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2、增加1100多万辆。 引言引言 中国汽车厂及零部件供应商起步晚，产品设计、零部件制造、整车装配、质量管理等环节均在不断提高阶段 零件零件失效失效现状：现状： 用户，对汽车保养、正确使用知识及经验欠缺，货车超载现象严重失效分析是从现在入手着眼于未来、从失败入手着眼于成功的科学。失效分析是从现在入手着眼于未来、从失败入手着眼于成功的科学。 我国于1980年在中国机械工程学会材料分会内成立了失效分析委员会，每二年组织一次全国性的机械行业失效分析学术交流会,组织全国性的失效分析工作。自1983年起，将失效分析课程列为工科院校材料科学与工程类专业的必修课程，清华大学、浙江大学则列为机械类或工科类学生的选
3、修课和研究生课程。1998年成立我国机械工程学会失效分析学会（二级独立学会）。如今，失效分析已对提高产品质量和可靠性，改进设计与工艺，新材料的发展，进行事故仲裁，完善技术标准和提高经济效益等方面起着作用。此次培训的主要目的此次培训的主要目的: 让从事机械零件的产品、工艺、材料及质量分析人员了解失效分析的工作程序及其作用，以便在产品失效后能正确处理及保护好失效件或在寻找失在产品失效后能正确处理及保护好失效件或在寻找失效原因工作中效原因工作中少走弯路少走弯路，使从失效分析中找出的原因能为今后的，使从失效分析中找出的原因能为今后的质量改进提质量改进提供依据供依据。使产品质量不断提高。失效分析工作在我
4、国的现状失效分析工作在我国的现状是指进入商品流通领域后发生故障的是指进入商品流通领域后发生故障的零件零件失效失效件件是是从零件的服役条件出发，从外部现象和内在因素来判断从零件的服役条件出发，从外部现象和内在因素来判断失效模式失效模式，揭示揭示失效原因失效原因，研究失效事故处理方法和，研究失效事故处理方法和预防措施预防措施，防止类似事故，防止类似事故再再发生发生的技术活动及管理活动的技术活动及管理活动,统称失效分析。统称失效分析。失效分析失效分析 当由于某种原因使得此零件丧失它应有的功能时，或因受严重当由于某种原因使得此零件丧失它应有的功能时，或因受严重损伤损伤不能不能安全可靠地继续工作时安全可
5、靠地继续工作时，则称之为失效。，则称之为失效。失效失效名词解释：名词解释：是指进入商品流通领域前发生质量问题的零件是指进入商品流通领域前发生质量问题的零件废品件废品件形状、尺寸、材料性能1. 1. 判断零件失效性质，提高产品质量。判断零件失效性质，提高产品质量。2 2. . 分析零件失效原因分析零件失效原因，为事故责任认定、赔偿、保险、修改产品质量，为事故责任认定、赔偿、保险、修改产品质量 标准提供依据。标准提供依据。3. 3. 质量改进及失效的预防，避免同类零件的失效现象重复发生。质量改进及失效的预防，避免同类零件的失效现象重复发生。4. 4. 对缺陷产品的风险评估，为决策者提供参考信息。对
6、缺陷产品的风险评估，为决策者提供参考信息。失效分析的目的：失效分析的目的： 失效分析的目的不仅在于失效性质的判断和失效原因的明确失效分析的目的不仅在于失效性质的判断和失效原因的明确, ,而更而更重要的还在于为积极预防重复失效找到有效的途径。重要的还在于为积极预防重复失效找到有效的途径。任一产品不可能有无限使用寿命，从技术和经济上考虑，也没有必要要求机械零件永不失效，而是要求生产出的要求生产出的零件在给定的寿命期限内不零件在给定的寿命期限内不发生早期失效或者把产品失发生早期失效或者把产品失效限制在给定的范围内效限制在给定的范围内。7对象对象：是在使用中的产品。这些产品通常是经过出场检查合格的，即
7、符合技术标准要求的产品（个别漏检的废品除外）主要目的：主要目的：是寻找失效原因。漏检和技术标准不合理都可能是失效的原因，如果是后者，则应对技术标准进行修改。失效分析失效分析失效分析与废品分析的区别失效分析与废品分析的区别对象：对象：是不符合技术标准的产品及半成品。主要目的主要目的：是寻找产品为什么不符合技术标准的要求原因。至于产品的技术标准是否正确则不属于废品分析要解决的问题。分析方法及手段相同，但分析对象、分析目的及判断的依据不同分析方法及手段相同，但分析对象、分析目的及判断的依据不同废品分析废品分析82 2. .机械零件失效的类型机械零件失效的类型三三种种类类型型表面损伤失效表面损伤失效断
8、裂失效断裂失效尺寸失效尺寸失效由于过载、超温、腐蚀、疲劳、氢脆、金属脆等原因造成的失效如腐蚀冲刷、咬蚀、汽蚀而使零件表面损伤失效。轴承或齿轮表面由于接触疲劳而产生麻点剥落。零件在长期工作中，由于磨损、腐蚀、磨蚀等原因造成零件尺寸变化超过了允许值而失效。如:活塞、冲模、齿轮、轴颈等及由于时间效应导致的尺寸变化如：高温蠕变、低温蠕变、紧固螺栓拉长、喷油嘴涨大导致尺寸超限等。93 3. . 失效分析的基本程序失效分析的基本程序 一个机械零件的失效过程除与受力状态有关外，还一个机械零件的失效过程除与受力状态有关外，还与材料性能，温度，介质等环境因素有关。因此，对一与材料性能，温度，介质等环境因素有关。
9、因此，对一个机械零件进行失效分析不仅要了解该件的服役状况，个机械零件进行失效分析不仅要了解该件的服役状况，而且还要从产品设计，选材，冷热加工，制造工艺，装而且还要从产品设计，选材，冷热加工，制造工艺，装配等方面进行调查，分析，验证，配等方面进行调查，分析，验证，找出引起失效的主要找出引起失效的主要原因原因。显然涉及面较广。显然涉及面较广, ,但是也并非所有失效件都要全部但是也并非所有失效件都要全部按这些项目一一分析，对一个简单的失效件，失效分析按这些项目一一分析，对一个简单的失效件，失效分析过程也相应简单，无关因素可相应省略过程也相应简单，无关因素可相应省略。 先无损后破坏先无损后破坏 先简单
10、后复杂先简单后复杂先宏观后微观先宏观后微观 基本原则基本原则 零件失效的起源来自于零件的最薄弱处，遵循木桶的短板效应10失效分析的基本程序及意义：失效分析的基本程序及意义： 失效分析程序视失效件的具体情况而定。对一个较复杂的失效必须设置一个程序，否则的话，不仅会影响工作进展，还会漏取数据，甚至把先应取的数据被另一甚至把先应取的数据被另一提前的步骤给毁掉提前的步骤给毁掉。例如，对一断裂件，在还未进行断口分析前就把断口破坏进行材质分析，因此而失去了断裂形式的判断机会，对分析的结论也将受到影响。分析报告分析报告材料分析材料分析（理化分析）（理化分析）对失效对失效总成件的总成件的宏观分析宏观分析情况情
11、况调查调查验证试验验证试验失效分析故障树法失效分析故障树法12痕迹分析痕迹分析理化分析理化分析失效情况调查失效情况调查断口分析断口分析裂纹分析裂纹分析宏观分析宏观分析4. 失效分析的常用分析手段及选用原则失效分析的常用分析手段及选用原则13 对失效零件的失效情况调查是失效分析的第一步，也是很重要的一步。对失效零件的失效情况调查是失效分析的第一步，也是很重要的一步。了解了解与失效件有关的背景材料和现场情况，失效件的服役条件，使用功能，与失效件有关的背景材料和现场情况，失效件的服役条件，使用功能，设计要求设计要求, ,工作经历等工作经历等。 4.1 失效情况调查失效情况调查此阶段的主要工此阶段的主
12、要工作作 对对汽车零件失效件而言，即：汽车的使用日期及生产日期、汽车的行驶汽车零件失效件而言，即：汽车的使用日期及生产日期、汽车的行驶里程，汽车服役地区及服役中的环境介质情况，与失效件的相关件情况，该里程，汽车服役地区及服役中的环境介质情况，与失效件的相关件情况，该零件的设计要求与技术参零件的设计要求与技术参数等；台架试验的性质、运行寿命等数等；台架试验的性质、运行寿命等。 在在有些难以用文字叙述的情况下，对失效件损坏的外貌拍照也是必不可有些难以用文字叙述的情况下，对失效件损坏的外貌拍照也是必不可少的一项内容。少的一项内容。14 善于对待不同意见，甚至互相矛盾的意见。善于对待不同意见，甚至互相
13、矛盾的意见。 在调查中各类有关人员（维修服务站、司机、交警、设计、工艺、材料、检验、零件供应商等）中，其在工作经历、工作性质、知识和认识水平、对情况的了解程度等方面有差异，甚至还有涉及个人的责任和利益的问题，所以他们所反映的情况、看法和意见是不同的，在这种情况下不要急于判断其是非。不遗漏任何细节不遗漏任何细节: : 注意收集相关细节，包括断裂后的小碎片 举例说明 做好书面纪录做好书面纪录: 对那些有关失效因果关系的见解、列举的征兆和症状、根据、疑点和线索等及时记录下来，加以归纳整理. 照相技术的正确运用照相技术的正确运用 突出拍照的关注点，避开无关内容；考虑照片反差，避免复印件无法识别图像；注
14、意金属零件的反光点，避免造成误解或信息损失。 切忌主观臆断或先入为主的偏见。切忌主观臆断或先入为主的偏见。 应将了解到的情况进行客观分析不应以是否符合自己的设想而决定其取舍。案例案例: 哥伦比亚失事飞机的调查：哥伦比亚失事飞机的调查： 为了查清原因，由材料和工艺的工程师及科学家组成调查组，从20032月1日到4月4日，共17,400个电话、电子邮件、报告等，见了2,900个目击证人， 收到700分照片和录像以及报告，在肯尼迪航天中心，把在得克萨斯州和路易斯安纳州历时四个月收集来的8.4万片大约38飞机的残骸进行分类和重新组装，分析飞机残骸及碎片的飞离方向- - 简便简便、迅速、试样尺寸不受限制
15、、不必破坏断裂零件、观察范围、迅速、试样尺寸不受限制、不必破坏断裂零件、观察范围大大; ;- - 能能观察与分析破断全貌、裂缝和零件形状的关系、断口与变形方向的观察与分析破断全貌、裂缝和零件形状的关系、断口与变形方向的关系、断口与受力状态（主应力与切应力）的关系关系、断口与受力状态（主应力与切应力）的关系；- - 能够能够初步判断断裂起源位置、断裂性质与原因初步判断断裂起源位置、断裂性质与原因；- - 缩小缩小进一步分析研究的范围，可为进一步分析取样部位和数量的确定进一步分析研究的范围，可为进一步分析取样部位和数量的确定提供线索和依据提供线索和依据。4.2 宏观分析宏观分析 宏观分析方法是宏观
16、分析方法是破断故障分析中最方破断故障分析中最方便、最常用、最重要便、最常用、最重要的不可缺少的步骤和的不可缺少的步骤和方法方法，是整个失效分是整个失效分析的基础。析的基础。宏观分析法的宏观分析法的特特点点: :17 借助肉眼、放大镜借助肉眼、放大镜及体视显微镜对失效件进及体视显微镜对失效件进行全面观察，并进行首先行全面观察，并进行首先破坏件的判断、残骸拼凑、破坏件的判断、残骸拼凑、裂纹起始位置判断、零件裂纹起始位置判断、零件表面状况、油脂损失情况表面状况、油脂损失情况及零件腐蚀情况等。及零件腐蚀情况等。此阶段的主要工此阶段的主要工作作此阶段注意点此阶段注意点n 观察观察故障件是否有变形，弯曲，
17、颈缩故障件是否有变形，弯曲，颈缩及及 断裂断裂裂纹发展方向等，以初步判断裂纹发展方向等，以初步判断零件零件 工作过程工作过程中的受力方向，应力状态，中的受力方向，应力状态，进进 而而初步推断导致失效的几种可能性。初步推断导致失效的几种可能性。n 观察观察零件表面有无过烧，摺迭，斑疤零件表面有无过烧，摺迭，斑疤裂裂 纹纹等热加工缺陷，有无机加工刀痕，等热加工缺陷，有无机加工刀痕，刮刮 伤伤，划痕等机加工缺陷，划痕等机加工缺陷,进而判断冷热进而判断冷热加加 工质工质量。量。n 观察观察零件是否有腐蚀，磨损，零件是否有腐蚀，磨损，接触疲劳接触疲劳 麻麻坑等缺陷，以及其相关件的工作情况坑等缺陷，以及其
18、相关件的工作情况18 痕迹分析不仅可对事故和失效的发生、发展过程作出判断，并可为分析结论提供可靠的依据。 痕迹的定义：痕迹的定义：“环境作用于系统，在系统表面留下的标记 称为痕迹”。 在机械失效时，定义中的“系统”即为即为“机械”，而“环境”中的力学、化学、热学、电学等因素“作用”于机械，在机械表面及表面层所留下的损伤性标记，便是痕迹。 痕迹标记包括表面形貌(花样)、成分(或材料迁移)、颜色、表层组织、性能、残余应力以及表面污染状态等的变化。 痕迹分析就是对上述变化特征进行诊断鉴别，并找出其变化的过程和原因，为事故和机械失效分析提供线索和证据。4.3 痕迹分析痕迹分析19根据痕迹形成机理和条件
19、的不同，可以把痕迹分成以下几类： 机械接触痕迹（如：压痕、划痕、粘着痕迹、摩擦痕等） 腐蚀痕迹 电侵蚀痕迹（电腐蚀损伤痕迹、电接触粘附、电磨损痕迹等） 污染痕迹 分离物痕迹 热损伤痕迹（热冲击、热腐蚀、低熔点金属的热污染等） 加工痕迹痕迹的分类痕迹的分类 断口分析是断裂失效分析中相当关键及重要的一步。因为断口总是忠实地记录着断裂的原因，过程和瞬间的状况。因此断口分析是整个断裂失效分析的重要组成部分和必不可少的步骤。4.4 断口分析断口分析断口学：断口学：断口是试样或零件发生断裂所形成的断面。断口以形貌特征记录了材料在载荷和环境作用下断裂前的不可逆变形，以及裂纹的萌生和扩展直止断裂的全过程。断口
20、学就是通过定性和定量分析来识别这些特征，并将这些特征与发生损伤乃至最终失效的过程联系起来，找出与失效相关的内在或外在原因的科学技术。扫描电镜的问世，使断口的微观细节分析成为可能，直接促进了断口学的完善。21 借助借助放大镜、体视显微放大镜、体视显微镜及电子显微镜对失效件断镜及电子显微镜对失效件断口进行观察与分析，通过断口进行观察与分析，通过断口分析确定断裂性质、疲劳口分析确定断裂性质、疲劳源位置、寻找首先破坏件。源位置、寻找首先破坏件。观察断口的颜色、粗糙度、花纹、唇口、边缘情况、微观特征，进而确定断裂失效的方式，断裂源的位置等。（如脆断、韧性断及疲劳断、它是受到什么方向和什么种类的载荷而破坏
21、）。注意断口保护,避免手指触摸和擦试断口表面；切不可试图把断裂部件的破碎片互相接触对齐以恢复其原状，以免破坏断口表面；尽量避免用水洗涤断口表面，当必须用水洗时，需用丙酮或酒精漂洗吹干后才能储存到干燥器皿中.此阶段注意点此阶段注意点氢脆断口22 断裂前发生明显的塑性变形；断口表面成纤维状；断口的颜色呈灰暗色；断口外貌呈杯锥状，此时主应力垂直于杯锥低，锥面平行于最大切应力，与主应力呈呈45角；断口平行于最大切应力时，与主应力呈45角的剪切断口。韧性断裂的断口一般能寻见纤维区和剪唇区。韧性断裂一般由超载引起。纤维区一般是断裂源区。剪切唇总是在断口的边缘，并与构件的表面约成45夹角。在电子显微镜下的微
22、观形貌通常有韧窝韧性断口特征：韧性断口特征：23脆性断口特征：脆性断口特征： 断裂前断裂前无塑性变形无塑性变形，断口附近无缩颈现象；断口一般与正，断口附近无缩颈现象；断口一般与正应力垂直；断口表面平齐，断口表面无剪切唇；断口颜色有时应力垂直；断口表面平齐，断口表面无剪切唇；断口颜色有时比较光亮，有时比较暗灰（但比较光亮，有时比较暗灰（但仍比韧性金属的纤维状断口要仍比韧性金属的纤维状断口要亮）；当转动断口时，断口上亮）；当转动断口时，断口上呈现闪闪反光的小平面；较灰呈现闪闪反光的小平面；较灰暗的脆性断口则呈现无定型的暗的脆性断口则呈现无定型的粗糙表面，有时也出现晶粒的粗糙表面，有时也出现晶粒的外
23、形外形钢板一种脆性断口断裂源判断方法：一种脆性断口断裂源判断方法： 脆性断口有时还具有另一种特殊的宏观形貌特征，呈现出裂纹急速扩展形成的放射状撕裂棱形，即所谓人字状条纹、山形条纹或松枝状花样等，它们的交点均指向裂纹源，即山形条纹汇集的方向和人字条纹所指的最终方向即为断裂的起点，而裂纹的扩展方向则为山形或人字扩大方向。脆性断裂的主要特征脆性断裂的主要特征1.零件断成两部分或碎成多块零件断成两部分或碎成多块2.断裂后的残片能很好地拼凑复原断裂后的残片能很好地拼凑复原,断口能很好地吻合断口能很好地吻合,在在断口附近没有宏观的塑性变形迹象断口附近没有宏观的塑性变形迹象3.脆断时承受的工作应力很低脆断时
24、承受的工作应力很低,一般低于材料的屈服强度一般低于材料的屈服强度4.断裂的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始断裂的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始5.温度降低温度降低,脆断倾向增加脆断倾向增加6.脆断断口宏观上平直脆断断口宏观上平直,断面与正应力垂直断面与正应力垂直,断口上往往能断口上往往能观察到放射状或人字纹条纹观察到放射状或人字纹条纹26 疲劳断口特征：疲劳断口特征：疲劳断口示意图疲劳断口示意图最后断裂区最后断裂区裂纹扩展区裂纹扩展区疲劳源区疲劳源区三三个个区区域域低强度钢中疲劳辉纹低强度钢中疲劳辉纹疲劳裂纹的形成示意图疲劳裂纹的形成示意图1.它可能在名义应力远低于材料的屈服强度，甚至弹性极
25、限以下发生；2.它对材料缺陷、零件形状、表面状态和环境条件等因素都非常密感。3.它属脆性断裂，直至零件突然断裂前，都没有明显的宏观塑性变形，不易被察觉。28金属疲劳金属疲劳 金属材料在低于拉伸强度极限的交变载荷下，局部区域发显微塑性变形，金属材料在低于拉伸强度极限的交变载荷下，局部区域发显微塑性变形，导致裂纹萌生、扩展甚至断裂的现象导致裂纹萌生、扩展甚至断裂的现象疲劳破坏是工程零件失效的最常见形式，约占失效零件总数的疲劳破坏是工程零件失效的最常见形式，约占失效零件总数的90%，同时也是最危险的失效形式之一。，同时也是最危险的失效形式之一。材料疲材料疲劳强度劳强度零件疲零件疲劳强度劳强度零件疲零
26、件疲劳寿命劳寿命零部件疲劳断裂分析评价的三要素零部件疲劳断裂分析评价的三要素:29载荷类型载荷类型高名义应力高名义应力低名义应力低名义应力无应力集中无应力集中小应力集中小应力集中大应力集中大应力集中无应力集中无应力集中小应力集中小应力集中大应力集中大应力集中拉拉-压（拉）压（拉）单向弯曲单向弯曲双向弯曲双向弯曲旋转弯曲旋转弯曲扭转扭转各种类型的疲劳断口形态示意图各种类型的疲劳断口形态示意图301.一般来说，如果韧性断口、脆性断口、疲劳断口三种断口同时存在时，一般来说，如果韧性断口、脆性断口、疲劳断口三种断口同时存在时，其中疲劳断口是首先破坏件其中疲劳断口是首先破坏件。首先断裂件的判断原则首先断
27、裂件的判断原则：4. 当各断裂件均为韧性断裂时，则应根据各零件的受力状态、结构特性、当各断裂件均为韧性断裂时，则应根据各零件的受力状态、结构特性、断裂的走向、材质与性能等进行综合分析与评定，才能找出首先断裂失效断裂的走向、材质与性能等进行综合分析与评定，才能找出首先断裂失效件。件。3. 当存在两个或两个以上的疲劳断裂件时，低应力疲劳断裂件出现在前，当存在两个或两个以上的疲劳断裂件时，低应力疲劳断裂件出现在前，而大应力疲劳断裂件出现在后；而大应力疲劳断裂件出现在后；2. 在多个断裂件中，既有韧性断口，又有脆性断口时，一般脆性断裂件发在多个断裂件中，既有韧性断口，又有脆性断口时，一般脆性断裂件发生
28、在前，韧性断裂件发生在后；生在前，韧性断裂件发生在后； 对材质的冶金质量分析对材质的冶金质量分析. .它包括化学成份，力学性能，物它包括化学成份，力学性能，物理性能，金相组织及材料缺陷及无损检测等。对这些项目的分理性能，金相组织及材料缺陷及无损检测等。对这些项目的分析并不一定同时进行，根据对失效情况的初步判断，可首先进析并不一定同时进行，根据对失效情况的初步判断，可首先进行其中的一项或几项。在进行这些项目分析时，取样也是非常行其中的一项或几项。在进行这些项目分析时，取样也是非常关键的一步，最好在外观检查及断口分析之后在能反映失效特关键的一步，最好在外观检查及断口分析之后在能反映失效特征处取样。
29、征处取样。4.5 理化分析理化分析此阶段主要工作此阶段主要工作 金相分析是研究材料内部组织和缺陷的主要方法之一，它在材料研金相分析是研究材料内部组织和缺陷的主要方法之一，它在材料研究中占有重要的地位。利用金相显微镜将试样放大究中占有重要的地位。利用金相显微镜将试样放大1001500倍来研究材倍来研究材料内部组织的方法称为金相显微分析法，是研究金属材料微观结构最基料内部组织的方法称为金相显微分析法，是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术。显微分析可以研究材料内部的组织与其化学成分的本的一种实验技术。显微分析可以研究材料内部的组织与其化学成分的关系；可以确定各类材料经不同加工及热处理后的显微组
32、质结构；扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌，也能与观察固体表面的形貌，也能与X射线射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子探针，用于物质成分分析；发射式子探针，用于物质成分分析；发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研电子显微镜用于自发射电子表面的研究。究。 在代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显在代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜两大类。微镜两大类。扫描电镜扫描电镜图像有很强的立体感；能分析物质成分。放大倍图像有很强的立体感；能分析物质成分。放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍.金相显
33、微镜金相显微镜是利用反射光对材料的显微组织进行观察与分析研究是利用反射光对材料的显微组织进行观察与分析研究的仪器。放大倍数一般在的仪器。放大倍数一般在50-1000倍。倍。体式显微镜体式显微镜是一种具有正像立体感的目视图像放大仪器，可对材是一种具有正像立体感的目视图像放大仪器，可对材料的低倍组织和断口组织等进行分析研究。放大倍数料的低倍组织和断口组织等进行分析研究。放大倍数一般在一般在1-50倍。倍。透射电镜透射电镜样品要求极薄样品要求极薄.透射电镜的分辨率为透射电镜的分辨率为0.10.2nm，放大倍数为几万几十万倍，放大倍数为几万几十万倍.光学显微镜光学显微镜电子显微镜电子显微镜对策：在还原
34、性或保护性气氛中完成零件的热处理影响因素：加热介质（O2、CO2及水蒸气是氧化脱碳性强的气体）危害：是造成淬火软点和开裂的根源内氧化内氧化部分脱碳部分脱碳全脱碳全脱碳 氧化与脱碳对策：对策：合理的热处理工艺参数；对大型或复杂零件采取预热、分段加热或降低加热速度，消除晶粒长大因素；通过多次的正火或退火细化晶粒影响因素：影响因素：加热温度、高温保温时间、炉中放置方式、装炉量危害：危害：力学性能显著下降，脆性增加过热与过烧过热过热过烧过烧是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形，压痕或划痕的能力，是是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形，压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬程度的一种性能指标衡量金属软硬程
36、，适合在生产线上4.可在圆柱形试样上测量5.压痕小，可在某些成品上测量1.不适合低于0.15mm以下的薄板2.不适于硬度低于HRC20的材料3.各种洛氏硬度之间无对应关系，如： 60HRA 100HRB 20HRC4.洛氏硬度的准确性较布氏硬度稍差维氏硬度维氏硬度1.适应范围广，高低硬度材料均可测量2.可对很小的样品测量，3可对微观组织中的组成相进行测量4.当HV小于400时，HVHB1.对试样的表面光洁度、平行度要求高2.测量速度慢，误差较大3.不能测量圆柱形样品4.不适合生产线上41 常用硬度试验及适应范围常用硬度试验及适应范围 测量方法测量方法代码代码表示方法示例表示方法示例适用范围适用
37、范围布氏硬度布氏硬度HBS350HBS5/750350HBS5/750/20钢球压头；组织不均匀材料、退火件、正火件、调质件钢球压头；组织不均匀材料、退火件、正火件、调质件以及铸件和锻件，适合硬度值在以及铸件和锻件，适合硬度值在450一下的材料一下的材料HBW350HBW5/750硬质合金压头：适合硬度值在硬质合金压头：适合硬度值在450-650之间的材料之间的材料洛氏硬度洛氏硬度HRA59HRA高硬度淬火件、较小与较薄件、中等厚度硬化层件的表高硬度淬火件、较小与较薄件、中等厚度硬化层件的表面硬度面硬度HRB59HRBW59HRBS硬度较低的退火件、正火件、铜合金、铝合金等硬度较低的退火件、正
38、火件、铜合金、铝合金等HRC59HRC淬火回火后的零件、较厚硬化层零件的表面硬度淬火回火后的零件、较厚硬化层零件的表面硬度表面表面洛氏硬度洛氏硬度HRN70HR30N圆锥压头；薄件、小件及薄或中等厚度硬化层零件的表圆锥压头；薄件、小件及薄或中等厚度硬化层零件的表面硬度面硬度HRT40HR30TS钢球压头；钢球压头；维氏硬度维氏硬度HV5-100640HV30640HV30/20薄件、小件及薄或中等厚度硬化层零件的表面硬度薄件、小件及薄或中等厚度硬化层零件的表面硬度显微显微维氏硬度维氏硬度HV0.1-1500HV0.3微小件、极薄件或显微组织的硬度微小件、极薄件或显微组织的硬度肖氏硬度肖氏硬度H
40、观缺陷的无损检测检测工件宏观缺陷的无损检测涡流探伤涡流探伤ETET渗透探伤渗透探伤PTPT表面缺陷探伤表面缺陷探伤磁粉探伤磁粉探伤MTMT 无损检测的最大特点就是非是非破坏检测破坏检测，产品的检查率可以达到100%。但是，并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测。某些试验只能采用破坏性试验，因此，在目前无损检测还不能代替破坏性检测。也就是说，对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。 隔皮猜瓜是生活中的无损检测无损检测 磁粉探伤磁粉探伤（MT）线圈法将工件放在通有电流的螺管线圈内磁化的方法，它有利于发现与线圈轴垂直的缺陷当
45、射线探伤原理影像形成原理影像形成原理 :是由于X线的特性和零件的致密度与厚度之差异所致。 利用X射线在介质中传播时的衰减特性，当将强度均匀的射线从被检件的一面注入其中时，由于缺陷与被检件基体材料对射线的衰减特性不同，透过被检件后的射线强度将会不均匀，用胶片照相、荧光屏直接观测等方法在其对面检测透过被检件后的射线强度，即可判断被检件表面或内部是否存在缺陷（异质点）。基本概念：基本概念：X射线探伤是指用X射线穿透试件，以胶片或图像作为记录信息的器材的无损检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。 可以获得缺陷的直观图像，定性准确，对长度、宽度尺寸的定量也比较准； 对体积型缺陷（
47、理利用超声波在界面（声阻抗不同的两种介质的结合面）出的反射和折射以及超声波在介质中传播过程中的衰减，由发射探头向被检件发射超声波，由接收探头接收从界面（缺陷或本底）处反射回来超声波（反射法）或透过被检件后的透射波（透射法），以此检测备件部件是否存在缺陷，并对缺陷进行定位、定性与定量。超声检测主要应用于对金属板材、管材和棒材，铸件、锻件和焊缝以及桥梁、房屋建筑等混凝土构建的检测。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探
50、性4.严格性严格性3.动态性动态性2.互容性互容性1.非破坏性非破坏性无损检测特点无损检测特点是指在获得检测结果的同时，除了剔除不合格品外，不损失零件。因此，检测规模不受零件多少的限制，既可抽样检验，又可在必要时采用普检。因而，更具有灵活性（普检、抽检均可）和可靠性。即指检验方法的互容性，即：同一零件可同时或依次采用不同的检验方法；而且又可重复地进行同一检验。这也是非破坏性带来的好处。无损探伤方法可对使用中的零件进行检验，而且能够适时考察产品运行期的累计影响。因而，可查明结构的失效机理。是指无损检测技术的严格性。首先无损检测需要专用仪器、设备；同时也需要专门训练的检验人员，按照严格的规程和标准
51、进行操作。不同的检测人员对同一试件的检测结果可能有分歧。特别是在超声波检验时，同一检验项目要由两个检验人员来完成。需要“会诊”！53硬度试验：硬度试验：选择正确的硬度试验方法（各种硬度方法适应范围见后附表）理化检验理化检验阶段阶段的的注意点注意点化学成分分析：化学成分分析：不仅要对合金成份进行分析，更多的是微区成份的分析，尤其是断裂起始部位，此处的成份常常与断裂的原因更具有直接联系。取样部位相当重要。金相检验金相检验: :取样、制样及腐蚀剂的选择非常关键。应在能反映失效特征处取样，制样时防止假象产生，腐蚀剂应能充分显现出组织的各组成相。有时根据需要会在不同的区域处取多块试样，切忌怕麻烦，否则会
52、失掉很多有用的信息。另外，会缺陷组织的识别及熟知材料冶金缺陷产生原因对正确取样也有相当大的帮助重要，可少走许多弯路。机械性能机械性能常由硬度检验开始，在可能的情况下，可做常规的弯曲、拉伸、冲击等，但在作结论判断时注意零件是否已受到的强化影响。54 裂纹裂纹和断口均是表述断裂失效过程不同阶段的术语，在力的作用下，和断口均是表述断裂失效过程不同阶段的术语，在力的作用下，零件表面或内部的连续性遭到破坏而未最终破断之前称为裂纹，最终破断零件表面或内部的连续性遭到破坏而未最终破断之前称为裂纹，最终破断的断裂面称为断口。的断裂面称为断口。 断裂经历裂纹的萌生、扩展直至最终破断等不同阶段，而每一阶段断裂经历
53、裂纹的萌生、扩展直至最终破断等不同阶段，而每一阶段都与内部的、外部的、力学的、化学的以及物理的诸多因素有关；都与内部的、外部的、力学的、化学的以及物理的诸多因素有关； 断裂过程的每一阶段会在断口上留下相应的痕迹、形貌与特征。断裂过程的每一阶段会在断口上留下相应的痕迹、形貌与特征。 断口和裂纹分析就是通过对这些痕迹、形貌与特征的观察、鉴别及断口和裂纹分析就是通过对这些痕迹、形貌与特征的观察、鉴别及分析，揭示出断裂过程的相关因素，从而判明断裂失效的性质与机理。因分析，揭示出断裂过程的相关因素，从而判明断裂失效的性质与机理。因此，断口和裂纹分析是断裂失效分析的基础。此，断口和裂纹分析是断裂失效分析的
54、基础。4.6 裂纹分析裂纹分析56裂纹特性裂纹特性: : 要注意裂纹的形态、起源位置、裂纹走向、裂纹两侧及尾部的情况，最后确定裂纹性质（工艺裂纹？使用裂纹？）。裂纹源的判断：裂纹源的判断：通常起源于零件的应力集中处，或在各种工艺过程中所造成的材料缺陷处。当出现多条裂纹时，应找出主裂纹，裂纹源则在主裂纹源头。由应力集中引起的裂纹由应力集中引起的裂纹一般起源于深刀痕、刮伤、园角、台阶处。由材料缺陷引起的裂纹由材料缺陷引起的裂纹一般起源于材料的折叠、偏析、夹杂物、缺陷组织处。工艺裂纹度工艺裂纹度 在生产工艺过程中产生的裂在生产工艺过程中产生的裂纹。如：铸造裂纹、锻轧裂纹、纹。如：铸造裂纹、锻轧裂纹、
55、焊接裂纹、热处理裂纹、磨削裂焊接裂纹、热处理裂纹、磨削裂纹、白点、折叠等。纹、白点、折叠等。使用裂纹度使用裂纹度 在使用过程中产生的裂纹。在使用过程中产生的裂纹。如：疲劳裂纹、蠕变裂纹、韧性如：疲劳裂纹、蠕变裂纹、韧性撕裂、应力腐蚀裂纹（包括氢脆撕裂、应力腐蚀裂纹（包括氢脆裂纹）等。裂纹）等。热处理淬火裂纹热处理淬火裂纹钢件淬火裂纹的基本形态钢件淬火裂纹的基本形态纵向裂纹纵向裂纹剥离裂纹剥离裂纹网状裂纹网状裂纹横向裂纹横向裂纹 在热处理淬火在热处理淬火过程中过程中, ,当淬火产生当淬火产生的的内应力内应力大于大于材料的断裂强度材料的断裂强度时便会导时便会导致裂纹产生致裂纹产生. .淬火裂纹往往
56、是马氏体转变开始进行后不久产生的淬火裂纹往往是马氏体转变开始进行后不久产生的, ,裂纹分一般容裂纹分一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。易在工件的尖角、截面突变处形成。残余应力残余应力 在一定条件下控制残余应力在一定条件下控制残余应力使之合理分布，可以提高零件的使之合理分布，可以提高零件的机械性能和使用寿命，变有害为机械性能和使用寿命，变有害为有利。例如对齿轮喷丸增加零件有利。例如对齿轮喷丸增加零件表面压应力可提高疲劳寿命。表表面压应力可提高疲劳寿命。表层残余压应力的合理分布对零件层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。人们的广泛重
57、视。 零件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用在零件内部产零件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用在零件内部产生应力，当这些因素消失之后仍有部分应力保留在零件内部，这部分内应生应力，当这些因素消失之后仍有部分应力保留在零件内部，这部分内应力称为残余应力。力称为残余应力。 热处理残余应力是指工件经热处理后热处理残余应力是指工件经热处理后最终残存下来的应力，对工件的形状、尺最终残存下来的应力，对工件的形状、尺寸和性能都有极为重要的影响。当它超过寸和性能都有极为重要的影响。当它超过材料的屈服强度时，便引起工件的变形，材料的屈服强度时，便引起工件的变形，超过材料的强度极限时就会使工件开
58、裂，超过材料的强度极限时就会使工件开裂，这是它有害的一面，应当减少和消除。这是它有害的一面，应当减少和消除。残余应力对零件的影响有弊也有利残余应力对零件的影响有弊也有利 钢件的淬火变形和裂纹基本上都是由淬火时在钢件中产钢件的淬火变形和裂纹基本上都是由淬火时在钢件中产生的内应力引起的生的内应力引起的.内应力包括内应力包括:热应力及组织应力热应力及组织应力淬火内应力淬火内应力热处理中热处理中重要概念重要概念热应力：由热胀冷缩产生的应力热应力：由热胀冷缩产生的应力 热应力取决于加热温度、加热速度、零件截面厚薄的差异程度以及加热、冷却的均匀性等。热应力造成的残余应力特点：表层为压应力，心部为拉应力热应
59、力造成的残余应力特点：表层为压应力，心部为拉应力拉应力可使零件开裂拉应力可使零件开裂,表面压应力可提高零件的疲劳强度。表面压应力可提高零件的疲劳强度。组织应力：由相变产生的应力组织应力：由相变产生的应力 组织应力取决于马氏体转变温度、残余奥氏体量。此外，钢的淬透性、原始组织、淬火温度以及冷却速度也是影响组织应力的重要因素。组织应力造成的残余应力特点：表层为拉应力，心部为压应力组织应力造成的残余应力特点：表层为拉应力，心部为压应力 实践证明，在热处理过程中，只要有相变，热应力和组织应力都会发生。只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的，在整个冷却过程中，热应力
60、与组织应力综合作用的结果，就是工件中实际存在的应力。热应力和组织应力作用方向相反时二者可抵消，相同时二者相互迭加。当热应力占主导地位时工件心部受拉，表面受压;当组织应力占主导地位时工件心部受压表面受拉。裂纹类型裂纹类型特征特征形成条件形成条件预防措施预防措施纵向裂纹纵向裂纹 由表及里、深而长。由表及里、深而长。 工件全部淬透易发生，原材工件全部淬透易发生，原材料有碳化物带状偏析或非金料有碳化物带状偏析或非金属夹杂物延伸。属夹杂物延伸。 控制原材料质量，合理选择预控制原材料质量，合理选择预热处理以改善原始组织。热处理以改善原始组织。 网状裂纹网状裂纹 位于工件表面、深位于工件表面、深度度0.01
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