材料失效分析及案例

材料失效分析與預防及案例分析一、失效零件由于某種原因，導致其尺寸、形狀、或材料的組織與性能發(fā)生變化而不能完滿地完成指定的功能。二、失效危害性1、失效導致機械不能正常工作，降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品質(zhì)量，誤工誤事。2、失效導致機械不能工作，停工停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。3、失效導致機毀人亡三、失效分析失效分析:判斷零件失效性質(zhì)、分析零件失效原因、研究零件失效的預防措施的技術(shù)工作。四、失效分析內(nèi)容1、判斷失效性質(zhì)：畸變失效、斷裂失效、磨損失效、腐蝕失效。2、分析失效原因：設(shè)計、材料、加工、裝配、使用、維護。3、研究失效的預防措施：修改設(shè)計、更換材料、改進加工、合理裝配、正確使用、及時維護。五、失效分析技術(shù)金相分析技術(shù)，斷口分析技術(shù)，力學性能測試技術(shù)，理化分析測試技術(shù)，晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，無損檢測技術(shù)，應(yīng)力分析技術(shù)。失效案例汽車離合器殼體開裂失效分析1、粗視分析 離合器殼體由鋁合金鑄造而成。一個殼體破斷為兩部分，一個殼體一側(cè)的裂紋長220mm,另一側(cè)有一條15mm長的裂紋。裂紋的起始位置均在殼體側(cè)面下方的交界處。殼體側(cè)面的內(nèi)表面呈135°和90°夾角,無明顯的過渡園角。裂紋擴展方向與該處所受拉應(yīng)力的方向垂直。2、現(xiàn)場調(diào)研離合器安裝情況：離合器左邊與發(fā)動機相聯(lián),右邊與變速器相聯(lián)。離合器殼體受到較大彎矩作用。發(fā)動機工作時,殼體受到強烈振動。殼體下部受到瞬時大的拉應(yīng)力作用,在應(yīng)力集中處容易產(chǎn)生裂紋造成開裂或破斷。3、立體顯微鏡下觀察斷裂面有放射狀撕裂棱。斷面上有許多閃光的小點,同時發(fā)現(xiàn)有園形、橢園形的空洞。最大的一個橢園形孔洞尺寸為0.6mm×1.2mm。這些空洞的內(nèi)表面呈熔融金屬凝固態(tài),為鑄造缺陷氣孔。4、顯微分析觀察裂紋形態(tài)及擴展方向。裂紋端部位于殼體兩側(cè)面內(nèi)表面相交處,裂紋上及其附近有大大小小的氣孔,裂紋垂直于殼體邊緣擴展。金相顯微組織由白色的a固溶體+灰色的條狀及小塊狀的Si晶體+黑色細針狀Al-Si-Fe化合物組成。黑色針狀Al-Si-Fe化合物為有害相,導致殼體材料的韌性下降。裂紋穿過氣孔,并沿針狀Al-Si-Fe化合物界面擴展。5、掃描電鏡分析 沿晶界或相界擴展的微細裂紋。平整的晶體平面。觀察到晶界和晶內(nèi)的裂紋。該殼體材料的斷裂機制為一種包含沿晶(或相界)斷裂和穿晶斷裂兩種形式的混合斷裂。在裂紋快速擴展區(qū)斷裂形貌呈山脊狀撕裂棱。6、能譜成分分析對殼體材料和組織中的條狀物進行成分分析。合金的成分接近于鑄造鋁合金ZL102(ZL102成分:90~87%Al,10~13%Si)。含有Fe,生成有害相細針狀的Al-Si-Fe化合物,降低了該合金的韌性。條狀物的Si含量很高,確定其為Si晶體。7、硬度測定(1)布氏硬度測定硬度為54～61HB。該殼體的硬度值與鑄造鋁合金ZL102的硬度相近。(2)顯微硬度測定白色塊狀物 65HV0.02；條狀物 75HV0.02合金的硬度較低,反映該合金的強度也較低,只能用于對強度要求不高的鑄件。8、斷裂原因分析(1)所用材料強度低,氣孔多。合金含鐵量高,出現(xiàn)較多的針狀Al-Si-Fe化合物,使韌性大大降低。(2)殼體兩側(cè)面的內(nèi)表面無明顯的過渡園角,導致應(yīng)力集中。(3)安裝結(jié)構(gòu)不甚合理,導致殼體承受彎矩過大,振動厲害。易于開裂。(4)殼體受彎矩作用,同時受到強烈振動,迭加了扭矩,在殼體應(yīng)力集中處產(chǎn)生微裂紋,裂紋擴展,導致開裂、破斷。9、改進措施(1)材料方面: a.更換材料,采用強度較高的ZL107、ZL109。 b.降低含鐵量,