材料失效分析試題與答案

試用一個經(jīng)典的案例說明材料失效分析與基礎學科及應用學科之間的關(guān)系（不少于400字，配圖片）答：材料失效分析的經(jīng)典案例：醇胺貧富液換熱器列管腐蝕穿漏表面觀察：管內(nèi)外表面均可見棕色表面覆蓋層，在沒有坑洞的表而用銼刀輕輕銼一下能看見銀白色的金屬光澤，說明均勻腐蝕輕微。嚴重腐蝕區(qū)的管子外表面分布很多凹坑，深淺不一，有些凹坑已穿透管壁厚，大多凹坑為敞口橢園截面坑洞。拉桿套管的腐蝕損壞比換熱管更嚴重。根據(jù)這個圖片和實物可以通過以下方法分析材料的失效：1）.管材的化學成分測定2）.換熱管的金相分析4）.腐蝕原因分析結(jié)果討論：材料的斷裂和腐蝕是材料失效中最常見的兩種形式。這兩種失效在工程實際中經(jīng)常會造成極大的破壞和損失。分析和判斷出材料失效的原因，同時找出有效的預防措施，防止類似的失效重復發(fā)生，是工程實際中經(jīng)常遇到的難題。材料失效分析需要應用機械、力學、物理、化學、數(shù)學、電子技術(shù)等多方面知識，需要借助現(xiàn)代分析測試技術(shù)，從宏觀到微觀，從定性到定量，從單項到綜合的系統(tǒng)性分析。上述圖片實例也充分說明了在對材料失效分析時需要用到很多的基礎學科，尤其是物理和化學。而且在應用學科方面如現(xiàn)代顯微測試技術(shù)等都是具有很好的代表性。材料的失效分析離不開這些學科！要做好材料的失效分析我們就應該在實踐的基礎上將學科的知識和一些先進技術(shù)相結(jié)合應用！試用兩個實際的失效案例說明材料失效分析的重要意義（要求既有文字說明，又有圖片說明，文字不少于800字）答：發(fā)生在我們生活中的材料失效的案例很多，材料的失效也有很多的類型，不同的材料在不同的外界環(huán)境，使用環(huán)境和其本身的性質(zhì)會使失效的形式也會不一樣。下面是兩個實際的材料失效的案例：

實例一:圖1:曲軸及斷裂部位進口萬噸級遠洋貨輪主機曲軸斷裂如上圖曲軸及斷裂部位材料的背景資料：1）主機參數(shù):額定功率為8820kW，單缸功率為735kW，最高轉(zhuǎn)速480r/min，常用轉(zhuǎn)速400r/min；2）曲軸參數(shù)：材料相當于35CrMoA（中國），軸頸6=400mm，質(zhì)量約15t；3）質(zhì)量要求：曲軸整體鍛造，調(diào)質(zhì)后才可交付使用（按規(guī)定）。

4）使用情況：船已使用十年，但主機只運轉(zhuǎn)30900h。例2進口萬噸級遠洋貨輪主機曲軸斷裂曲軸在近功率輸出端第二曲臂處斷裂成兩截！失效材料的表面分析：表面觀察圖2斷口宏觀形貌0.1X斷口宏觀形貌見圖2,斷裂為典型的疲勞斷裂，疲勞臺階及貝紋線清晰可見，并且有多個疲勞源區(qū)；主疲勞源處于曲臂表面兩側(cè)和主軸頸相連的過渡圓弧箭頭1所指R位置，另一疲勞源是在箭頭3所指R置；根據(jù)斷口顏色疲勞區(qū)形成的先后順序為1區(qū)一3區(qū)一4區(qū)和5圖2圖2斷口宏觀形貌瞬斷區(qū)僅占斷面的5%。測試及失效原因分析：1）.性能測試曲頸材料的os為制造廠確認值的60%左右；ob為確認值的75%左右；KIC為35CrMo鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下公認值的74%；沖擊韌性值偏低，ak=400kPa?m。說明斷裂曲軸未經(jīng)良好的調(diào)質(zhì)處理。2）.金相分析取樣部位：曲軸頸部、頸部與曲臂過渡區(qū)R處★組織均為鐵索體+珠光體（各占50%）+沿晶網(wǎng)狀碳化物（如圖3）,說明R處未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。結(jié)論1）曲軸斷裂屬典型的高周次低應力的彎曲疲勞斷裂；2）斷裂失效的根本原因是材質(zhì)熱處理不良，35CrMoA應調(diào)質(zhì)處理，但曲頸從表面到中心都是退火組織；曲柄從表面往心部約20mm是回火索氏體，而心部也是退火組織。3）曲軸強度達不到制造廠確認值（低25%?40%）,圖3R處的金相組織1200X制造廠確認的os和。圖3R處的金相組織1200X4）除強度低外，內(nèi)部冶金缺陷也比較多，碳化物沿晶成網(wǎng)狀分布；木紋狀斷口；材料含氫量較高的魚眼斷口等都說明曲軸的脆斷傾向性加大。綜上所述，曲軸的強度低，內(nèi)部冶金缺陷多，脆斷傾向增大，最終導致曲軸疲勞斷裂。實例二：某型號面包車半軸發(fā)生斷裂:某型號面包車正常行駛256km后，半軸發(fā)生斷裂口:圖4分析：取樣、觀察和測試：在凸緣與桿連接的軸臺階轉(zhuǎn)角處起裂，并向內(nèi)擴展至軸的中心部位最后斷裂。整個斷口呈斜坡狀，未見明顯塑性變形，斷面顏色為暗灰色，靠近斷裂源的斷面較平整，宏觀可見明顯的貝紋線，具有疲勞斷裂特征，為裂紋擴展區(qū)；其余斷面呈纖維狀，凹凸變化較大，具有塑性斷裂特征，為最后的瞬斷區(qū)。經(jīng)過一些實驗設備的測試及結(jié)果我們可以得到以下結(jié)論：主要原因是半軸凸緣與桿連接的軸臺階處表面存在脫碳層，在高的扭轉(zhuǎn)疲勞剪應力作用于形成裂紋源；40Cr鋼中含有較多的大尺寸非金屬夾雜物；此外，熱處理工藝不當，中頻感應淬火溫度偏高且回火不足，使材料的綜合力學性能變差，使表面萌生的裂紋在應力作用下迅速擴展，導致半軸發(fā)生早期疲勞斷裂。實例一，二說明材料失效分析對失效發(fā)生后有著分析并找出導致這個結(jié)果發(fā)生的原因，然后對以后的材料的設計有著指導和警示作用并可以提高材料的使用性能。所以材料失效分析對于我們了解材料的性能以及對材料做出預測和使用壽命，預防事故的發(fā)生有著重要的意思。請總結(jié)材料失效分析技術(shù)與本專業(yè)有關(guān)課程的關(guān)系，以及如何才能做一個合格的失效分析工程師（不少于300字）答：失效分析是一項極其復雜的研究工作，涉及多方面的因素。對于失效分析人員來說顯然不能“胡子眉毛一把抓”，必須根據(jù)失效背景材料制定失效分析計劃或方案。在進行失效分析時，必須占有大量的和豐富的失效背景材料和有關(guān)的試驗數(shù)據(jù)或結(jié)果等，這是失效分析的基礎。在這個基礎上，對材料、數(shù)據(jù)、結(jié)果等進行加工、整理、分析和綜合，才能揭示出失效的性質(zhì)和找出失效的規(guī)律。沒有這些基礎，一切均無從說起。由此可見，收集失效背景材料在整個失效分析中所占的地位之重要，就如同成炊之米。在分析研究零件或構(gòu)件失效時，調(diào)查研究事故全過程是很花費時間的，有時失效分析人員不能或不可能到失效現(xiàn)場去。在這種情況下，失效背景材料和失效樣品可以由現(xiàn)場工程人員或其他工作人員在現(xiàn)場收集?，F(xiàn)場情況報告和檢驗記錄等均可作為失效分析的依據(jù)或參考資料。失效分析是一門綜合性的邊緣學科它涉及到很多專業(yè)或?qū)W科，而失效分析人員所學的專業(yè)或?qū)W科僅是一種或二種，若想得到確切的失效原因，失效分析人員必須要不斷地學習和提高失效分析技術(shù)與方法。收集失效背景材料的過程，就是失效分析人員的學習和提高的過程。通過收集失效背景材料的過程，可以掌握和了解失效零件或構(gòu)件的功能、原理、運行等情況，所以說，它也是促進人才成長的重要因素?？傊?，人們要進行失效分析，首先必須收集失效背景材料。它是失效分析中最繁瑣最復雜的一個階段，是失效分析活動中具有戰(zhàn)略意義的第一步。只有對這個問題有了