失效分析概論學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1失效失效(sh xio)分析概論分析概論第一頁，共74頁。2第1頁/共74頁第二頁，共74頁。 指在使用過程中由于尺寸、形狀、材料的性能或組織發(fā)生變化而導(dǎo)致其不能完滿地完不能完滿地完成指定的功能成指定的功能，或者喪失了原設(shè)計(jì)喪失了原設(shè)計(jì)功能功能的現(xiàn)象。 隨著科技的進(jìn)步，材料使用日趨多元化、惡劣化，失效導(dǎo)致的損壞也往往極為慘重！第2頁/共74頁第三頁，共74頁。4 空難事件1986年，美國挑戰(zhàn)者號宇宙飛船在升空1分鐘后爆炸(bozh)，造成7名宇航員罹難。左圖：肇事的低溫(dwn)硬化脆裂密封橡皮環(huán)最初(zuch)猜測：宇宙飛船兩側(cè)的固態(tài)火箭推進(jìn)器發(fā)生氫脆破裂 造成燃燒？調(diào)查結(jié)果：火箭推

2、進(jìn)器下方的O型密封橡皮環(huán)在火箭點(diǎn)火 待命發(fā)射前因需要冷卻而產(chǎn)生低溫硬化脆裂， 使氫氣泄漏，在宇宙飛船升空后引發(fā)爆炸。第3頁/共74頁第四頁，共74頁。5 機(jī)翼引擎機(jī)翼引擎的固定螺桿的固定螺桿(lu n)斷斷裂裂1979年華盛頓機(jī)場起飛DC-10客機(jī)墜毀(zhuhu)過程分析美國民航史上重大慘案，共死亡275人, 整個(gè)(zhngg)過程僅50秒鐘 。第4頁/共74頁第五頁，共74頁。6第5頁/共74頁第六頁，共74頁。7飛機(jī)尾翼(wi y)控制聯(lián)動(dòng)盤索破斷第6頁/共74頁第七頁，共74頁。8 Aloha航空公司的波音737事故(shg)。在夏威夷上空飛行時(shí)飛機(jī)艙蓋斷裂。事故(shg)調(diào)查結(jié)論是艙

3、蓋的強(qiáng)度因嚴(yán)重的腐蝕和疲勞而降低。 飛機(jī)飛機(jī)(fij)(fij)艙蓋斷裂艙蓋斷裂飛行飛行(fixng)(fixng)中的飛機(jī)中的飛機(jī)著陸后的機(jī)身著陸后的機(jī)身第7頁/共74頁第八頁，共74頁。9船身(chun shn)斷開第8頁/共74頁第九頁，共74頁。101998年德國高鐵出軌(ch gu)事故 1998年6月3日，德國漢諾威開往漢堡的高速列車（ICE）出軌并撞上陸橋，101人死亡。發(fā)生后三天，所有此型號火車停駛進(jìn)行全面檢測。 鑒定報(bào)告推測是火車輪箍(ln )發(fā)生疲勞破損，從車輪上松脫并卡在輪對上，列車行進(jìn)只一處轉(zhuǎn)撤器時(shí)終于出軌。 重新運(yùn)行后，最高時(shí)速由280KM降至160KM，隨后德鐵DB

4、更換了被認(rèn)為是事故原因的此型號(xngho)火車的全部車輪。第9頁/共74頁第十頁，共74頁。11第10頁/共74頁第十一頁，共74頁。12第11頁/共74頁第十二頁，共74頁。13第12頁/共74頁第十三頁，共74頁。14第13頁/共74頁第十四頁，共74頁。15地下瓦斯(w s)鋼管長期受其上方橫過的污水管路腐蝕，造成管壁局部變薄而無法承受正常瓦斯(w s)壓力，終于泄漏及爆炸！第14頁/共74頁第十五頁，共74頁。16 失效分析的重點(diǎn)是分析失效的原因和采取失效分析的重點(diǎn)是分析失效的原因和采取(ciq)(ciq)預(yù)防措施，即所謂失效診斷和失效對策。預(yù)防措施，即所謂失效診斷和失效對策。 第1

5、5頁/共74頁第十六頁，共74頁。17 失效失效(sh xio)分析可減少和預(yù)防產(chǎn)品同類失效分析可減少和預(yù)防產(chǎn)品同類失效(sh xio)重復(fù)發(fā)生；重復(fù)發(fā)生； 失效分析是產(chǎn)品全面質(zhì)量管理中的重要組成部分失效分析是產(chǎn)品全面質(zhì)量管理中的重要組成部分(z chn b fn)和和關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)；關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)； 失效分析可為失效分析可為仲裁失效仲裁失效事故的責(zé)任、偵破犯罪案件、事故的責(zé)任、偵破犯罪案件、修改和制訂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面提供可靠科學(xué)依據(jù)；修改和制訂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面提供可靠科學(xué)依據(jù)； 失效分析是技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、失效分析是技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)和技術(shù)創(chuàng)新的新的“促進(jìn)劑促

6、進(jìn)劑”。第16頁/共74頁第十七頁，共74頁。18 斷裂 表面損傷 過量變形或第17頁/共74頁第十八頁，共74頁。19材材料料破破壞壞分分類類第18頁/共74頁第十九頁，共74頁。20第19頁/共74頁第二十頁，共74頁。21 常見錯(cuò)誤：計(jì)算中的過載荷； 外形上的應(yīng)力集中(jzhng)； 焊縫選擇不當(dāng)及配合不合適； 選材錯(cuò)誤； 沒有考慮使用條件和環(huán)境的影響等。第20頁/共74頁第二十一頁，共74頁。22圖圖 ?？吭谔窖蟊备鄞a頭上的美國?？吭谔窖蟊备鄞a頭上的美國(mi (mi u)u)輪船輪船SchenectadySchenectady號的斷裂號的斷裂 經(jīng)檢查是由焊接缺陷引起的經(jīng)檢查是由焊

7、接缺陷引起的. . 第21頁/共74頁第二十二頁，共74頁。23第22頁/共74頁第二十三頁，共74頁。24鍍時(shí)引起的氫脆等)。第23頁/共74頁第二十四頁，共74頁。25 2005年年12月月29日日“西雅圖郵報(bào)西雅圖郵報(bào)”報(bào)道：報(bào)道：麥道麥道80客機(jī)在起飛客機(jī)在起飛20分鐘后，在分鐘后，在8000米高空米高空突發(fā)巨響，飛行員緊急下降，避免了災(zāi)難突發(fā)巨響，飛行員緊急下降，避免了災(zāi)難(zinn)。后經(jīng)檢查是機(jī)場運(yùn)輸工人在飛機(jī)起飛前將行后經(jīng)檢查是機(jī)場運(yùn)輸工人在飛機(jī)起飛前將行李車撞上了飛機(jī)，產(chǎn)生了一個(gè)折痕。最后在李車撞上了飛機(jī)，產(chǎn)生了一個(gè)折痕。最后在飛行時(shí)不斷擴(kuò)展形成了一個(gè)大洞。飛行時(shí)不斷擴(kuò)展形成

8、了一個(gè)大洞。美國航美國航班在班在80008000米米高空裂高空裂個(gè)大洞個(gè)大洞第24頁/共74頁第二十五頁，共74頁。26在控制下的材料破壞行為! 如: 金屬的鍛造 典型的塑性變形 研磨、拋光 磨損 超聲波加工(ji gng) 沖蝕 電漿蝕刻 噴砂磨損 電解研磨 電化學(xué)腐蝕 第25頁/共74頁第二十六頁，共74頁。27 材料的加工性主要決定于材料的破壞參數(shù)材料的加工性主要決定于材料的破壞參數(shù)(cnsh)(cnsh)(強(qiáng)度、硬度、破壞韌性等強(qiáng)度、硬度、破壞韌性等), ), 而材料的加工精度取決于材料破壞的尺度以及對材料破壞的控制。而材料的加工精度取決于材料破壞的尺度以及對材料破壞的控制。原子操縱原

9、子操縱 晶格破壞晶格破壞 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展第26頁/共74頁第二十七頁，共74頁。28觀察觀察(gunch)破壞特征破壞特征分析破壞成分分析破壞成分第27頁/共74頁第二十八頁，共74頁。29第28頁/共74頁第二十九頁，共74頁。30現(xiàn)場(xinchng)調(diào)研第29頁/共74頁第三十頁，共74頁。31第30頁/共74頁第三十一頁，共74頁。32第31頁/共74頁第三十二頁，共74頁。33第32頁/共74頁第三十三頁，共74頁。34第33頁/共74頁第三十四頁，共74頁。35OM-SEM-TEM 顯微鏡特性(txng)比較特性互補(bǔ)第34頁/共74頁第三十五頁，共74頁。36第

10、35頁/共74頁第三十六頁，共74頁。37本體成分分析(材料內(nèi)部化學(xué)成分)。各有代表性儀器,針對各種不同的破壞機(jī)制需選擇適當(dāng)?shù)某煞址治鰞x器。第36頁/共74頁第三十七頁，共74頁。38(分析(fnx)深度5nm)AES俄歇光譜儀; ESCA光電子化學(xué)分析儀; SIMS二次離子質(zhì)譜儀IMMA離子微探質(zhì)譜儀; ISS離子散射(snsh)光譜儀; LRS激光拉曼光譜儀 俄歇光譜儀 光電子化學(xué)分析儀 二次離子質(zhì)譜儀 離子微探 質(zhì)譜儀 離子散射光譜儀 激光拉曼光譜儀第37頁/共74頁第三十八頁，共74頁。39(分析(fnx)深度1000nm)EPMA電子微探分析儀;( WDX波長色散法; EDX能量色散

11、法)XRF X射線熒光(ynggung)分析儀;RBS 盧瑟福后散射光譜儀; MBS 穆斯堡爾光譜儀X射線熒光分析儀盧瑟福后散射光譜儀第38頁/共74頁第三十九頁，共74頁。40第39頁/共74頁第四十頁，共74頁。41第40頁/共74頁第四十一頁，共74頁。42第41頁/共74頁第四十二頁，共74頁。43侵襲程度增加第42頁/共74頁第四十三頁，共74頁。44第43頁/共74頁第四十四頁，共74頁。45第44頁/共74頁第四十五頁，共74頁。46第45頁/共74頁第四十六頁，共74頁。47溫和第46頁/共74頁第四十七頁，共74頁。48第47頁/共74頁第四十八頁，共74頁。49第48頁/共

12、74頁第四十九頁，共74頁。50第49頁/共74頁第五十頁，共74頁。51第50頁/共74頁第五十一頁，共74頁。523 3 分析與討論分析與討論4 4 結(jié)結(jié) 論論第51頁/共74頁第五十二頁，共74頁。53第52頁/共74頁第五十三頁，共74頁。54第53頁/共74頁第五十四頁，共74頁。55 （a a）齒輪軸近中心部位）齒輪軸近中心部位 (b) (b)圖圖2 2右邊集中右邊集中(jzhng)(jzhng)小圓形斑下層部位小圓形斑下層部位圖圖4 4 白點(diǎn)裂紋白點(diǎn)裂紋(li wn)(li wn)低倍形貌低倍形貌 4 4第54頁/共74頁第五十五頁，共74頁。56圖圖5 5 鋸切時(shí)鋸切時(shí), ,圖

13、圖2 2中上邊的臺(tái)階自然分離脫中上邊的臺(tái)階自然分離脫落落(tulu)(tulu)的光滑圓形斑形貌的光滑圓形斑形貌 2 2 第55頁/共74頁第五十六頁，共74頁。57圖圖6 6 圖圖4(4(左左) )中取向不同中取向不同(b tn)(b tn)的裂紋顯微形貌的裂紋顯微形貌 第56頁/共74頁第五十七頁，共74頁。58 圖7 齒輪軸貝氏體+鐵素體組織(zzh)形貌 第57頁/共74頁第五十八頁，共74頁。59 圖圖8 8 圖圖3 3斷裂斷裂(dun li)(dun li)源區(qū)電鏡形貌源區(qū)電鏡形貌第58頁/共74頁第五十九頁，共74頁。60圖圖9 9 圓形斑外圍的準(zhǔn)解理斷口圓形斑外圍的準(zhǔn)解理斷口(

14、dunku)(dunku)形貌形貌 第59頁/共74頁第六十頁，共74頁。61圖圖10 10 裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展(kuzhn)(kuzhn)區(qū)的解理形貌區(qū)的解理形貌第60頁/共74頁第六十一頁，共74頁。62 力學(xué)性能試驗(yàn)(shyn)結(jié)果（均值） 試驗(yàn)狀態(tài)試驗(yàn)狀態(tài) Rp0.2（Mpa ） Rm（Mpa） A（%） Z（%） 常規(guī)常規(guī)拉伸拉伸 515 830 13.5 24.0 慢速慢速拉伸拉伸 - 820 12.0 16.5 去氫去氫拉伸拉伸 520 850 19.5 53.0 注注: :常規(guī)常規(guī)(chnggu)(chnggu)拉伸拉伸5 5支支; ;慢速拉伸慢速拉伸3 3支支; ;去氫拉伸去氫

15、拉伸4 4支支. .第61頁/共74頁第六十二頁，共74頁。63uZcZuZE)(%)(%)(%脆化系數(shù)脆化系數(shù)(xsh)：55. 00 .530 .240 .53E說明齒輪軸材料已經(jīng)脆化。說明齒輪軸材料已經(jīng)脆化。第62頁/共74頁第六十三頁，共74頁。64元素元素CSiMnPSCr Ni Mo輪軸輪軸 0.1870.3070.5640.0130.00561.651.510.288DINDIN標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 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%； 較高的較高的AsAs和和SnSn會(huì)增加會(huì)增加(zngji)(zngji)鋼的回火脆性。鋼的回火脆性。Fe?第63頁/共74頁第六十四頁，共74頁。65 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素AsAs和和SnSn與氫的共同作用降低了晶界的斷裂與氫的共同作用降低了晶界的斷裂抗力，加劇抗力，加劇(jij)(jij)氫脆效應(yīng)。氫脆效應(yīng)。圓形斑圓形斑-斷口斷口不同取向的內(nèi)裂不同取向的內(nèi)裂-低倍低倍不連續(xù)裂紋不連續(xù)裂紋-金相金相波紋花樣和條紋花樣波紋花樣和條紋花樣-微觀微觀第64頁/共74頁第六十五頁，共74頁。66原子原子(yunz)態(tài)氫態(tài)氫

17、分子分子(fnz)態(tài)氫態(tài)氫體積膨脹體積膨脹內(nèi)壓增內(nèi)壓增大大晶格滑移晶格滑移顯微裂紋顯微裂紋二維擴(kuò)展二維擴(kuò)展動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡停止擴(kuò)展停止擴(kuò)展波紋花樣波紋花樣條紋花樣條紋花樣圓形斑圓形斑第65頁/共74頁第六十六頁，共74頁。67第66頁/共74頁第六十七頁，共74頁。68含量含量(hnling)(hnling)隨鋼的純凈隨鋼的純凈度提高而降低。度提高而降低。第67頁/共74頁第六十八頁，共74頁。69 第68頁/共74頁第六十九頁，共74頁。70第69頁/共74頁第七十頁，共74頁。71每周上課次，每次每周上課次，每次3 3學(xué)時(shí)；學(xué)時(shí)；提前一周將講義提前一周將講義(jingy)(jingy)提交審核，審核后進(jìn)行必要補(bǔ)充提交審核，審核后進(jìn)行