查结果：火箭推

2、进器下方的O型密封橡皮环在火箭点火 待命发射前因需要冷却而产生低温硬化脆裂， 使氢气泄漏，在宇宙飞船升空后引发爆炸。第3页/共74页第四页，共74页。5 机翼引擎机翼引擎的固定螺杆的固定螺杆(lu n)断断裂裂1979年华盛顿机场起飞DC-10客机坠毁(zhuhu)过程分析美国民航史上重大惨案，共死亡275人, 整个(zhngg)过程仅50秒钟 。第4页/共74页第五页，共74页。6第5页/共74页第六页，共74页。7飞机尾翼(wi y)控制联动盘索破断第6页/共74页第七页，共74页。8 Aloha航空公司的波音737事故(shg)。在夏威夷上空飞行时飞机舱盖断裂。事故(shg)调查结论是舱

3、盖的强度因严重的腐蚀和疲劳而降低。 飞机飞机(fij)(fij)舱盖断裂舱盖断裂飞行飞行(fixng)(fixng)中的飞机中的飞机着陆后的机身着陆后的机身第7页/共74页第八页，共74页。9船身(chun shn)断开第8页/共74页第九页，共74页。101998年德国高铁出轨(ch gu)事故 1998年6月3日，德国汉诺威开往汉堡的高速列车（ICE）出轨并撞上陆桥，101人死亡。发生后三天，所有此型号火车停驶进行全面检测。 鉴定报告推测是火车轮箍(ln )发生疲劳破损，从车轮上松脱并卡在轮对上，列车行进只一处转撤器时终于出轨。 重新运行后，最高时速由280KM降至160KM，随后德铁DB

4、更换了被认为是事故原因的此型号(xngho)火车的全部车轮。第9页/共74页第十页，共74页。11第10页/共74页第十一页，共74页。12第11页/共74页第十二页，共74页。13第12页/共74页第十三页，共74页。14第13页/共74页第十四页，共74页。15地下瓦斯(w s)钢管长期受其上方横过的污水管路腐蚀，造成管壁局部变薄而无法承受正常瓦斯(w s)压力，终于泄漏及爆炸！第14页/共74页第十五页，共74页。16 失效分析的重点是分析失效的原因和采取失效分析的重点是分析失效的原因和采取(ciq)(ciq)预防措施，即所谓失效诊断和失效对策。预防措施，即所谓失效诊断和失效对策。 第1

5、5页/共74页第十六页，共74页。17 失效失效(sh xio)分析可减少和预防产品同类失效分析可减少和预防产品同类失效(sh xio)重复发生；重复发生； 失效分析是产品全面质量管理中的重要组成部分失效分析是产品全面质量管理中的重要组成部分(z chn b fn)和和关键的技术环节；关键的技术环节； 失效分析可为失效分析可为仲裁失效仲裁失效事故的责任、侦破犯罪案件、事故的责任、侦破犯罪案件、修改和制订产品质量标准等方面提供可靠科学依据；修改和制订产品质量标准等方面提供可靠科学依据； 失效分析是技术开发、技术改造、失效分析是技术开发、技术改造、技术进步技术进步和技术创和技术创新的新的“促进剂促

6、进剂”。第16页/共74页第十七页，共74页。18 断裂 表面损伤 过量变形或第17页/共74页第十八页，共74页。19材材料料破破坏坏分分类类第18页/共74页第十九页，共74页。20第19页/共74页第二十页，共74页。21 常见错误：计算中的过载荷； 外形上的应力集中(jzhng)； 焊缝选择不当及配合不合适； 选材错误； 没有考虑使用条件和环境的影响等。第20页/共74页第二十一页，共74页。22图图 停靠在太平洋北港码头上的美国停靠在太平洋北港码头上的美国(mi (mi u)u)轮船轮船SchenectadySchenectady号的断裂号的断裂 经检查是由焊接缺陷引起的经检查是由焊

7、接缺陷引起的. . 第21页/共74页第二十二页，共74页。23第22页/共74页第二十三页，共74页。24镀时引起的氢脆等)。第23页/共74页第二十四页，共74页。25 2005年年12月月29日日“西雅图邮报西雅图邮报”报道：报道：麦道麦道80客机在起飞客机在起飞20分钟后，在分钟后，在8000米高空米高空突发巨响，飞行员紧急下降，避免了灾难突发巨响，飞行员紧急下降，避免了灾难(zinn)。后经检查是机场运输工人在飞机起飞前将行后经检查是机场运输工人在飞机起飞前将行李车撞上了飞机，产生了一个折痕。最后在李车撞上了飞机，产生了一个折痕。最后在飞行时不断扩展形成了一个大洞。飞行时不断扩展形成

8、了一个大洞。美国航美国航班在班在80008000米米高空裂高空裂个大洞个大洞第24页/共74页第二十五页，共74页。26在控制下的材料破坏行为! 如: 金属的锻造 典型的塑性变形 研磨、抛光 磨损 超声波加工(ji gng) 冲蚀 电浆蚀刻 喷砂磨损 电解研磨 电化学腐蚀 第25页/共74页第二十六页，共74页。27 材料的加工性主要决定于材料的破坏参数材料的加工性主要决定于材料的破坏参数(cnsh)(cnsh)(强度、硬度、破坏韧性等强度、硬度、破坏韧性等), ), 而材料的加工精度取决于材料破坏的尺度以及对材料破坏的控制。而材料的加工精度取决于材料破坏的尺度以及对材料破坏的控制。原子操纵原

9、子操纵 晶格破坏晶格破坏 位错运动位错运动 裂纹扩展裂纹扩展第26页/共74页第二十七页，共74页。28观察观察(gunch)破坏特征破坏特征分析破坏成分分析破坏成分第27页/共74页第二十八页，共74页。29第28页/共74页第二十九页，共74页。30现场(xinchng)调研第29页/共74页第三十页，共74页。31第30页/共74页第三十一页，共74页。32第31页/共74页第三十二页，共74页。33第32页/共74页第三十三页，共74页。34第33页/共74页第三十四页，共74页。35OM-SEM-TEM 显微镜特性(txng)比较特性互补第34页/共74页第三十五页，共74页。36第

10、35页/共74页第三十六页，共74页。37本体成分分析(材料内部化学成分)。各有代表性仪器,针对各种不同的破坏机制需选择适当的成分分析仪器。第36页/共74页第三十七页，共74页。38(分析(fnx)深度5nm)AES俄歇光谱仪; ESCA光电子化学分析仪; SIMS二次离子质谱仪IMMA离子微探质谱仪; ISS离子散射(snsh)光谱仪; LRS激光拉曼光谱仪 俄歇光谱仪 光电子化学分析仪 二次离子质谱仪 离子微探 质谱仪 离子散射光谱仪 激光拉曼光谱仪第37页/共74页第三十八页，共74页。39(分析(fnx)深度1000nm)EPMA电子微探分析仪;( WDX波长色散法; EDX能量色散

11、法)XRF X射线荧光(ynggung)分析仪;RBS 卢瑟福后散射光谱仪; MBS 穆斯堡尔光谱仪X射线荧光分析仪卢瑟福后散射光谱仪第38页/共74页第三十九页，共74页。40第39页/共74页第四十页，共74页。41第40页/共74页第四十一页，共74页。42第41页/共74页第四十二页，共74页。43侵袭程度增加第42页/共74页第四十三页，共74页。44第43页/共74页第四十四页，共74页。45第44页/共74页第四十五页，共74页。46第45页/共74页第四十六页，共74页。47温和第46页/共74页第四十七页，共74页。48第47页/共74页第四十八页，共74页。49第48页/共

12、74页第四十九页，共74页。50第49页/共74页第五十页，共74页。51第50页/共74页第五十一页，共74页。523 3 分析与讨论分析与讨论4 4 结结 论论第51页/共74页第五十二页，共74页。53第52页/共74页第五十三页，共74页。54第53页/共74页第五十四页，共74页。55 （a a）齿轮轴近中心部位）齿轮轴近中心部位 (b) (b)图图2 2右边集中右边集中(jzhng)(jzhng)小圆形斑下层部位小圆形斑下层部位图图4 4 白点裂纹白点裂纹(li wn)(li wn)低倍形貌低倍形貌 4 4第54页/共74页第五十五页，共74页。56图图5 5 锯切时锯切时, ,图

13、图2 2中上边的台阶自然分离脱中上边的台阶自然分离脱落落(tulu)(tulu)的光滑圆形斑形貌的光滑圆形斑形貌 2 2 第55页/共74页第五十六页，共74页。57图图6 6 图图4(4(左左) )中取向不同中取向不同(b tn)(b tn)的裂纹显微形貌的裂纹显微形貌 第56页/共74页第五十七页，共74页。58 图7 齿轮轴贝氏体+铁素体组织(zzh)形貌 第57页/共74页第五十八页，共74页。59 图图8 8 图图3 3断裂断裂(dun li)(dun li)源区电镜形貌源区电镜形貌第58页/共74页第五十九页，共74页。60图图9 9 圆形斑外围的准解理断口圆形斑外围的准解理断口(

14、dunku)(dunku)形貌形貌 第59页/共74页第六十页，共74页。61图图10 10 裂纹扩展裂纹扩展(kuzhn)(kuzhn)区的解理形貌区的解理形貌第60页/共74页第六十一页，共74页。62 力学性能试验(shyn)结果（均值） 试验状态试验状态 Rp0.2（Mpa ） Rm（Mpa） A（%） Z（%） 常规常规拉伸拉伸 515 830 13.5 24.0 慢速慢速拉伸拉伸 - 820 12.0 16.5 去氢去氢拉伸拉伸 520 850 19.5 53.0 注注: :常规常规(chnggu)(chnggu)拉伸拉伸5 5支支; ;慢速拉伸慢速拉伸3 3支支; ;去氢拉伸去氢

15、拉伸4 4支支. .第61页/共74页第六十二页，共74页。63uZcZuZE)(%)(%)(%脆化系数脆化系数(xsh)：55. 00 .530 .240 .53E说明齿轮轴材料已经脆化。说明齿轮轴材料已经脆化。第62页/共74页第六十三页，共74页。64元素元素CSiMnPSCr Ni Mo轮轴轮轴 0.1870.3070.5640.0130.00561.651.510.288DINDIN标准标准 0.14/0.19 00.15/0.400.40/0.600.0350.0351.50/1.801.40/1.700.25/0.35 非指定的元素含量非指定的元素含量CuCu：0.240%0.2

16、40%、AsAs：0.422%0.422%和和SnSn：0.013%0.013%； 较高的较高的AsAs和和SnSn会增加会增加(zngji)(zngji)钢的回火脆性。钢的回火脆性。Fe?第63页/共74页第六十四页，共74页。65 杂质元素杂质元素AsAs和和SnSn与氢的共同作用降低了晶界的断裂与氢的共同作用降低了晶界的断裂抗力，加剧抗力，加剧(jij)(jij)氢脆效应。氢脆效应。圆形斑圆形斑-断口断口不同取向的内裂不同取向的内裂-低倍低倍不连续裂纹不连续裂纹-金相金相波纹花样和条纹花样波纹花样和条纹花样-微观微观第64页/共74页第六十五页，共74页。66原子原子(yunz)态氢态氢

17、分子分子(fnz)态氢态氢体积膨胀体积膨胀内压增内压增大大晶格滑移晶格滑移显微裂纹显微裂纹二维扩展二维扩展动态平衡动态平衡停止扩展停止扩展波纹花样波纹花样条纹花样条纹花样圆形斑圆形斑第65页/共74页第六十六页，共74页。67第66页/共74页第六十七页，共74页。68含量含量(hnling)(hnling)随钢的纯净随钢的纯净度提高而降低。度提高而降低。第67页/共74页第六十八页，共74页。69 第68页/共74页第六十九页，共74页。70第69页/共74页第七十页，共74页。71每周上课次，每次每周上课次，每次3 3学时；学时；提前一周将讲义提前一周将讲义(jingy)(jingy)提交审核，审核后进行必要补充提交审核，审核后进行