金属失效分析重点

丧失其规定功能的现象称为失效失效形式：变形断裂腐蚀磨损失效的原因：设计不合理选材不当及材料缺陷制造工艺不合理使用操作不当和维修不当铸态金属组织缺陷：缩孔疏松偏析内裂纹白点气泡金属锻造内部缺陷：粗大魏氏体组织网络状碳化物及带状组织钢材表层脱碳钢材表面缺陷：折叠划痕结疤表面裂纹分层夹杂物对钢的力学性能和工艺性能影响：降低材料塑性韧性和疲劳性能夹杂物与钢基体相比变形很小，由于夹杂物和钢基体之间变形性的显著差异，势必造成在夹杂物与钢基体的交界面处产生应力集中，导致微裂纹生成或夹杂物本身开裂夹杂物的热膨胀系数越小，形成的拉应力越大，对钢的危害性越大热应力：由于温度差而产生体积收缩量不同所引起的内应力组织应力：由于零件断面上各处转变的先后不同，其体积变化各处不同，由此引起的内应力强度理论：1最大拉应力2最大拉应变3最大切应力4形状改变比能12断裂失效34屈服失效
KI>=KIC这个判断称为应力强度因子判断，简称K判据。

按照这个判据可以解决工程结构很多实际问题：1解释低应力脆断失效的原因这是因为材料有裂纹状缺陷存在是客观的，裂纹在构件服役期间的长大及失稳扩展引起脆断2计算构件在服役条件下的最大裂纹容限，对构件做出安全评估3根据构件现存的裂纹尺寸，确定构件的最大工作应力或最大允许载荷4若能检出货从经验得出裂纹扩展速率，可计算出构件的安全寿命，并制定出合理的裂纹检测周期5确立材料强韧化的设计思想，既要求材料有高强度以节约资源，更要求材料有高韧性储备抵抗脆断。

设计构件时选择KIC高的材料，或通过工艺处理提高材料的KIC COD理论即裂纹张开位移理论δ>=δc PO2=PMO金属与其氧化物处在平衡状态>金属不稳定具氧化倾向生成金属氧化物<金属稳定金属氧化物具还原倾向分解成金属氧化膜完整的必要条件：金属氧化物体积大于生成此氧化物所消耗掉的金属体积2.5>VMO/VM>1 利于生成完整氧化膜氧化膜具有保护作用的条件：1金属氧化物本身难熔稳定不挥发不易与介质发生作用而被破坏2氧化膜与基体结合良好，有接近的热膨胀系数不会自行或受外界作用而剥离脱落3氧化膜有足够强度和塑性，足以经受一定的应力，应变作用
电化学反应：金属及其离子电对构成的平衡电极电位越正，氧化的倾向性就越小
在常温或温度不高的情况下的变形失效主要有弹性变形失效和塑性变形失效
弹性变形失效的原因及防护措施：过载或超温或材料变质是构件产生弹性变形失效的原因，而这些原因往往是由于构件原设计的考虑不周，计算错误或选才不当而造成的。

预防措施从下列几个方面考虑：1选择合适的材料或构件结构2确定适当的构件匹配尺寸或变形的约束条件3采用减少变形影响的连接件构件塑性变形失效的原因主要是过载
预防塑性变形：1合理选材，提高金属材料抵抗塑性变形的能力2准确确定构件的工作载荷正确进行应力计算合理选取安全系数减少应力集中3严格安装加工工艺规程对构件成形，减少残余应力4严禁构件运行超载5检测腐蚀环境构件强度尺寸的减小
高温长时间作用下应力恒小于屈服强度，也会缓慢的产生塑性变形当该变形量超过规定要求时会导致构件的塑性变形失效（高温为0.3的Tm Tm为绝对温度表示的金属材料熔点）蠕变变形失效抵抗该失效的能力用蠕变极限和持久强度衡量
应力松弛失效抵抗松弛的能力称为松弛稳定性用残余应力衡量
断裂过程：裂纹的萌生裂纹的亚稳扩展及失稳扩展断裂
韧性断裂宏观形貌有纤维区放射区剪切唇区；微观形貌有微孔聚集型的韧窝花样和纯剪切的蛇形花样
韧窝：等轴韧窝（正应力）剪切韧窝（切应力）撕裂韧窝（撕裂应力）
韧性断裂的原因是各种影响因素造成的材料强度不足措施：1设计时充分考虑构件的承载能力2操作时保持仪表完好的状态准确线上操作工况3严格遵守操作规格严禁超载超温超速4随时注意有无异常变形5定期测厚
脆性断裂断面宏观形貌小刻面人字条纹或山形条纹微观：河流条纹舌状花样
疲劳断裂宏观疲劳裂纹起源区xxxx扩展区(沙滩花样) 最终断裂区微观疲劳辉纹轮胎压痕花样
电偶腐蚀预防：1选择电偶序中尽可能靠近的金属组合2尽量避免小阳极大阴极的电偶腐蚀3如无可避免要产生小阳极大阴极的电偶腐蚀，则小阳极的构件要设计成可换的没有介质塞积区的结构4在两种金属间通过使用涂层，加入非金属垫片等来绝缘或断开回路，同时保证在服役中不会发生金属间的接触5保护涂层是抗腐蚀的普通方法，如果只能涂其中一种，涂惰性大的阴极金属表面6天假缓蚀剂来减少环境的侵蚀性或控制阴极或阳极反应速率7 阴极保护是所推荐的电化学保护方法之一
磨损的类型：磨料xx 粘着xx(涂抹擦伤撕脱咬死) 冲蚀xx(喷砂式冲蚀雨滴水滴xx 泥浆xx 气蚀影响因素：冲蚀粒子攻角速度冲蚀时间环境温度靶材) 微动xx腐蚀xx 疲劳xx 失效分析思路1”撒网”式失效分析思路2最多最常用的是按失效类型的分析思路3逻辑推理思路是失效分析的基本思路4FTA系统工程学失效分析
失效分析的程序：接受任务明确目的要求调查现场及收集背景资料（现场失效信息的收集，保留，记录；调查，访问和背景资料的收集）失效件的观察，检测和试验确定失效原因并提出改进措施失效分期的集中基本技能：断口分析（首选；分析依据颜色与光泽花纹粗糙度与最大正应力的交角冶金缺陷）裂纹分析（目的是确定裂纹的位置及产生原因，产生裂纹部位的分析：1构件结构形状引起的裂纹2材料缺陷xxxxx3受力情况xxxxx ；四种裂纹的判别方法：T形法分枝法变形法氧化法；走向：应力原则[材质均匀]强度原则[材料明显不均匀]）痕迹分析模拟试验
锅炉过热管蠕胀开裂（1）水垢是引起管壁超温的主要原因（2）爆裂处焊接成型工艺设计不合理，有残余应力，垢层和氧化膜生成使管壁变薄，此处在正常运行时应力较大（3）管壁金属长期过热运行，导致内部金属组织珠光体严重球化，高温蠕变加速，钢材在高温下强度下降，最终导致管子在强度薄弱处有缺陷，致使钢管扩管处鼓胀、爆管。

钎杆的疲劳断裂（1）奥氏体和块状复合结构都是阻止裂纹扩展的因素，根据此观点，提高奥氏体和块状复合结构的体积百分数都将有助于提高钎杆寿命，两者是相互矛盾的，控制钎杆块状复合结构在20%~30%其寿命最长（2）为提高钎杆寿命，减少夹杂物，纯化钢材，有很好的效果。

电动凿岩机机芯齿轮脆性断裂（1）各齿轮的断裂属一次性脆断失效，其主要原因是渗碳淬火加热温度过高，回火不足，造成过热组织，内部出现淬火裂纹，大大增加了齿轮脆性。

（2）其次是选材不当950型轧钢机主传动轴断裂（1）传动轴在弯曲循环力作用时，轴的表面在最大弯曲力或局部材料缺陷的地方始终受一个切向拉应力作用而引起疲劳断裂（2）轴向拉应力作用而引起的多源疲劳，但疲劳区所占面积少，从颜色看这些多源疲劳是在断裂前形成的，新断口主要为静断区。

（3）主要原因是由于对其表面多次反复堆焊，产生焊接缺陷和表面应力集中，从而导致轧钢机主传动轴发生疲劳-脆性断裂冷轧锟热处理失效冷轧锟的断裂失效属淬火开裂，主要是淬火喷冰水速度较快，内外温差引起的热应力很大，喷冰术的时间过长，未能及时回火。

其次是沿晶分布的硫化物过多，增加了钢的脆断倾向性。

的失效分析后，改进工艺，收到较好效果。

味精结晶馆顶盖挡罩小圆环穿结晶型应力腐蚀开裂原因;焊接结构拘束及焊后没热处理有较高的残余应力水平措施：（1）选择具有良好抗应力腐蚀材料（2)改进小圆环与挡罩连接结构避免积液尽量避免或减少残余应力（3）严格按照操作规程进行使用不锈钢混合机爆炸原因（1）爆炸的能量主要来源于机内物料释放的燃烧热及分解热具有很高的能量密度（2）物料混合完毕出料期间设备积累大量的静电荷（3）物料的瞬间燃烧导致爆炸措施（1）易燃易爆物料的生产应采用自控式全封闭操作生产车间应采用方爆破设计（2）混合机容器应有泄压装置（3）工作间内应控制温度和适当的湿度（4）混合机应有良好的静电导流装置（5）加强安全教育严格工艺操作规范和管理制度。