高铁及轨道交通轴承失效分析方法
洛阳轴研科技股份有限公司
概述
高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式，在安全、快捷、经济、环保等方面都具有比较明显的优势。进入新世纪以来，中国铁路决定将高铁及轨道交通等客运高速作为实现现代化的一个主要方向。依照自主创新，中国高铁从无到有，经过十多年的高速铁路建设，我国高速铁路运营总里程将突破1.3万公里，同时我国轨道交通技术装备逐步提高并实现了国产化，但作为基础精密件的轴承，我国目前主要依靠进口。高速铁路客车轴承的高可靠性性及长寿命要求，一致制约着我国高铁轴承的研发。近年来，出于对研发、运行安全以及经济等多方面的考虑做了大量的高铁及轨道交通轴承的失效分析。通过失效分析，找出故障产生的原因，并采取有效措施进行预防和控制，防止突发性事故的出现，把故障造成的损失降低到最低，从而提高产品使用的安全可靠性，充分发挥其价值，这是一项十分重要的工作。
1．失效分析的概念
轴承在运转一定时间后，由于制造、安装、使用、维护等方面的原因使其丧失（或局部丧失）规定功能，从而导致故障或不能正常工作的现象称为失效。
失效有以下几种形式：
（1）完全不能工作。如零件材料的疲劳、断裂等；
（2）仍然可以继续工作，但已不能得到预期令人满意的性能。如轴承运转时的工作温度上升、振动和噪声增加等；
（3）已经不能保证可靠或安全的继续使用，必须拆卸进行修理。
按照一定的方法分析失效的性质和发生原因、研究失效的处理方法和预防措施的技术及管理活动被人们称之为失效分析。
“失效”与“废品”具有不同的含义，“废品”是不符合技术规范、标准和图纸要求的而又不能返修利用的产品。“失效”的产品不一定是“废品”，而“废品”也谈不上失效。轴承的失效按其寿命可分为正常失效和早期失效两种。分析工作主要是针对早期失效的轴承，找出其失效的原因，提出改进措施，以提高轴承运转的寿命和可靠性。
2．失效分析的目的和意义
（1）失效分析可以从个别的偶然发生的失效事件中找出失效的起因，预防和减少产品同类失效现象的重复发生，从而起到减少经济损失和提高产品的制造质量和使用质量的目的。
（2）失效是由于各种因素导致产品质量发生偏差的反映。通过失效分析可以找出导致产品质量发生偏差的原因。
（3）失效分析可以为产品改进、技术改造、管理者决策等提供信息、方向、依据、途径和方法。
（4）失效分析可以划清责任。
（5）失效分析是机械产品维修工作的基础，它可以决定产品维修的可能性、技术和方法，从而达到提高维修工作质量的效果。
轴承的失效分析是提高轴承可靠性系统工程中的重要环节，是一门跨学科的技术领域，它既有综合性，又有适用性。所谓综合性表现在它涉及面广，包扩产品的结构设计、机械制造工艺、材料的选用与冶金技术，以及摩擦学、腐蚀学、工程力学、断裂力学、金属物理、表面物理等广泛的学科领域和技术门类。失效分析技术必需依赖于这些相关学科的发展而向前发展；而这些相关学科的发展又都与失效分析工作密切相关。所谓实用性表现在轴承的失效分析工作必须从生产实际出发并紧密地为生产服务，具有很强的应用背景。所以说轴承的失效分析工作是与轴承产品质量及其生产发展密切相关的重要工作。它的工作特点要求从事该项工作的技术人员知识面广、经验丰富和技术先进。
3.滚动轴承的失效模式
滚动轴承在使用过程中，由于制造因素和使用中各因素的影响，其承载能力、旋转精度等性能会发生变化，当其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏。影响滚动轴承失效的因素很多，如设计、材料、制造、安装条件、环境条件、维护保养等。从大多数滚动轴承的失效分析表明，轴承失效大部分是由于使用或维护不当引起的，如选型不合理、轴承安装、润滑不良、密封失效、支承部位设计和制造缺陷、操作失误等。
滚动轴承常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。GB/T24611-2009/ISO15243：2004《滚动轴承损伤和失效术
语、特征及原因》对滚动轴承在使用中发生失效的特征、外观变化及可能的原因进行了定义、描述和分类。标准所述的滚动轴承失效是严格按照其失效的主要原因进行划分的，但也未必都能够很准确地将原因、特征或失效机理和失效模式区分开来，大量相关的文献也都证实了这一点。随着摩擦学等相关学科研究和发展，对失效机理和失效模式方面的描述和划分也必将会更合理、更科学。
该标准将失效模式分为六个大类和不同的小类，详见图1。
4.滚动轴承失效分析的思路和一般程序
4.1失效分析思路
轴承失效分析的步骤大体为：
（1)失效实物和背景资料的收集
（2)轴承有关数据的收集
（3)对失效零件进行初步检查
（4)测定失效轴承的一些有关参数
（5)无损探伤检查
（6)机械性能分析
（7)宏观检查和分析
（8)微观分析
（9)成分分析及其他分析
（10)酸洗检查
（11）信息的分析处理、拟定结论、写出失效分析报告
4.2失效分析的一般程序
（1）失效实物和背景资料的收集
在进行失效分析时，首先应收集轴承完整、准确的使用数据。因为这些数据对于全面了解失效件乃至主机的使用情况，周围环境的影响，是否产生附加载荷，以及转速、温升和润滑等方面可能存在的问题是必不可少的。
（2）轴承数据分析
失效分析人员应掌握设计人员提供的有关参数，把设计的与实际观察到的情况进行对比。
（3）对失效部件进行初步检查
1）外观检查的重要性
失效轴承（包括其全部碎片）在进行任何清洗前，都必须进行彻底的外观检查。在零件上发现的某种脏物和碎屑常常能为判断失效原因，或确定导致失效的先后顺序提供有力的证据。因此，必须对它们作出详细的记录。在进行外观检查时，要注意细微的颜色和运转轨迹的形状及其改变，并注意观察断口的表面及裂纹的扩展轨迹。全部重要特征都应记录并尽可能用数码相机进行拍照。
例如深沟球轴承有代表性的运行轨迹见图1所示。
图1 深沟球轴承运行轨迹示意图
（a）是内圈旋转时只能承受径向载荷的普通的运行轨迹。
（b）外圈旋转，承受径向载荷。
（c）内圈或外圈旋转，承受单向轴向载荷。
（d）内圈旋转，承受径向载荷及轴向载荷。
（e）内圈旋转，承受轴向载荷及非直线性。
（f）内圈旋转，承受力矩载荷（非直线性）。
（g）内圈旋转，轴承箱内径是椭圆的。
（h）内圈旋转，轴承内部没有游隙（运转游隙为负）
（c）～（h）所示的运行轨迹对轴有承有很坏的影响，大多使用寿命比较短。
2）初步确定其失效模式及类型
3）标出零件在什么位置上取样，以便下一步检测分析
（4）测定失效轴承的一些有关参数
进行全面分析前，在可能的情况下（如轴承还没有损坏到无法测定的情况时），还应测定轴承的结构设计参数，包括尺寸精度、旋转精度、径向游隙、接
触角等项内容。
（5）无损探伤检查
在某些情况下，要对失效轴承进行无损探伤检查，以测定轴承零件的表面或内部是否存在裂纹或其他类似的材料缺陷。这对判断失效原因是极为有力的证据。
（6）机械性能分析
硬度测定：评定热处理质量的好坏；测定加工硬化或过热、脱碳或增碳引起的软化或硬化现象。
（7）宏观检查和分析
1）断裂面的保护
为了研究疲劳断裂的原因，要求断裂表面保持断裂瞬间的真实状态，否则会给分析带来困难。如断口不能马上观察，应在断口表面涂火棉胶涂层，并放在干燥器内存放，以免产生锈蚀。
2）疲劳断口试样的选取
①先肉眼观察断裂的扩展情况，若能看出裂纹扩展方向，可从末端、中间和断裂源处分别取样。
②要标注选取的试样在整个零件上的部位。
③试样切割前应将轴承的旋转精度、尺寸精度及残余应力等需要测定的数据测完，否则难以补救。
④切割时要将断口表面保护起来，并要考虑切割时温升的影响，以免断口区受热而影响到原有组织的改变。
3）宏观检查
宏观检查是失效分析过程中最重要的环节之一。通过宏观检查可了解轴承失效的概貌、裂纹源的位置、可能产生的失效模式，并估计造成失效的原因。
宏观检查是指用肉眼、放大镜、低倍体视显微镜及扫描电镜的低倍观察。通常可以确定裂纹源的位置及确定裂纹的扩展方向。通过对断口表面的形貌观察分析，可以大致判断其断口是属于哪一类型的断口，由此可能获得导致零件失效时的应力状态的一些启示。通过宏观分析也可以发现零件加工中存在的缺陷、材料缺陷以及是否存在应力集中的可能性等。
（8）微观分析
在宏观检查基础上再对不同的失效类型进行微观的深入分析，如疲劳源位置的确定、疲劳裂纹的扩展及疲劳剥落的形貌特征，再做定性定量的分析研究，从而作出正确的判断。
1）金相分析
①被检材料大概的种类和组织状态。
②从检验出的显微组织，来推断或证实被检材料的热处理工艺过程、执行这些工艺是否正常合理、可提供产生故障时是否同时伴随发生过塑性变形等情况，以及零件在使用过程中，是否曾产生过烧伤等其他的热处理情况。
③反映出零件在服役工况条件下，发生的磨损、腐蚀、氧化、疲劳剥落等。
④若失效件上存在裂纹，可大致看出裂纹的发生、延伸和分布特征，并从裂纹两侧的显微组织判断裂纹的性质，为裂纹的产生原因提供较为可靠的依据。
⑤从金相检验的结果可知材料的显微组织及非金属夹杂物的类型和含量，从而判断材料是否符合设计的要求。
⑥在断口附近进行金相检验，了解材料中的夹杂物、显微组织、成分偏析（带状组织及液析）、脱碳、增碳、晶粒大小、不适当热处理、变形、晶界腐蚀、应力腐蚀产物及裂纹的扩展情况等信息。
2）扫描电子显微镜分析
扫描电子显微镜可直接观察断口表面，可从几十倍到几万倍放大观察，是研究断裂失效分析最有效的工具。它可观察到疲劳剥落源、疲劳裂纹扩展的路径及疲劳剥落的形貌特征，揭示疲劳剥落的成因及影响因素。带能谱的扫描电镜可通过微区成分分析鉴别断口上经常出现的夹杂物、析出相及腐蚀产物的类型。
（9）成分分析及其他分析
1）常规化学分析
常规化学分析在失效分析中，能查明材料是否符合规定要求。但应注意有害元素如氧、钛等元素的含量。
2）微区成分的分析
用电子探针或X射线能谱仪，可在不破坏试件本身的情况下，对失效件进行微区成分的分析。它尤其对失效件上残留微量物进行定性及半定性分析是极为有
利的，根据分析得到的元素组分及含量，可以粗略估计所分析物质的类别。
3）X射线应力测试及X射线衍射分析
X射线应力测试仪可测定轴承服役前后残余应力的变化。
X射线衍射仪可测定零件的残余奥氏体含量，用以判断热处理工艺是否符合要求。残余奥氏体含量会影响零件的尺寸稳定性。
（10）酸洗检查
酸洗在失效分析工作中有时是必不可少的步骤，通过酸洗可以确定轴承零件是否存在表面裂纹，也可以判断轴承零件在冷加工过程中是否产生了较为严重的变质层。
酸洗分冷酸洗和热酸洗两种，根据不同材料或目的选取不同的酸洗方法。
1）热酸洗：主要用于显示通过宏观检查或无损探伤后发现或怀疑零件存在的表面裂纹。
2）冷酸洗：如轴承的工作面较易出现表面剥落或磨损加剧现象，除考虑上述原因外，还应考虑到零件表面是否产生了较为严重的磨削表面变质层，表面变质层可以通过冷酸洗及金相组织分析的方法加以确认。
（11）信息的分析处理、拟定结论、写出失效分析报告
1）数据分析处理及拟定结论
对所获得的数据进行集中、整理、分析和处理，并作出初步的结论。在具体进行失效分析时，如果失效的原因在检查的初期就已弄清，则下一步直接致力于验证这一原因和排除其他原因的可能性。如果失效的原因在检查的初期不清楚，那么失效分析就将按照本文所述的步骤进行。在进行到某一步骤所发现的各种现象，将决定下一步研究所要采取的方式。因此在作出初步结论前，应尽最大努力汇集机械性能试验、化学分析、断口金相和微观分析的结果。最后，如果在失效原因仍不能确定的情况下，则最好查阅一下国内外发表的同类实例的报告，有助于获得找出失效原因的一些线索。
2）失效分析报告的主要格式
①失效轴承及其零件的描述
②失效时的服役条件
③失效前的服役条件
④失效轴承零件的制造及处理过程史
⑤失效轴承零件冶金质量评定
⑥有关失效轴承零件的物理、化学、力学性能的测试结果
⑦轴承失效模式的确立并对失效机理极其影响因素进行探讨
⑧提出切实可行的预防措施及改进建议，以避免同类事故的重现。
5.影响轴承失效的因素
轴承失效的原因往往是多因素的，所有设计制造过程的影响因素都会与轴承的失效有关，分析起来不易判断。在一般情况下，大体上可以从外来因素和内在因素两方面进行考虑和分析。
（1）外来因素
主要是指安装调试、使用保养、维护修理等是否符合技术要求。因而也称之为使用因素。
安装条件是使用因素中的首要因素之一，轴承往往因安装的不合理而导致整套轴承零件之间的受力状态发生变化，轴承将在不正常的状态下运转并提早失效。根据轴承安装、使用、维护、保养的技术要求，对运转中的轴承所承受的载荷、转速、工作温度、振动噪音和润滑条件进行监控和检查。发现异常立即查找原因，进行调整，使其恢复正常。对润滑剂质量和周围介质、气氛进行分析检验也很重要。尤其是润滑剂的正确使用对延长轴承的使用寿命是至关重要的。
（2）内在因素
主要是指设计、制造工艺和材料质量等决定轴承质量的三大要素。也称之为制造质量因素。
为了提高轴承的寿命和可靠性，人们围绕着上述三要素，做了大量的研究工作。首先，结构设计不合理不可能有合理的轴承寿命；仅有结构设计的合理性而不考虑先进性也不会有较长的轴承寿命；只有结构设计同时具备有合理性和先进性，才会有较长的轴承寿命。
轴承的制造要经过锻造、热处理、车削、磨削和装配等多种加工工序。各种加工工序的合理性、先进性、稳定性也都会影响到轴承的寿命和失效分析。尤其是直接影响成品轴承质量的热处理和磨加工工艺，往往与轴承的失效有更直接的关系。
轴承材料的冶金质量曾经是滚动轴承早期失效的主要影响因素。随着钢材冶炼技术的不断提高，原材料质量得到较大改善，尤其是国外知名品牌的轴承材料，因而在轴承失效分析中所占的比重已明显下降。
轴承失效分析的主要任务，就是根据大量的背景材料、分析数据和失效模式，综合分析，找出造成轴承失效的主要影响因素，以便有针对性的提出改进措施，提高轴承的服役期，避免轴承突发性的早期失效。
滚动轴承常见失效形式的特点和原因见表1。
表1 滚动轴承常见失效形式的特点和原因
6.失效分析工作应注意的事项
（1）要有整体观念
1）承担失效分析工作的人员，不能只顾本单位或本行业的利益而去违背事实的结论，应站在一个公证的立场，为整体利益作出一个符合实际情况的结论。
2）在对失效轴承进行失效分析时，不能只顾及失效轴承的本身，对整个配套部件或设备应有一个全面的了解。因为造成轴承失效往往并不一定是轴承本身的原因，在很多情况下是由于相关件或整体设计不合理所造成的。
（2）忌带主观片面性
一个正确的结论是建立在科学实验或实践的基础上，在失效分析时，一定要掌握第一手资料和合理选取样品，并对失效件进行全面的分析测试，才能作出正确的判断。
（3）避免分析技术上的局限性
在进行某种测试分析时，当分析结果还没有完全清楚时，根据这种结果过早下结论，可能会得出错误的结论，因此，必须应用其他的测试手段或分析技术加以判断。对于特别关键的数据，更有必要采用其他分析测试技术作再次的重复论证。
（4）要认真制定一个分析研究程序。
（5）分析结果可靠，下结论要慎重，提出的改进措施要切实可行。
7. 高铁及轨道交通轴承失效分析的特点及案例分析
（1）高铁及轨道交通轴承失效分析的特点
对于高铁及轨道交通轴承的失效分析来说，其特点主要在于工况条件的特殊性：我国高铁动车组轴箱轴承结构型式均为双列圆锥滚子轴承。其中，200km级别轴承的外形尺寸为d×D×B＝130×230×160（mm）；300km级别轴承的外形尺寸为d×D×B＝130×240×160（mm）。载荷方面：以编组重量最大的CRH5为例，以平均值估算，每套轴承载荷约为68.7kN，最大滚动体载荷约为7.6kN，内圈滚道与滚子的接触应力约为810MPa。轴承的转速：以运营速度最快的CRH3为例，时速为300km时，轴承转速约为1730r/min，即具有高转速、大载荷、强冲击、长寿命、极可靠的特点。轨道交通客车也安装有深沟球轴承及圆柱滚子轴承，其受力状态及工况条件也各有其特殊性。这就要求进行失效分析时要对轴承的运转特点及工作环境有尽可能多的了解，然后按照既定的分析方案进行全面的检验和分析，确定出正确的失效模式，并找出导致早期失效的真正原因。
（2）案例分析
近一年来，洛阳轴研科技股份有限公司(包括检测中心)进行了20余次的高铁及轨道交通轴承失效分析，统计结果见表2。通过对案例的分析、归纳、总结及提炼可以看出：
1）我国的高铁及轨道交通轴承目前大多数为进口轴承，主要为FAG、SKF、NSK等品牌；
2）采用的钢种主要为：100Cr6（相当于国产GCr15 ）、100CrMo7-3、100CrMnSi6-4（相当于国产GCr15SiMn）、SAE4320H（相当于国产G20CrNi2Mo）、SUJ2（相当于国产GCr15 ）、GCr18Mo；
3）根据所使用的钢种选择采用的热处理方式分别为：马氏体淬火、贝氏体淬火及渗碳热处理淬火；
4）轴承的失效模式
经过对表2案例的分析可以得出表3所列的分析结果，可以看出：
表3 失效分析案例分析结果
①高铁及轨道交通轴承的失效模式主要为疲劳、其次是保持架断裂，磨损和塑性变形则排在第三位。
②导致轴承失效的原因主要为安装使用，占近70%；热处理质量主要表现在渗碳热处理质量不能满足高铁轴承的工况条件；强度不足则主要表现在铜合金保持架的强度不能满足轴承的工作状态。
表2 高铁及轨道交通轴承失效分析案例总结提炼一览表
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关于柳州海事局远程视频监控系统的故障分析报告――2011年10月至2012年5月 一、故障基本信息 二、故障现象及处理过程 1、第一次故障 υ故障现象：2011年11月13日接到柳州海事的报障，无法 连接服务器，客户端无法ping通服务器IP。 υ处理过程：接到报障通知后，我公司立即组织人员进行处 理，局域网内可与前端设备通信，问题初步定为平台服务器 故障。次日测试人员到达现场；经过测试，发现平台服务器 操作系统崩溃；与设备厂商联系，于16日将平台系统及所有 前端系统进行重新布署，故障解决。 υ故障分析：经过系统测试工程对系统日志进行分析，于11 月12日晚，因多个IP地址向平台服务器发起的恶意重复登录 请求导致平台服务器处理超载，并造成操作系统文件损坏。 2、第二次故障 υ故障现象：2011年12月06日接到柳州海事的报障，三江 支线画面无法显示。 υ处理过程：当日经测试维护人员检查，由于三江支线的传
输线路中断所至，为此马上与传输机房进行故障确认，并告知协助处理，于次日中午故障解决。 υ故障总结：由于三江网络传输点断电，导致传输线路不断，经协调后解决。 3、第三次故障 υ故障现象：2012年3月26日接到柳州海事的报障，无法连接服务器，客户端无法ping通服务器IP。 υ处理过程：接到报障通知后，我公司立即组织人员进行处理，局域网内可与前端设备通信及平台服务器进行通信。故障定为网络传输质量问题。当时与传输机房联系协助排查故障；经过测试排查，发现由于网络传输出现波动或延时现象较为严重导致系统自动判定为网络中断，不断的向前端设备发送重启命令导致；通过机房对线路进行优化配置后重启系统后恢复。 υ故障总结：由于网络传输出现波动或延时现象较为严重导致系统自动判定为网络中断，不断的向前端设备发送重启命令导致。 4、第四次故障 υ故障现象：2012年4月13日接到柳州海事的报障，红花电站支线画面无法显示。。 υ处理过程：接到报障通知后，我公司立即组织人员前往红花现场排查问题。次日完成故障排除，系统恢复正常。
Take the market need as the guidance,Take the technical innovation as the motive. 内容: ?失效分析处理流程 ?生产伙伴的失效分析设备 ?昊宏失效分析设备情况 ?仓库条件
生产控制分析（24小时） 芯片设计失效分析（24小时） QA 部门成立问题分析小组 （12小时） 接收客户投诉信息（24小时）要求流片、封装、测试公司做失效分析试验（由供应商控制） 客户 市场部补货发出(12小时) 初步失效分析（48小时） FAE 提供解决方案（72小时） 输出失效分析报告(12小时)方案一方案二 方案三 记录失效分析过程，给出明确的失效分析结论和改进措施 SOP5 SOP2 SOP3 SOP4SOP1 SOP6 解决芯片设计失效(根据设计周期确定) SOP7 ｝ SOP8
接收客户投诉信息 SOP1 1.QA部收到客户正式的产品投诉后，应填写《产品失效信息表》 1.1投诉反馈内容必须完整，至少应包括以下内容 1.1.1填写投诉表序号、顾客名称/代号、产品的编号； 1.1.2投诉何种缺陷或问题； 1.1.3对应的出货日期及出货数量； 1.1.4不良率有多少（或提供批量及不良数）； 1.1.5顾客方在什么环节发现该问题。 1.2必要时，须包括以下内容 1.2.1顾客是否对产品进行了试验或特殊处理； 1.2.2如果顾客有进行试验或特殊处理，须了解客户的试验条件及 处理过程； 1.2.3顾客的组装工艺。 1.3如有附件/样品，须在反馈表上注明 1.3.1“有附件/样品”字样； 1.3.2在附件/样品上标识相应的投诉序号； 1.3.3如分析后需要把样品返还顾客，请注明“需返还顾客”字 样，并注明返还流程。
一、标题：事故（故障）分析报告 二、事故（故障）时间、地点、经过描述 时间写明年月日及钟点； 地点写明发生事故（故障）的车间、设备安装地点、岗位编号及设备名称、型号、规格； 经过写明当班操作人员姓名，交接及交接班本记录情况，班中设备点检及点检卡记录情况，操作人员设备操作情况，发现设备事故（故障）经过，事故（故障）处理步骤，事故（故障）汇报及抢修情况。 三、事故（故障）损失计算 1、直接经济损失：事故（故障）造成设备零部件损坏及修复费用总计。 2、间接经济损失：事故（故障）造成生产线停产的减产损失。 四、事故（故障）原因分析 1、当班操作人员是否按设备操作规程、安全规程进行操作；是否按点检卡要求进行设备点检；是否按设备维护保养规程进行设备维护保养；是否按润滑制度要求进行设备润滑检查加油。 2、维修人员是否按设备检修规程进行设备维修。
3、各级管理人员是否完善落实了各项设备管理制度，布置的工作是否进行了检查落实。 4、事故（故障）原因分类： （1）使用操作不当； （2）维护不周； （3）设备失修； （4）安装、检修质量不佳； （5）材料、备品配件质量不良； （6）设计制造不合理； （7）自然灾害； （8）人为破坏性事故； （9）其它原因。 五、事故（故障）定性分析 1、是否是责任事故（故障）。 2、重大事故或一般事故（故障）。 六、事故（故障）责任人的处理意见 按设备事故（故障）管理规定对事故（故障）相关责任人进行行政处分及经济处罚。 七、防范措施 1、提出防止类似事故（故障）发生的技术改进措施。 2、提出防止类似事故（故障）发生采取的管理措施。
附：参与事故（故障）分析人员一览表
理化检验-物理分册PTCA(PART:A PH YS.T EST.)2005年第41卷3专题讲座 失效分析思路 FAILURE ANA LYSIS M ETH ODOLOGY 张峥 (北京航空航天大学材料学院,北京100083) 中图分类号:T B303文献标识码:E文章编号:1001-4012(2005)03-0158-04 失效分析在生产建设中极其重要,失效分析的限期往往要求很短,分析结论要正确无误,改进措施要切实可行。导致零部件或系统失效的因素往往很多,加之零部件相互间的受力情况很复杂,如果再考虑外界条件的影响,这就使失效分析的任务更加繁重。此外,大多数失效分析的关键性试样十分有限,只容许一次取样、一次观察和测量。在分析程序上走错一步,可能导致整个分析的失败。由此可见,如果分析之前没有一条正确的分析思路,要能如期得出正确的结论几乎是不可能的。 有了正确的分析思路,才能制定正确的分析程序。大的事故需要很多分析人员按照分工同时进行,做到有条不紊,不走弯路,不浪费测试费用。所以从经济角度也要求有正确的分析思路。 1失效分析思路的内涵 世界上任何事物都是可以被认识的,没有不可以认识的东西,只存在尚未能够认识的东西,机械失效也不例外。实际上失效总有一个或长或短的变化发展过程,机械的失效过程实质上是材料的累积损伤过程,即材料发生物理的和化学的变化。而整个过程的演变是有条件的、有规律的,也就是说有原因的。因此,机械失效的客观规律性是整个失效分析的理论基础,也是失效分析思路的理论依据。 失效分析思路是指导失效分析全过程的思维路线,是在思想中以机械失效的规律(即宏观表象特征和微观过程机理)为理论依据,把通过调查、观察和实验获得的失效信息(失效对象、失效现象、失效环 收稿日期:2005-02-07 作者简介:张峥(1965-),男,教授,博士生导师。境统称为失效信息)分别加以考察,然后有机结合起来作为一个统一整体综合考察,以获取的客观事实为证据,全面应用推理的方法,来判断失效事件的失效模式,并推断失效原因。因此,失效分析思路在整个失效分析过程中一脉相承、前后呼应,自成思考体系,把失效分析的指导思路、推理方法、程序、步骤、技巧有机地融为一体,从而达到失效分析的根本目的。 在科学的分析思路指导下,才能制定出正确的分析程序;机械的失效往往是多种原因造成的,即一果多因,常常需要正确的失效分析思路的指导;对于复杂的机械失效,涉及面广,任务艰巨,更需要正确的失效分析思路,以最小代价来获取较科学合理的分析结论。总之,掌握并运用正确的分析思路,才可能对失效事件有本质的认识,减少失效分析工作中的盲目性、片面性和主观随意性,大大提高工作的效率和质量。因此,失效分析思路不仅是失效分析学科的重要组成部分,而且是失效分析的灵魂。 失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程,结果和原因具有双重性,因此,失效分析可以从原因入手,也可以从结果入手,也可以从失效的某个过程入手,如/顺藤摸瓜0,即以失效过程中间状态的现象为原因,推断过程进一步发展的结果,直至过程的终点结果;/顺藤找根0,即以失效过程中间状态的现象为结果,推断该过程退一步的原因,直至过程起始状态的直接原因;/顺瓜摸藤0,即从过程中的终点结果出发,不断由过程的结果推断其原因;/顺根摸藤0,即从过程起始状态的原因出发,不断由过程的原因推断其结果。再如/顺瓜摸藤+顺藤找根0 /顺根摸藤+顺藤摸瓜0/顺藤摸瓜+顺藤找根0等。 # 158 #
2013年7月份设备故障统计分析报告 一、故障概况 本月设备整体运行情况良好，根据DCC故障记录本月故障总数7件，其中机械故障3件，电气故障4件，设备完好率=（设备总台数*月工作天数-∑故障台数*故障天数）/（设备总台数*月工作天数）=99.73%，较上月98.81%有小幅提升。故障主要集中在7类试验设备、9类其他设备。 二、故障统计 表1 各类设备故障统计 三、故障分析 （一）故障趋势图
试验设备故障数一直处于高位运行状态，原因有三：一、部分试验设备使用频率较高，使用年限已久，到了故障高发期，主要表现为踏面制动单元试验台、制动器试验台等。二、前期试验台工作环境普遍不好，导致试验台性能不稳定；近期因试验间改造，频繁搬动试验台也是其故障高发的原因之一。三、国产试验设备普遍存在柜内原件布局及导线敷设不合理、定制件多且质量差，软硬件故障均较高。 针对原因一，设备室正逐步建立预防修性维修模式，加强对重点设备和高故障率设备的修程建立；原因二会随着试验间的改造完成，得到彻底解决；对于原因三，从6月下旬起,设备室对国产试验台进行了电气改造，目前已完成了电磁阀试验台改造工作，正在进行受电弓试验台和司控器试验台，后续将陆续开展高速断路器、电器综合试验台等6台设备改造工作。 （二）各类设备故障比例 图二2013年7月各类设备故障比例 进入13年以来，B、C类设备故障数明显增加，故障已由重点设备向边缘设备蔓延。设备室的工作重点将向“完善A类设备管理，强化B、C类设备修程建立”上发展。（三）七月份设备故障分析 1.烘干机 本月烘干机共报2次故障，均因加热管老化绝缘不良造成空开过流跳闸，目前已将该故障加热管隔离，后期换新。 2、空气弹簧试验台
失效分析 第三章失效分析的基本方法 1.按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法：（1）审查设计（2）材料分析（3）加工制 造缺陷分析（4）使用及维护情况分析 2.系统工程的分析思路方法：（1）失效系统工程分析法的类型（2）故障树分析法（3）模糊故 障树分析及应用 3.失效分析的程序：调查失效时间的现场；收集背景材料，深入研究分析，综合归纳所有信息 并提出初步结论；重现性试验或证明试验，确定失效原因并提出建议措施；最后写出分析报告等内容。 4.失效分析的步骤：（1）现场调查①保护现场②查明事故发生的时间、地点及失效过程③收集 残骸碎片，标出相对位置，保护好断口④选取进一步分析的试样，并注明位置及取样方法⑤询问目击者及相关有关人员，了解有关情况⑥写出现场调查报告（2）收集背景材料①设备的自然情况，包括设备名称，出厂及使用日期，设计参数及功能要求等②设备的运行记录，要特别注意载荷及其波动，温度变化，腐蚀介质等③设备的维修历史情况④设备的失效历史情况⑤设计图样及说明书、装配程序说明书、使用维护说明书等⑥材料选择及其依据⑦设备主要零部件的生产流程⑧设备服役前的经历，包括装配、包装、运输、储存、安装和调试等阶段⑨质量检验报告及有关的规范和标准。（3）技术参量复验①材料的化学成分②材料的金相组织和硬度及其分布③常规力学性能④主要零部件的几何参量及装配间隙（4）深入分析研究（5）综合分析归纳，推理判断提出初步结论（6）重现性试验或证明试验 5.断口的处理：①在干燥大气中断裂的新鲜断口，应立即放到干燥器内或真空室内保存，以防 止锈蚀，并应注意防止手指污染断口及损伤断口表面；对于在现场一时不能取样的零件尤其是断口，应采取有效的保护，防止零件或断口的二次污染或锈蚀，尽可能地将断裂件移到安全的地方，必要时可采取油脂封涂的办法保护断口。②对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。③在潮湿大气中锈蚀的断口，可先用稀盐酸水溶液去除锈蚀氧化物，然后用清水冲洗，再用无水酒精冲洗并吹干。④在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往是非常重要的，因而不能轻易地将其去掉。 6.断口分析的具体任务：①确定断裂的宏观性质，是延性断裂还是脆性断裂或疲劳断裂等。② 确定断口的宏观形貌，是纤维状断口还是结晶状断口，有无放射线花样及有无剪切唇等。③查找裂纹源区的位置及数量，裂纹源的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源是单个还是多个，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等。④确定断口的形成过程，裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如何等。⑤确定断裂的微观机理，是解理型、准解理型还是微孔型，是沿晶型还是穿晶型等。⑥确定断口表面产物的性质，断口上有无腐蚀产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。 7.断口的宏观分析（1）最初断裂件的宏观判断①整机残骸的失效分析；②多个同类零件损坏的 失效分析；③同一个零件上相同部位的多处发生破断时的分析。（2）主断面（主裂纹）的宏观判断①利用碎片拼凑法确定主断面；②按照“T”形汇合法确定主断面或主裂纹；③按照裂纹
失效分析知识点 第一章概论 1.失效的定义：当这些零件失去其应有的功能时，则称该零件失效。 2.失效三种情况： （1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等从而完全丧失其功能； （2）.零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等； （3）.零件能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。 3.失效分析定义：对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。也就是研究失效的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。 4.失效分析过程：事前分析（预防失效事件的发生）、事中分析（防止运行中设备发生故障）、事后分析（找出某个系统或零件失效的原因）。 5.失效分析的意义： （1）.失效分析的社会经济效益：失效将造成巨大的经济损失；质量低劣、寿命短导致重大经济损失；提高设备运行和使用的安全性。 （2）.失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高； （3）.失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益； （4）.失效分析是修订产品技术规范及标准的依据； （5）.失效分析对材料科学与工程的促进作用：材料强度与断裂；材料开发与工程应用。 第二章失效分析基础知识 一.机械零件失效形式与来源： 1.按照失效的外部形态分类： （1）过量变形失效：扭曲、拉长等。原因：在一定载荷下发生过量变形，零件失去应有功能不能正常使用。 （2）断裂失效：一次加载断裂（静载荷）：由于载荷或应力超过当时材料的承载能力而引起； 环境介质引起的断裂：环境介质和应力共同作用引起的低应力脆断； 疲劳断裂（交变载荷）：由于周期作用力引起的低应力破坏。 （3）表面损伤失效：磨损：由于两物体接触表面在接触应力下有相对运动，造成材料流失所引起的一种失效形式； 腐蚀: 环境气氛的化学和电化学作用引起。 （4）.注：断裂的其他分类 断裂时变形量大小：脆性断裂、延性断裂； 裂纹走向与晶相组织的关系：穿晶断裂、沿晶断裂； 2.失效的来源：
材料失效分析课程 思考题 第一章材料失效分析概论 1. 概述失效分析学科有哪些特点。 2. 失效是什么？它与事故、事件、故障有什么区别？ 3. 失效分析的作用和意义是什么？ 4. 简述失效模式、失效机理、失效缺陷和失效起因的的物理含义；举例说明它 们之间的相互关系。 5. 简要说明材料失效分析涉及的“六品”、“五件”和“四化”的物理含义。 6. 一个结构件的失效分析，一般需考虑哪几个主要因素？ 7. 简述失效分析过程中的主要步骤及其任务。 8. 一辆自行车是由许多零部件组装而成，你认为哪些最容易发生失效，它们的 失效模式是什么？ 9. 设想一下有没有永远不会失效的材料。如有，请举例并从失效模式和失效机 理出发叙述其理由。 第二章材料的断裂失效形式与机理 1. 工程结构件的强度设计，一般选取σs或σb二者中的最小值，许用应力的安 全系数是如何选取的？ 2. 材料的强度设计准则、刚度设计准则和变形设计准则有什么区别？试用生活' 中的实例来说明它们各自的重要意义。 3. 韧性断裂和脆性断裂有什么区别？它们的断口形貌有什么不同？ 4. 概述强度设计和断裂设计的区别，并谈谈如何防止脆性断裂。 5. 什么叫断裂力学？ KI和KIC两者有什么关系？ 6. 疲劳断口有什么特征？如何确定疲劳裂纹的起裂点？ 7. 材料的抗断裂设计，有哪几个断裂参量可以选用？ 8. 哪些参数可以用来表征材料的韧性？ 9. 硬度测定有哪些方法？金属、陶瓷和聚合物的硬度测定方法为什么大多数不 能互用？ 10.简述金属材料在不同失效模式下有哪些不同的失效机理。 第三章材料的腐蚀失效形式与机理 1. 什么叫腐蚀？化学腐蚀和电化学腐蚀有什么不同？请各举一例说明。 2. 在电化学腐蚀中，金属的损失伴随的是还原反应还是氧化反应？腐蚀发生在
2012年10月份自动班设备运行分析 检修部自动班 二〇一二年十月
2012年10月份自动班生产设备运行分析 1设备整体运行情况 2012年9月20至2012年10月19日期间，自动班所辖主、辅设备总体运行情况良好，未发生设备不安全事件。 2班组所辖设备 主设备：发电机励磁系统、水轮机调速系统、进水口闸门控制系统、调速器油压装置控制系统。 辅助设备：一副直流系统、二副直流系统、GIS楼直流系统、进水口直流系统、厂房空压机系统、厂房渗漏排水控制系统、厂房检修排水控制系统、水垫塘渗漏排水控制系统、坝体渗漏排水控制系统、尾水渗漏排水控制系统、厂房污水控制系统、污水厂控制系统、盘型阀油压装置控制系统、泄洪洞闸门控制系统、表孔、中孔、底孔闸门控制系统、机组和主变消防控制系统、公用消防系统、工业电视系统、广播系统。 3设备缺陷和异常及处理 3.1消缺：2012年9月20日，检查处理#1机调速器控制系统#2PLC CPU模块电 池低压报警灯点亮的缺陷。 原因分析：故障原因为#1机调速器控制系统#2PLC CPU模块电池使用时间过长，电量不足。 处理办法：更换#1机调速器控制系统#2PLC CPU模块电池，报警灯熄灭。3.2消缺：2012年9月27日，检查处理“一副直流#1充电机06模块、#2充电 机03、06模块背后风扇不转”缺陷。 原因分析：经现场检查、试验，一副直流系统#1充电机06模块、#2充电机03、06模块风扇不转是由于模块风扇电源回路板件损坏导致的。
处理办法：现已将一副直流#1充电机06模块、#2充电机03模块更换为同型号的充电机，型号：ATC230M20；将#2充电机06模块更换为奥特迅二代产品，型号为ATC230M20II，两种型号的充电机可通用，不影响直流系统的正常运行。上电后发现#1充电机02模块风扇不转，#2充电机上电后发现00模块、07模块、11模块不转，经检查发现是由于模块老化，上电时受到电流的冲击导致风扇不转。现场对风扇正常模块和风扇不转模块进行测温比较，风扇正常模块温度为31.9-32.3℃，风扇不转模块温度为32.8-33.1℃，两者相差0.5-1.2℃，不影响一副直流系统的正常运行。由于风扇电源回路板件现无备品，待备品到货后，再进行更换处理。现一副直流系统#1、#2直流充电机已投入正常运行。 3.3消缺：2012年10月8日，检查处理主变排污泵主泵未自动启动，备用泵启动。 原因分析：故障原因为控制主泵启动的浮子开关LS1损坏导致主泵无法工作。 处理办法：更换了新的备品（型号：KEY/5 DL MAC3），泵试运行均正常，主、备泵均能正确启停。设备现已投入正常运行（#1泵自动、#2泵备用）。 3.5消缺：2012年10月17日，一副油处理室消防系统雨淋阀控制箱面板上“监控”和“辅助监控”指示灯未点亮。 原因分析：故障原因为主板冗余通道的继电器故障。 处理办法：不具备消缺条件，目前板件已无备品更换，且已停产。此故障信号不影响系统控制和运行。 3.6 2012年10月19日，检查处理二副直流系统2号充电机电流表、蓄电池电流表通电无显示。 原因分析：故障原因为二副直流系统2号充电机电流表、蓄电池电流表已损坏。 处理办法：将二副直流系统2号充电机电流表、蓄电池电流表更换为同型号的电流表，型号为IDAM05，上电检查工作正常。
失效分析在生产建设中极其重要,失效分析的限期往往要求很短,分析结论要正确无误,改进措施要切实可行。导致零部件或系统失效的因素往往很多,加之零部件相互间的受力情况很复杂,如果再考虑外界条件的影响,这就使失效分析的任务更加繁重。此外,大多数失效分析的关键性试样十分有限,只容许一次取样、一次观察和测量。在分析程序上走错一步,可能导致整个分析的失败。由此可见,如果分析之前没有一条正确的分析思路,要能如期得出正确的结论几乎是不可能的。 有了正确的分析思路,才能制定正确的分析程序。大的事故需要很多分析人员按照分工同时进行,做到有条不紊,不走弯路,不浪费测试费用。所以从经济角度也要求有正确的分析思路。 1 失效分析思路的内涵 世界上任何事物都是可以被认识的,没有不可以认识的东西,只存在尚未能够认识的东西,机械失效也不例外。实际上失效总有一个或长或短的变化发展过程,机械的失效过程实质上是材料的累积损伤过程,即材料发生物理的和化学的变化。而整个过程的演变是有条件的、有规律的,也就是说有原因的。因此,机械失效的客观规律性是整个失效分析的理论基础,也是失效分析思路的理论依据。 失效分析思路是指导失效分析全过程的思维路线,是在思想中以机械失效的规律(即宏观表 象特征和微观过程机理)为理论依据,把通过调查、观察和实验获得的失效信息(失效对象、失效现象、失效环境统称为失效信息)分别加以考察,然后有机结合起来作为一个统一整体综合考察,以获取的客观事实为证据,全面应用推理的方法,来判断失效事件的失效模式,并推断失效原因。因此,失效分析思路在整个失效分析过程中一脉相承、前后呼应,自成思考体系,把失效分析的指导思路、推理方法、程序、步骤、技巧有机地融为一体,从而达到失效分析的根本目的。 在科学的分析思路指导下,才能制定出正确的分析程序;机械的失效往往是多种原因造成的,即一果多因,常常需要正确的失效分析思路的指导;对于复杂的机械失效,涉及面广,任务艰巨,更需要正确的失效分析思路,以最小代价来获取较科学合理的分析结论。总之,掌握并运用正确的分析思路,才可能对失效事件有本质的认识,减少失效分析工作中的盲目性、片面性和主观随意性,大大提高工作的效率和质量。因此,失效分析思路不仅是失效分析学科的重要组成部分,而且是失效分析的灵魂。 失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程,结果和原因具有双重性,因此,失效分析可以从原因入手,也可以从结果入手,也可以从失效的某个过程入手,如“顺藤摸瓜”,即以失
1.目的 1.1确定与产品相关的过程潜在失效模式。 1.2确定制造或装配过程中失效的起因，确定减少失效发生或找出失效条件的过程控制变量。 1.3编制潜在失效模式分析表，为制造部及技术部等部门采取纠正和预防措施提供对策。 2.适用范围 适用于新产品、产品变更及应用环境发生变更时的样品试作、批量生产。 3.定义 3.1 PFMEA：由负责制造的工程师/小组为确保尽最大可能考虑并记录潜在的失效模式和相关 的原因/机理而使用的分析技术。 3.2过程流程图：指对某一产品预期的制造过程的早期描述。 3.3控制计划(QC工程表)：是对控制零件和过程的系统的书面描述。 3.4在失效分析中，首先要明确产品的失效是什么，否则产品的数据分析和可靠度评估结果 将不一样，一般而言，失效是指： 3.4.1在规定条件下（环境、操作、时间）不能完成既定功能。 3.4.2在规定条件下，产品参数值不能维持在规定的上下限之间。 3.4.3产品在工作范围内，导致零组件的破裂、断裂、卡死等损坏现象。 3.5客户：一般是指“最终使用者”，但也可以是后续的或下一制造装配工序，以及服务工作。 4.职责 4.1 PFMEA制订：产品开发课 4.2 PFMEA审查：APQP小组 4.3 PFMEA核准：技术部经理/管理者代表
5.作业程序
6.相关文件 6.1记录管制程序FT-QP-003 6.2产品品质先期策划程序FT-EP-012 6.3文件与资料管制程序FT-QP-001 7.使用表单 7.1潜在失效模式及后果分析TR-014-02-A0 7.2过程流程图TR-014-03-A0 8.附件 1、FMEA编号 编号方法如下： ××××─××× 流水号 年份 2、项目名称 依据5.1中所确定的分析项目填入该过程（工序）、名称、编号。 3、过程责任部门 填入产品制造部门和生产线。 4、编制者 填入负责编制FMEA的人员姓名、电话及所在部门名称。 5、产品型号 填入将要分析的产品和/或零部件型号。 6、关键日期 填入初次FMEA预定完成的日期，该日期不应超过计划开始生产的日期。 7、FMEA日期 填入编制FMEA初稿的日期及最新修订的日期。 8、主要参加人 列出参与或执行此项工作的各部门负责人姓名。 9、过程功能/要求 简单描述被分析的过程或工序，说明该工序过程或工序的目的，工序过程包括多个具有不同失效模式的工序，应把这些工序作为独立过程列出处理。 10、潜在失效模式:指过程中可能发生的不符过程要求和/或设计意图的形式，是对其具体工 序不符合要求的描述，它可能是引起下道工序的潜在失效模式，也可能是上一道工序潜 在失效的后果。在过程FMEA准备中，应假定提供的附件、毛坯是合格的。 11、潜在失效后果:是指失效模式对客户的影响，客户可以是下一道工序、后续工序或工位、 代理商、最终用户，当评价潜在失效后果时，应依据客户可能注意到的或经历的情况来 描述失效后果，对最终用户来说失效的后果应一律用产品（或系统）的性能来描述（如 噪音大、漏油、卡死、侵蚀等）若客户是下一道工序或后续工序/工位，失效的后果应 用工艺/工序性能来描述（如无法装配、危害操作者、工艺基准误差大等）。 12、严重度:是潜在失效模式对客户的影响后果的严重程序的评价指标。严重度仅适用于失 效的后果，分为1∽10级，其严重程序按下表予以评价选定：
失效分析概要失效分析培训班用 2007年11月
前言 江苏省机械研究所于2007年12月举办一个三天半的失效分析培训班，本教材即为该培训班而准备的，本教材由东南大学材料科学与工程学院孔宪中编写，部分文字内容参考金属所的金属断裂失效分析一书。 我们知道，进行失效分析，是 1，找出事故原因，分清责任所属，依法进行索赔，挽回经济损失。 2，找出经验教训，避免同类事故，改进制造水平，定立新的工艺。 3，提供有关资料，促进法治建设，减少资金浪费，加快建设速度。 4，产生新型学科，提升科技水平，增强国家实力，节约资源成本这四方面所必需的，这次失效分析培训班主要介绍如何进行失效分析，大致内容有1．失效分析的几种分析思路： 按：根据失效分类的分析思路 根据设备或部件工作状况的分析思路 根据制造工艺和部件类别的分析思路 2．失效分析的分析程序 1），现场调查 2），观察，检测和检验 3），分析及验证，作分析结论， 4），提出报告，建议，及回访 3．失效分析程序的实施 1）设计分析程序和实施步骤 2）失效部件的直观检验过程 3）断裂源的确定 4）断裂机制的确定， 5）取样及编号 6）检测和检验 7）信息的纵综合，归纳，分析，得出初步结论 8）结论的验证，写出报告，提出建议， 4，常用的失效分析技术 1）金属的显微断口分析 2）金属及部件的疲劳失效分析 3）腐蚀疲劳失效分析及应力腐蚀失效分析 4）氢脆失效分析 5）高温失效分析 6）焊接失效分析 5．常见部件的失效分析案例 1）轮类用齿轮，叶轮，螺杆，轮箍各选一例 2）轴类用曲轴，摇杆轴，前轴，连杆各选一例 3）管道类用管道，导管方面选二例 4）基础件类用轴承，弹簧，模具方面选三例 通过培训班学习，使参加者获得一定的失效分析素养，能具备一定的失效分析能力，有一定程度的失效分析技术，接触一定数量的失效分析案例，便于开展失效分析工作。
第一章机械零部件失效分析的方法和步骤 1、失效分析与机械设计的关系 机械产品丧失其规定功能的事件称为机械产品的失效。失效常发生在产品使用过程中，也发生在试运转过程中，甚至可能发生在使用前的存放过程中。以同类产品使用寿命期内失效事件总数为基数的统计数据表明，寿命早期失效率较高，晚期的失效率也较高，而中期较长时间的失效率很低，典型的失效率曲线呈浴盘状曲线。机械产品的早期失效案例尤其值得重视。它们常常暴露出设计和制造工艺中各种的欠缺和不当，及时的失效分析有利于改进和提高产品的质量。晚期失效分析反应出机械产品耗损期的诸多病端失效分析有利于提高产品的使用寿命。 针对机械产品失效案例进行的技术和管理活动称为失效分析。失效分析的主要内容是查明失效的具体原因（失效诊断）和提出预防和补救措施（失效对策）。失效分析的主要目标是防止同类失效事件的再次发生和提高产品质量。 机械产品的恶性失效事故造成重大经济损失，甚至人员伤亡，例如飞机坠落，大型机组毁坏，大型压力容器爆炸，这种特大事故发生后，通常开展大规模的调查活动。如果确认或怀疑事故是由机械零部件失效而造成，就会进行一系列失效分析活动，包括各种试验和研究工作。由于领导部门重视，投入较大，研究工作深入，常能达到预期目标。 中、小型失效事件或事故，也应该进行相应的失效分析活动。而各单位和厂家对于所发生失效事件的重视程度有很大的差异。有一些厂家极重视其产品的失效案例，买回典型的失效零部件，进行认真分析研究。许多设计师经常调查所设计机械设备使用中失效情况，作为改善设计的重要依据。“失败乃成功之母”，概略地说明了失效分析与机械设计间的关系。2、机械产品失效分类 机械产品失效分类有两种主要系统：按照失效类型分类；按照失效原因分类。 机械产品失效类型有五大类：变形、断裂、腐蚀、磨损和老化。还可以进一步细分为更多的类型，断裂失效可分为塑性断裂、脆性断裂、环境促进断裂和高温断裂。还有一些复合的失效类型，例如微动腐蚀疲劳是磨损、化学腐蚀和疲劳断裂的综合。 机械产品失效原因分为四大类：设计不当、制造工艺不当、材料冶金缺陷和使用操作失误。每一类中都有其具体原因，例如制造工艺不当可能涉及切削加工、热处理、电镀或装配的具体工艺。确定失效原因是一项复杂的工作，涉及的学科门类宽广；当机械设备毁坏严重时，查找证据困难；失效原因认定涉及到事故责任单位和责任，经常发生争议和互相推诿。失效分析是依据试验结果和证据作出结论，失效分析工作者必须坚持客观性和公正性。 上述四类失效原因也可分为两类。前三类原因都与机械产品品质有关，由机械设计和制造单位负责，简称为机械失效。操作原因造成的失效，一般与产品品质无直接因果关系，由产品的使用单位负责。 对于各类机械产品的失效原因，有关领导部门或研究单位会发布一定时期内各类失效原因的统计数据，可供参考。例如：美国空军发布的一项3824次飞机失效事件统计时，操作原因占41%，机械失效约占43%，气象原因占3%，不明原因占13%。 3、失效分析的步骤 失效分析的实施步骤旨在保证这项活动顺利的进行和完成。下面推荐通用的失效分析实施步骤，可供参考。由于每个失效事件的重要程度和规模大小不同，对失效分析的要求和步骤也会有所不同。 3．1 收集背景资料和侦查失效现场 失效现场必须注意保护，等待有关人员进行侦查。失效现场的一切证据应该维持原状，完整无缺和真实不伪，这是保证失效分析顺利进行的先决条件。对于公路和铁路事件，由于要保持交通顺畅需要采取一定措施，但是保护失效现场的原则仍需执行。
设备故障分析报告例文 Example of equipment failure analysis report 汇报人：JinTai College
设备故障分析报告例文 前言：报告是按照上级部署或工作计划，每完成一项任务，一般都要向上级写报告，反映工作中的基本情况、工作中取得的经验教训、存在的问题以及今后工作设想等，以取得上级领导部门的指导。本文档根据申请报告内容要求展开说明，具有实践指 导意义，便于学习和使用，本文档下载后内容可按需编辑修改及打印。 一、设备检修计划的汇总工作 在8月初完成了设备计划的汇总及审核工作（除工艺及 电气未上报计划外），包含熟料车间各个主机设备及可能存在隐患的辅机设备，共计计划大项32项，小项93项。其中烧成计划大项16项，小项36项，生料计划大项16项，小项57项。 二、设备检修工作的开展 本次设备检修共7天，完成了检修计划的所有检修项目，其中对各主机设备进行了重点的检查，发现的问题及时进行了处理，并做好了相关的记录。针对以下几项我们做了更详细的处理。 1、篦冷机干油泵的加油泵调节阀，因为油脂脏引起阀芯 堵死，无法调节压力。造成压力瞬间升高，油泵无法正常运行。经过拆卸检查，彻底的处理了油泵的问题。确保了干油站的正常，防止了设备隐患。
2、经过检查大窑的挡轮瓦的润滑油以及带油勺、瓦口 螺栓的紧固情况后，发现两档托轮1、3号瓦油质脏，并伴有铁削，通过换油清洗确保轴瓦的正常工作。 3、对煤磨高压油泵打不起压的问题进行了处理，确保了轴瓦的安全，现存在溢流阀故障问题，待溢流阀采购回来后进行更换。 4、对高温风机的检查，发现挡油环破裂，为长远安全角度考虑，对挡油环进行加工并予以更换。为风机正常运行打下了基础。 三、检修的后期检查工作 在本次检修有时间相对比较充分，所有检修处理比较彻底，没有因为时间或备件问题影响检修。在检修的后期由运保部对检修计划所列的所有检修项目进行了全面的检查验收，发现检修中遗留的问题进行了处理，确保了本次检修的质量。四、检修后的试车工作 本次检修工作由于设备方面计划详细时间充分，在检修后的单机试车中所有设备一次性试车成功。在这些方面值得下一次检修的借鉴和发扬。
高铁及轨道交通轴承失效分析方法 洛阳轴研科技股份有限公司 概述 高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式，在安全、快捷、经济、环保等方面都具有比较明显的优势。进入新世纪以来，中国铁路决定将高铁及轨道交通等客运高速作为实现现代化的一个主要方向。依照自主创新，中国高铁从无到有，经过十多年的高速铁路建设，我国高速铁路运营总里程将突破1.3万公里，同时我国轨道交通技术装备逐步提高并实现了国产化，但作为基础精密件的轴承，我国目前主要依靠进口。高速铁路客车轴承的高可靠性性及长寿命要求，一致制约着我国高铁轴承的研发。近年来，出于对研发、运行安全以及经济等多方面的考虑做了大量的高铁及轨道交通轴承的失效分析。通过失效分析，找出故障产生的原因，并采取有效措施进行预防和控制，防止突发性事故的出现，把故障造成的损失降低到最低，从而提高产品使用的安全可靠性，充分发挥其价值，这是一项十分重要的工作。 1．失效分析的概念 轴承在运转一定时间后，由于制造、安装、使用、维护等方面的原因使其丧失（或局部丧失）规定功能，从而导致故障或不能正常工作的现象称为失效。 失效有以下几种形式： （1）完全不能工作。如零件材料的疲劳、断裂等； （2）仍然可以继续工作，但已不能得到预期令人满意的性能。如轴承运转时的工作温度上升、振动和噪声增加等； （3）已经不能保证可靠或安全的继续使用，必须拆卸进行修理。 按照一定的方法分析失效的性质和发生原因、研究失效的处理方法和预防措施的技术及管理活动被人们称之为失效分析。 “失效”与“废品”具有不同的含义，“废品”是不符合技术规范、标准和图纸要求的而又不能返修利用的产品。“失效”的产品不一定是“废品”，而“废品”也谈不上失效。轴承的失效按其寿命可分为正常失效和早期失效两种。分析工作主要是针对早期失效的轴承，找出其失效的原因，提出改进措施，以提高轴承运转的寿命和可靠性。
失效分析案例举例
案例1 油井套管腐蚀 0、背景介绍： 1、套管腐蚀形貌 2、腐蚀产物ＸＲＤ分析 3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析 4、管壁ＳＲＢ分析检测 5、腐蚀试验 6、结论
背景介绍：中原油田全油田有100多口井套管 腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。 1套管腐蚀形貌 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。从总体上看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体冲刷作用。
2腐蚀产物ＸＲＤ分析 取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线 衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ 3和ＣａＣＯ 夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。腐蚀产物的主要成份为碳酸盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ 2 腐蚀有关。 3油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面分析。套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形 暗灰色颗粒为Ａｌ 2Ｏ 3 , 短条状为ＭｎＳ。材质中夹杂物以Ａｌ 2Ｏ 3 和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＴｉＯ2存在。整个材料裂口 面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ 2Ｏ 3 、ＭｎＳ为主 散均匀,加速了钢材的腐蚀。同时经电子探针元素定量分析表明随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在逐步增大。说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。
失效分析常用工具介绍 透射电镜（TEM） TEM一般被使用来分析样品形貌（morhology），金相结构（crystallographic structure）和样品成分分析。TEM比SEM系统能提供更高的空间分辨率，能达到纳米级的分辨率，通常使用能量为60-350keV的电子束。 与TEM需要激发二次电子或者从样品表面发射的电子束不同，TEM收集那些穿透样品的电子。与SEM一样，TEM使用一个电子枪来产生一次电子束，通过透镜和光圈聚焦之后变为更细小的电子束。 然后用这种电子束轰击样品，有一部分电子能穿透样品表面，并被位于样品之下的探测器收集起来形成影像。 对于晶体材料，样品会引起入射电子束的衍射，会产生局部diffraction intensity variations，并能够在影像上非常清晰的显现出来。对于无定形材料，电子在穿透这些物理和化学性质都不同的材料时，所发生的电子散射情况是不相同的，这就能形成一定的对比在影像观察到。 对于TEM分析来说最为关键的一步就是制样。样品制作的好坏直接关系到TEM能否有效的进行观察和分析，因此，在制样方面多加努力对于分析者来说也是相当必要的工作。 扫描声学显微镜 集成电路封装的可靠性在许多方面要取决于它们的机械完整性.由于不良键合、孔隙、微裂痕或层间剥离而造成的结构缺陷可能不会给电性能特性带来明显的影响,但却可能造成早期失效.C模式扫描声学显微镜(C—SAM)是进行IC封装非破坏性失效分析的极佳工具,可为关键的封装缺陷提供一个快速、全面的成象.并能确定这些缺陷在封装内的三维方位.这一C—SAM系统已经在美国马里兰州大学用于气密性(陶瓷)及非气密性(塑料)IC封装的可靠性试验。它在塑料封装常见的生产缺陷如:封装龟裂、叶片移位、外来杂质、多孔性、钝化层龟裂、层间剥离、切断和断裂等方面表现出 俄歇电子（Auger Analysis ）
软件故障原因分析 1软件不兼容 有些软件在运行时与其他软件有冲突，相互不能兼容。如果这两个不能兼容的软件同时运行，可能会中止程序的运行，严重的将会使系统崩溃。比较典型的例子是杀毒软件，如果系统中存在多个杀毒软件，很容易造成系统运行不稳定。 2非法操作 非法操作是由于人为操作不当造成的。如卸载程序时不使用程序自带的卸载程序，而直接将程序所在的文件夹删除，这样一般不能完全卸载该程序，反而会给系统留下大量的垃圾文件，成为系统故障隐患。 3误操作 误操作是指用户在使用计算机时，误将有用的系统文件删除或者执行了格式化命令，这样会使硬盘中重要的数据丢失。 病毒的破坏。计算机病毒会给系统带来难以预料的破坏，有的病毒会感染硬盘中的可执行文件，使其不能正常运行；有的病毒会破坏系统文件，造成系统不能正常启动；还有的病毒会破坏计算机的硬件，使用户蒙受更大的损失。 4软件的参数设置不合理。 一个软件特别是应用软件总是在一个具体用户环境下使用的，如果用户设置的环境参数不能满足用户使用的环境要求，那么用户在使用时往往会感觉软件有某些缺陷或者故障。文档在编辑过程中都可以正常显示．但是打印出来总是一张白纸。经过检查，发现故障计算机的Word 系统设置了蓝底白字功能。在编辑时无法发现任何异常（因为是蓝色背景）．但是在打印时．白纸上面是无法显示白字的．因此也就导致了故障现象的发生。
软件故障排除方法 1安全模式法 安全模式法主要用来诊断由于注册表损坏或一些软件不兼容导致的操作系统无法启动的故障。安全模式法的诊断步骤为，首先用安全模式启动电脑，如果存在不兼容的软件，在系统启动后将它卸载，然后正常退出；接着再重新启动电脑，启动后安装新的软件即可，如果还是不能正常启动，则需要使用其他方法排除故障。这也是最常用的方法。 2软件最小系统法 软件最小系统法是指从维修判断的角度能使电脑开机运行的最基本的软件环境，即只有一个基本的操作系统环境，不安装任何应用软件，可以卸载所有的应用软件或者重新安装操作系统即可。然后根据故障分析判断的需要，安装需要的应用软件。使用一个干净的操作系统环境，可以判断故障是属于系统问题、软件冲突问题，还是软、硬件间的冲突问题。该方法适合于系统安装的软件较少的时候使用。 3程序诊断法 针对运行环境不稳定等故障，可以用专用的软件来对计算机的软、硬件进行测试，如3DMark、WinBench 等，根据这些软件的反复测试而生成的报告文件，我们就可以比较轻松地找到一些由于系统运行不稳定而引起的故障。该方法相对比较专业，一般使用者无法顺利进行操作。 4逐步添加/ 去除软件法 逐步添加软件法，以最小系统为基础，每次只向系统添加一个软件，来检查故障现象是否发生变化，以此来判断故障软件。逐步去除软件法，正好与逐步添加软件法的操作相反。该方法也是较常用的方法之一。