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失效分析报告范文
产品失效的发展过程一般遵循“浴盆曲线”状，可以将其分为三个时期：
1、早期失效期，即产品使用初期，由于设计缺陷或者制造缺陷而导致明显的失效。
2、偶然失效期，在理想状况下，产品是不应出现“失效”现象的，而由于环境、操作方法、管理不善等原因导致的潜在缺陷，会在某一时期导致偶然的失效，该阶段称为偶然失效期。
3、磨损失效期，该阶段是产品在出现失效萌芽之后的曲线增长到最终失效期，，又称为损耗失效。
产品按照其失效发展过程分类对于可靠性工程来说是十分有用的。
橡胶密封件的失效分析橡胶密封件是一种用于封闭和防止流体或气体泄漏的重要工业材料。
然而，在使用过程中，橡胶密封件可能会发生失效，导致泄漏问题的发生。
为了确保设备和系统的可靠性和安全性，需要对橡胶密封件的失效进行分析。
本文将讨论橡胶密封件的常见失效形式以及导致失效的原因，以帮助我们更好地理解和防止橡胶密封件的失效。
首先，橡胶密封件的常见失效形式包括老化、碎裂、变形和腐蚀等。
老化是橡胶密封件常见的失效形式之一、橡胶密封件长时间暴露在高温、高压、辐射等环境中，易发生老化。
老化会导致橡胶密封件硬化、变脆和失去弹性，从而影响其密封性能。
碎裂是另一种常见的失效形式，通常是由于橡胶密封件在使用过程中受到过大的应力而导致的。
变形是橡胶密封件失效的一种典型形式，通常是由于橡胶密封件受到不均匀的应力或过大的应力而导致的。
腐蚀是指橡胶密封件在受到化学物质或介质的腐蚀作用时发生失效。
其次，橡胶密封件失效的原因有很多。
首先，材料本身的问题是导致橡胶密封件失效的一个重要原因。
橡胶密封件的材料需要选择适合不同工况的材料，例如高温、高压、强酸碱环境等。
当选择的材料不适合工况时，容易导致橡胶密封件的失效。
其次，橡胶密封件的设计和加工也会影响其失效。
设计不合理或加工质量不良会导致橡胶密封件的应力分布不均匀，从而引起失效。
此外，操作和维护的不当也是橡胶密封件失效的一个重要原因。
例如，错误的安装方法、不正确的操作方式、缺乏维护等，都会导致橡胶密封件受到过大的应力，从而导致失效。
为避免橡胶密封件的失效，我们需采取相应的预防措施。
首先，需要选择适合工况的橡胶密封件材料。
不同的工况需要不同的材料，例如高温环境需要耐高温橡胶密封件，化学介质环境需要耐腐蚀的橡胶密封件。
其次，需要合理设计和精确加工橡胶密封件。
在设计过程中，需要考虑应力分布的均匀性，避免应力集中；在加工过程中，需要采用适当的工艺和设备，确保加工质量。
此外，正确的操作和维护也是防止橡胶密封件失效的关键。
密封件失效形式分析及其解决方案
1.泄漏：密封件失效最常见的形式就是泄漏。
泄漏可能是由于密封件
材料的老化、疲劳等原因导致的密封面间隙增大，也可能是由于密封面损坏、磨损等导致的泄漏。
2.磨损：长时间摩擦会使密封件表面产生磨损，导致密封性能下降。
磨损主要是由于密封件材料的摩擦系数较大，或者密封件表面光洁度不够，导致与密封面之间的摩擦力增大。
3.剪切：在一些高压、高温或高速工况下，密封件可能会承受剪切力，导致密封面间隙增大，从而导致泄漏。
4.老化：密封件在使用一段时间后，会出现老化现象。
老化可能是由
于材料老化、疲劳等原因导致的密封性能下降。
针对密封件失效的问题，可以采取以下解决方案：
1.更换密封件：当密封件出现泄漏、磨损等失效形式时，最简单有效
的解决方案就是更换密封件。
新的密封件可以保证密封性能良好，提升设
备的可靠性。
2.优化密封件材料：对于容易老化、磨损的密封件，可以选择具有耐磨、耐热、耐腐蚀等性能较好的密封材料，以延长密封件的使用寿命。
3.改进密封结构：对于容易发生剪切失效的密封件，可以通过改进密
封结构、增加密封件的支撑面积等方式，来减小密封件的剪切力，从而提
升密封件的密封性能。
4.加强维护保养：定期检查、清洗、润滑密封件，可以及时发现并处
理密封件的问题，避免密封件失效。
5.使用密封技术手段：如采用双重密封、填料密封、摩擦密封等技术手段，可以提高密封的可靠性和使用寿命。
综上所述，对于密封件失效问题，可以通过更换密封件、优化材料、改进结构、加强维护保养以及使用密封技术手段等多方面的解决方案来提升密封性能，提高设备的可靠性和工作效率。
5．金相组织分别对未断与断裂螺钉和螺母各1件纵向解剖进行金相观察。
图8为试样末浸蚀时的低倍形貌。
a 25×b 50×c 25×图8 螺钉纵剖金相磨面（a、b—螺钉，c—螺母）从图可以清楚地看到，螺钉在牙的侧面存在明显的裂纹，每个牙上裂纹的位置与形态完全一致，将裂纹放大后（图8b）可以明确判断，上述裂纹实际上是螺钉在搓丝过程中形成的折叠。
折叠处（图8b中的A处）的显微硬度为540HV，0.05明显要高于其他部位的渗碳层的硬度，此系A处两面渗碳的结果，这点同时也说明上述裂纹在热处理前业已存在。
另外，对一个断裂的螺钉解剖后发现，在过渡圆角处存在细微裂纹（图9），浸蚀后观察，该裂纹沿晶扩展（图10），这与断口源区扫描电镜下观察到的沿晶断裂特征（图3）完全吻合。
在裂纹周围也未发现非金属夹杂物聚集和沉淀相析出。
图9 断裂螺钉圆角处的裂纹50× 图10 图9裂纹浸蚀后的放大形貌500×螺母牙顶形成双峰（图8C），这也是搓丝工艺不当所形成的。
双峰鞍部形成的不规则尖缺口将对随后的热处理及使用均将产生不利影响。
图11为螺钉渗碳层的低倍形貌及渗层组织，渗碳层为回火屈氏体。
断裂与未断裂螺钉的芯部组织均为板条马氏体，未断螺钉的马氏体板条更粗大些（图12）。
25× 100×图11 螺钉渗碳层形貌及组织a断裂螺钉 b未断螺钉图12 螺钉的芯部组织500×图13为螺母的渗碳层组织，断裂与未断裂螺母的渗碳层组织相同，均系回火屈氏体。
断裂螺母与未断裂螺母的芯部组织则完全不同（图14）。
图13 螺母的渗碳层组织250×a 断裂螺母b 未断螺母图14 螺母的芯部组织 500×断裂螺母芯部组织为绌片状珠光体+铁素体，而未断者为板条马氏体。
这与表1中螺母测定的硬度值完全对应。
6.含氢量分析根据螺钉断口形貌特征及延时断裂特征，加之螺钉经酸洗后镀锌，怀疑有渗H2现象[1]。
金属零件失效分析及实例一、轴的失效分析1．1 轴的失效类型轴是用来支承旋转，并传递动力和运动的部件。
轴可以承受各种类型的载荷，如拉伸、压缩、弯曲或扭转及各种复合载荷。
有时还承受振动应力。
在这些载荷作用下，使轴失效的最常见的类型是轴的疲劳断裂。
疲劳破坏起始于局部应力最高的部位，有些机械由于设计、制造、装配和使用不合理，也造成轴过早地发生疲劳断裂。
轴的疲劳通常可分为3种基本类型：弯曲疲劳、扭转疲劳和轴向疲劳。
弯曲疲劳可由下面几种类型的弯曲载荷造成：单向的、交变的和旋转的。
在单向弯曲时，任一点的应力都是变动的，变动应力只改变大小而不改变方向。
在交变弯曲和旋转弯曲时，任意一点的应力都是交变的，即应力在方向相反的应力之间循环变化。
扭转疲劳常因施加变动或交变的扭转力矩产生。
轴向疲劳则由于施加交变或变动的拉伸—压缩载荷的结果。
承受了变应力的轴，由于机械的或冶金的因素，或两者综合的结果导致轴的疲劳断裂。
机械影响因素包括了小圆角、尖角、凹槽、键槽、刻痕及紧配合处。
冶金影响因素包括了淬火裂纹、腐蚀凹坑、粗大的金属夹杂物及焊接缺陷等。
疲劳破坏占失效轴的50％以上。
在低温环境中或是在冲击及快速施加过载时，将会使轴发生脆性断裂。
脆性断裂的特征是裂纹以极高的扩展速度(大约1800m/s或更大)发生突然断裂，而在断裂源处只有小的变形迹象。
这种类型的断裂特征是断裂表面上存在着鱼骨状或人字形花样的标志，人字形的顶点指向断裂源。
一些表面处理能使氢溶解入高强度钢中，使轴脆化而断裂，例如，电镀金属会引起高强度钢的失效。
轴的韧性断裂(显微空穴聚合的结果)在断裂表面上呈现有塑性变形的迹象，类似在普通拉伸试验或扭转试验试样中所观察到的情况。
对拉伸断裂的轴这种变形，用目视检验是容易见到的，但是，当轴扭转断裂时，则变形是不明显的。
在正常工作条件下轴很少发生韧性断裂。
但是，如果对工作要求条件估计过低，或者所用材料强度达不到预定数值，或者轴受到单一过负载，也可能发生韧性断裂。
齿轮失效分析实例齿轮是传递运动和动力的一种机械零件。
齿轮的类型以及特点不仅可决定齿轮的运转特性，并且也决定了它是否会过早地失效。
齿轮失效的类型可划分为四种：(1)磨损失效，是指轮齿接触表面的材料损耗；(2)表面疲劳失效，是指接触表面或表面下应力超过材料疲劳极限所引起的材料失效。
进一步又可分为初始点蚀、毁坏性点蚀和剥落。
(3)塑性变形失效，是指在重载荷作用下表面金属屈服所造成的表面变形。
它又可进一步分为压塌和飞边变形、波纹变形和沟条变形。
(4)折断失效，是指整个轮齿或轮齿相当大的一部分发生断裂。
可以进一步分为疲劳折断、磨损折断、过载折断、淬火或磨削裂纹引起的折断等。
本章主要介绍变速箱齿轮及被动齿轮的失效分析实例，供读者参考。
变速箱齿轮失效分析1.45号钢齿坯裂纹分析45号钢齿坯，由φ80mm圆钢落料后直接粗车成外径为φ78mm的柱体形状。
其化学成分为：C：0.49％，Mn: 0.68％，Cr<0.2％。
热处理工艺过程：在X—45箱式电炉中加热，到温度(820℃)装炉，装炉量109只，保温时间为一小时(工件达到温度后计算时间)，工件用盐水冷却(冷却液不循环)，水温20~30℃。
回火温度为520~530℃(零件淬火后隔天回火)。
经车削后，发现零件内孔平面和内孔上有较多裂纹，如图1和2所示。
图1 OPI 图象说明：零件实物经SM-3R型渗透剂着色探伤后宏观形貌。
经肉眼与放大镜观察，在齿坯内孔平面与内孔中有距离大致相等的5~6处较长的裂纹，裂纹均由内孔之平面与孔交界处为起始分别向内孔壁与平面扩展；内孔平面上和内孔交界处加工纹路明显且尖锐。
图象说明：内孔平面试样作金相观察，有数条裂纹交叉分布，其内充满氧化皮夹杂。
其微观裂纹长度不等，分别为0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。
图2 OMI 200×2．汽车变速箱齿轮失效失效齿轮为载重汽车变速箱一挡齿轮，由渗碳钢制造，在进行台架试验时，未达到设计要求就发生断齿现象。
叶片、叶轮类失效分析实例叶片按其工作性质可分为动叶片及静叶片两种类型。
动叶片又称为工作叶片，主要起传递动力的作用；静叶片又称为导向叶片，主要起导向流体的作用。
叶片在运转时，主要受拉压、弯曲、扭转等应力的作用；除此之外，叶片还受到激振的作用，其振动频率对叶片的寿命有较大的影响。
叶片的失效形式，主要是疲劳失效；但也可能出现应力腐蚀开裂、塑性变形等失效形式。
在疲劳失效中，尤其是动叶片疲劳失效，往往是振动起很大作用；应当指出，微振失效也是叶片失效的重要形式之一。
按叶片的断裂或损伤的部位划分失效类型，可分为三种类型：(1)叶身断裂失效；(2)叶根断裂失效；(3)叶冠或叶顶失效。
本部分除了介绍叶片失效分析实例之外，还介绍了叶轮、风轮、螺旋桨等失效的实例，供读者参考。
汽轮机叶片断裂失效分析1．燃气轮机的静叶片断裂失效燃气轮机的静叶片材质为1Crl3钢，经调质处理后使用。
装机运行不久就发现静叶片断裂失效。
拆机检查，用肉眼或放大镜观察，发现静叶片的断口形貌较平滑，具有疲劳断裂的宏观形貌特征；另外还观察到静叶片的自由端损伤较严重。
在正常情况下自由端是不接触任何物体的，但由于装配间隙较小，在运转时可能碰触侧壁而损伤。
静叶片断口的宏观外貌如图1所示。
箭头指示处为裂源。
用电子显微镜观察，进一步证实裂源的微观形貌特征为准解理断裂，裂纹扩展区的微观形貌特征为疲劳辉纹标记，如图2所示。
与振动疲劳断口相比较，静叶片断口的疲劳辉纹形态与其极为相似，因此可认为静叶片是由于装配不当引起的振动疲劳断裂。
图1 OPI 图象说明：燃气轮机静叶片断口宏观外貌，箭头指示处为裂源。
图象说明：燃气轮机静叶片电子断口形貌，具有准解理断裂及疲劳断裂形貌特征；箭头指示处为准解理花样。
图2 TEM 5000×2.30万千瓦汽轮发电机叶片失效失效叶片为大型汽轮机组上的动叶片，安装于某厂30万千瓦发电机上，材料为2Crl3钢经调质处理，使用数年后在检修时发现有裂纹。
其它件失效分析实例本部分主要是列举了有关加工工艺过程的产品：冷成型件、铸件、锻件、焊接件等失效的实例；同时也介绍了有关服役过程中产生的失效实例，如模具失效、飞机零部件失效、纺纱嘴失效……等。
详细情况请参阅下面各具体实例。
1．黄铜板裂纹失效H68黄铜板冷冲压成型(有筋肋)后，未经过其它后续退火等热处理，就直接在含有铁锈、一定汞量及其它杂质的水介质中应用。
断续使用数月后，在铜板冲压件的一些筋肋处出现明显的裂纹如图1所示。
取样作金相分析检查，其微观组织及裂纹分布情况如图2所示。
由于出现颇多裂纹，使该件大量报废。
从裂纹的分布形态并结合生产工艺和使用情况可知，其裂纹的产生，是由于铜板冲压变形后，未经消除应力处理，而后又在含汞等介质中使用之故。
产生的裂纹属应力腐蚀裂纹。
一般铜制冲压件均有较大的内应力存在，应在200~300℃温度范围进行数小时退火处理，方可避免因冲制而引起的应力腐蚀破坏。
图1 OPI 图象说明：黄铜板筋肋的宏观裂纹分布情况。
垂直裂纹截取试样，作剖面金相观察，在放大60倍下裂纹已经穿透整个截面。
图象说明：黄铜板之微观组织和裂纹分布情况。
裂纹沿α相晶界扩展。
试样经浸蚀后，在原裂纹区域放大至200倍观察，组织为α单相固溶体，裂纹大多沿α相晶粒边界分布，这是铜制件的一种典型应力腐蚀裂纹形态。
图2 OPI2．葫芦吊钩失效失效件为起重葫芦吊钩，是进口设备，材料采用相当于18CrNi钢。
该吊钩服役四年之后，在1983年11月26日吊装甲醇塔时，葫芦吊钩突然断裂，发生重大事故。
观察吊钩的外观形貌，发现断裂是从钩子轴端点起始的，如图3所示。
宏观观察断口呈暗灰色，断口面倾斜，凹凸不平，有明显的拉伸纤维特征如图4所示。
图3 OPI 图象说明：葫芦吊钩宏观外形。
图中左上方圆环部位是钩子轴端断裂处，如箭头所指。
图象说明：宏观断口形貌，断口灰暗，粗糙不平，断口面倾斜，具有纤维状形貌特征。
图4 OPI3．手工钳头筒体断裂失效手工钳头筒体材料为40Cr钢，其热处理工艺为840℃淬火和低温回火，在泵水试验时筒体发生断裂。
筒体外观形貌如图5所示，断口宏观形貌如图6所示。
综上检查可断定零件失效属沿晶脆性断裂。
主要原因是淬火加热温度过高，出现淬火裂纹，减少筒体有效截面，造成晶粒粗大。
此外，回火不足，淬火应力无法完全消除。
螺纹加工粗糙，增强了应力集中的敏感性。
以上几点综合导致泵水试验时筒体最终断裂。
图5 OPI 图象说明：零件断裂发生在左侧螺纹最末端的二个牙上。
图象说明：断面平坦，沿零件外圆一圈（约2.5mm 深）呈明显的暗色，该层暗色圈已占整个截面的21，余下部分则为较新鲜的结晶状断口。
暗色圈属淬火裂纹。
图6 OPI4．导纺嘴断裂失效南通针织厂从国外引进纺织设备，进行试车2小时后，发现导纺嘴断裂失效。
导纺嘴材料为Cr 不锈钢，经过淬火及回火处理。
通过扫描电子显微镜观察，导纺嘴的裂纹形态及断口宏观形貌特征如图7及8所示。
通过断口分析及其它物理方法分析，可认为导纺嘴是由于淬火裂纹引起的脆性沿晶开裂。
图7 SEM 50×图象说明：导纺嘴主裂纹沿纵向贯穿整体，裂纹较平直。
次裂纹沿导纺嘴管体的横向及纵向延伸。
图象说明：导纺嘴横向裂纹成环形开裂，形成断口。
断口表面较粗糙，具有台阶及腐蚀斑点等形貌特征。
台阶底部是导纺嘴横、纵向裂纹交叉处。
图8 SEM 20×5．飞机起落架叉形接头断裂失效飞机起落架材料为30CrMnSi，经调质处理，该飞机常于海面上空飞行，已使用多年，在降落时发生起落架断裂事故。
断口的宏观形貌如图9所示。
根据起落架断裂源部位具有腐蚀坑、腐蚀产物及沿晶断裂等微观特征，说明具有应力腐蚀开裂的形貌。
这是因为飞机常于海面低空飞行，海面低空处氯离子浓度往往较高，为产生应力腐蚀开裂提供了腐蚀性的环境，起落架工作时在叉形接头处受力较高，裂纹源正产生于宏观形状的变截面处，在变截面处往往有应力集中现象存在，于是在该处首先形成应力腐蚀裂纹，当裂纹达到一定深度时，加上飞机降落时起落架承受很大的冲击力，在这种大外应力作用下，原先形成的裂纹已达到临界尺寸，于是发生突然断裂事故。
图9 OPI 图象说明：起落架宏观断口形貌，可观察到人字纹特征。
人字纹起始于箭头所示处，并向两侧扩展，由此可见，箭头所示处为裂纹源。
断口两侧后半部呈45°角倾斜系断口的剪切唇区。
6．飞机前起落轮叉断裂失效飞机前起落轮叉材质为30CrMnSiNi2A 钢，是模压件，MPa b 1001700±=σ，轮叉在常温下疲劳开裂。
轮叉刹车力为5684N ，运行到20个循环时观察到裂纹长大3~4mm 左右，经过33个循环时，裂纹长大15.8mm ，轮叉在34个循环时发生断裂。
轮叉断口宏观形貌如图10所示，具有疲劳贝壳状条纹、台阶弧线等。
通过上述断口分析可知，飞机前起落架轮叉断口为典型的疲劳断口，随着循环次断的增加，宏观疲劳裂纹扩展速率增大。
图10 OPI图象说明：在凹槽的R 角处的裂源区具有明显的台阶，用肉眼或放大镜可观察到疲劳断裂的宏观形貌——贝壳状条纹。
断口上具有较大的台阶弧线，它是疲劳循环特征的标志即较大的负载变动情况的记录。
7．45号钢精铸件中硬质点缺陷分析45号钢精铸件多种，其毛坯经860℃正火处理，在粗铣、精铣、钻孔等机械加工过程中发生加工困难。
在用组合铣刀铣切毛坯零件时，感觉材料有软硬不一致现象。
一把组合铣刀仅加工4~5件（过去一般正常铣加工毛坯100件才换刀），就使铣刀致钝和崩刃，精铣零件粗糙度不合格；在钻孔时，铁屑不卷曲，并发出不正常声音；用手锯切割毛坯零件时，发生锯条打滑和锯齿严重磨损现象。
以上情况，严重影响了正常生产。
为研究其加工困难之原因，进行了详细的检验分析，挽救了大量的库存制品，获得满意效果与巨大的经济效益。
45号钢精铸件的毛坯及成品的实物见图11。
图象说明：精铸件毛坯（左）及成品件（右）。
图11 OPI45号钢精铸件由于存在硬质点相——马氏体，使机加工发生困难。
造成硬质点的原因是钢中存在硼、铬等元素的偏聚，故此提高了精铸件局部微区的淬透性。
精铸件是经中频冶炼后浇注而成，成分偏析是中频冶炼的缺点，在其浇注后的冷却过程中，在元素偏聚区，硼、铬等元素主要以固溶体形式存在于金属基体中，使偏聚微区的C 曲线右移，于是铸件在正火空冷过程中，这些微区部位获得淬透并形成硬质点相——马氏体。
由于硼、铬等元素主要来源于炉料中的废钢，所以经中频冶炼浇注的45号钢精铸件，常会出现上述缺点。
因此，45号钢精铸毛坯件在正火后，机加工前进行600~630℃高温回火处理，已成为必不可少的工序。
8.电压线圈硅钢片下模开裂分析材料为Crl2MoV钢之电压线圈硅钢片下模，大部分在磨削时发生开裂，部分在回火后发现开裂。
其工艺如下：锻造：将圆钢锻压成方坯190×130×130mm。
退火：材料经锻成方坯后，因硬度过高，为改善切削性能采用860℃保温3小时加热，冷至780℃保温4小时之等温退火处理。
退火时每炉装8块，在箱式炉中进行。
机加工：将退火后之坯料加工成120×100×16mm，切削余量为5mm。
初磨两平面，磨削量为0.15~0.20mm，用肥皂水冷却。
检查分析情况见图12至图13。
图 12 OPI 图象说明：模具裂纹实物形貌，模具长120mm、宽100mm、厚16mm，大致成四方形。
裂纹在截面中间，部位与长边（120mm）相垂直。
裂纹纵向长约70mm，横向与厚度相等，裂纹由表面起始笔直向内延伸。
图象说明：在模具横向表面有钢印打字记号和冷加工刀痕，如箭头所示。
显然，裂纹正起源于箭头所指之处，说明打字记号与冷加工刀痕引起应力集中，促使裂纹形成。
图 13 OPI从宏观和微观观察到的裂纹形态可知：(1)此模具材料碳化物偏析严重，已超过一般使用级别。
不仅碳化物带和网状极其明显，而且断口条纹亦明显粗大。
由此可知，材料未经有效锻造，碳化物未被击碎分散，仍保留着材料原始偏析状况；(2)裂纹始端部位表面加工粗糙(包括粗糙凹痕及打字印迹)，致使模具在热处理时冷却过程中产生大的应力集中，从微观组织看，裂纹穿过晶界和对穿碳化物，并笔直向前发展，可知其应力之大。
综上所述，此模具开裂原因系锻造变形不够，组织应力和淬火应力在机加工刀痕和打字印痕处产生应力集中，故在回火与磨削过程中开裂。
9．缝纫机摆梭的失效缝纫机摆梭是用20号钢经中温冲压成型，并经固体渗碳，淬油后再进行低温回火。
成品零件使用不久即碎断成三块，见图14。
断面平整，属脆性断裂，而中心部位呈不明显的纤维状断口，说明零件截面中心尚有一定的韧性。
缝纫机摆梭的断裂失效是由于渗碳质量不良，造成粗大晶粒和大量魏氏组织，致使零件脆性增大之故。
图 14 OPI图象说明：失效摆梭的实物形貌。
