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1、第三章 失效理论概述,Contents,Click to add Title,1,Click to add Title,2,Click to add Title,3,Click to add Title,4,第一节 概念,一、失效的定义：机械零件在使用过程中，由于设计、材料、工艺及装配等各方面原因，使其丧失规定的功能，无法继续工作的现象称失效。一般机械设备中，80%失效来源于磨损。,二、分类1、按失效原因分:误用失效、本质失效、独立失效、从属失效。2、按工作时间：早期失效、偶然失效、耗损失效。3、按发生速度分：突变失效、退化失效、间隙时效。4、按失效程度分：完全失效、部分失效、5、按危害程度分
2、：致命失效、严重实效、一般失效、轻度失效。6、不可预测失效，可预测失效。,三、诱发因素：应力 环境 时间,四、形式：变形、断裂、损伤（磨损和腐蚀、气蚀）及其它（松动、打滑、老化、泄漏、烧伤）等形式，见表3-1所示。,第二节 变 形 一、变形的概念 机械设备在工作过程中，由于受力的作用而使零件的尺寸或形状发生改变的现象称变形。分类：变形分弹性变形和塑性变形两种。,弹性变形是指外力去除后能完全恢复的那一部分变形。弹性变形特点：1)具有可塑性，当外力去除后变形完全消失；2)弹性变形量很小，一般不超过材料原来长度的0.11.0%；3)在弹性变形范围内，应力和应变成线性关系，符合虎克定律。,1弹性变形,
3、弹性后效：许多金属材料在低于弹性极限应力作用下，会产生应变并逐渐恢复，但总是落后于应力，这种现象称弹性滞后或弹性后效。因素：取决于金属材料的性质、应力大小和状态、以及温度等经过校直的轴类零件过了一段时间后又会发生弯曲，就是弹性后效的表现，进行回火处理。,2塑性变形塑性变形是指外力去除后不能恢复的那部分永久变形。特点是：引起材料的组织结构和性能发生变化。表现出各向异性，金属产生加工硬化现象。多晶体在塑性变形时，各晶粒及同一晶粒内部的变形是不均匀的，当外力去除后各晶粒的弹性恢复也不一样，因而产生内应力。金属的耐腐蚀性下降。,二、变形的危害 变形将使其它零件加速磨损，甚至断裂，还有可能导致整台机械设
4、备被破坏，极大地降低使用寿命，所以变形的危害是十分严重的。三、变形的原因主要原因是零件的应力超过材料的屈服强度所致。1外载荷当外载荷产生的应力超过材料的屈服强度时，则零件将产生过应力，永久变形。如经常满载或超载工作、频繁制动、停车和起动，有振动和冲击，结构布置不合理等情况下很容易出现。,2温度1)温度升高金属材料的原子热振动增大，临界切变抗力下降容易产生滑移变形，使材料屈服强度降低。长期在400以上使用的铸铁，反复加热与冷却会使体积膨胀而发生变形，温度愈高，变形愈厉害。这是由于珠光体中的Fe3C在高温下分解为铁素体和石墨，引起体积增大的结果；同时各处体积膨胀不均匀还会产生内应力。2)当温度超过
5、一定程度时在一定温度和应力作用下，随着时间的增加，金属材料将缓慢地发生塑性变形，这种现象称蠕变，叫高温蠕变。例如碳钢的温度高于300350时就会产生蠕变。当温度更高时；产生蠕变的应力则相应变小。3)如果零件受热不均各处温差较大，会产生较大的热应力和内应力而引起零件变形.,3内应力尤其是铸造毛坯，形状复杂、尺寸较大、厚薄不均，在浇铸后冷却过程中，形成拉伸、压缩等不同的应力状态。内应力影响零件的静强度和尺寸的稳定性，不仅使其弹性极限降低，还会产生减小内应力的塑性变形，严重时将引起断裂。毛坯的内应力是不稳定的，通常在1220个月的时间内逐步消失。但随着应力的重新分布，零件将产生变形。虽然对毛坯安排了
6、消除内应力的工序，即时效处理，但内应力不一定消除得那么彻底，将有部分残存下来。在残余应力的长期作用下，使弹性极限降低，产生减少内应力的塑性变形，这种现象称内应力松弛。尤其是箱体类零件和大的基础件，厚薄过渡很多，为残余应力的产生创造了条件，所以内应力松弛引起的变形问题也突出。,4结晶缺陷 产生变形的内在原因是材料内部缺陷、如位错、空位等，特别是位错其移动和扩散，构成影响变形的主要内在因素。零件变形的原因是多方面的，往往是几种原因共同作用的结果。较小的应力也能产生变形，这种变形不是一次产生的，实际上是多次变形累计的结果。,四、减少变形的措施 1设计：2加工：3修理：4使用：1设计：内应力和变形设计
7、时不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度和制造、装配、使用、拆卸、修理等问题。正确选用材料、注意工艺性能，如铸造的流动性、收缩性；锻造的可锻性；焊接的冷裂、热裂倾向；机加工的可切削性；热处理的淬透性、冷脆性等。要合理布置零部件，选择适当的结构尺寸，如避免尖角、棱角改为圆角、倒角；厚薄悬殊的部分可开工艺孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔改为通孔等。形状复杂的零件在可能条件下，采用组合结构、镶拼结构，改善受力状况。在设计中注意应用新技术、新工艺和新材料，减少制造时的内应力和变形。,2加工 在加工中要采取工艺措施来防止和减少变形。对毛坯要进行时效处理，以消除其残余内应力。可以将生产出来的毛
8、坯在露天存放12年，利用内应力在1 22 0月逐渐消失的特点进行自然时效，效果最佳，但周期太长；也可使毛坯受到高温退火、保温缓冷而消除内应力即进行人工时效；还可利用振动的作用来消除内应力。复杂零件和精密零件在粗加工后仍要进行人工时效，高精度零件在精加工过程中继续要安排人工时效。,3修理 在修理中，不仅要满足恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等还要检查和修复主要零件的形状及位置误差；制定出与变形有关的标准和修理规范，设计简单可靠、好用的专用量具和工夹具；大力推广“三新”技术，特别是新的修复工艺，如刷镀、粘接等，用来代替传统的焊接，尽量减少零件在修理中产生的应力和变形。,4使用 加强生产技术管理，
9、制定并严格执行操作规程，不超负荷运行，避免局部超载或过热，加强机械设备的检查和维护。,第三节 断 裂,断裂定义：是物体在机械力、热、磁、声响、腐蚀等单独作用或联合作用下，使其本身连续遭到破坏，从而发生局部开裂或分成几部分的现象。断裂形式：（1）疲劳断裂：机械零件在循环应力作用下会发生疲劳断裂。（2）蠕变断裂：在高温持久应力作用下出现蠕变断裂。（3）腐蚀疲劳：在腐蚀环境下产生应力腐蚀或腐蚀疲劳。断裂失效的几率比变形小，但是断裂会造成重大事故，产生严重的后果，具有更大的危险性。,一、分类 1按零件断裂后的自然表面即断口的宏观形态特征分类。(1)韧性断裂 零件在外力作用下，若应力超过强度极限时发生韧
10、性变形，而后造成断裂，称韧性断裂。它的断口其宏观形态是呈杯锥状，或鹅毛绒状，颜色发暗，边缘有剪切唇，断口附近有明显的塑性变形。,(2)脆性断裂 它一般发生在应力达到屈服强度前，没有或只有少量的塑性变形，多为沿晶界扩展而突然发生，又称晶界断裂。它的断口呈结晶状，常有人字纹或放射花样，平滑而光亮，且与正应力垂直，称解理面，因此这种断裂也称解理断裂。它多见于体心立方、密排六方的金属及其台金。低温、应力集中、冲击、晶粒粗大和脆性材料均有利于发生解理断裂。,2按断口的微观形态特征分类(1)穿晶断裂 这是指裂纹穿过晶粒内部的断裂，它可以是延性的，也可以是脆性断裂。(2)晶间断裂 这种断裂的裂纹是沿着晶界扩
11、展，多数属于脆性断裂。,3按载荷性质分类(1)一次加载断裂 零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲、静剪切或一次冲击能量作用下的断裂称一次加载断裂。(2)疲劳断裂 经历反复多次的应力作用或能量负荷循环后才发生断裂的现象叫作疲劳断裂。疲劳断裂占整个断裂的8090，它的类型很多，包括拉压疲劳、弯曲疲劳、接触疲劳，扭转疲劳、振动疲劳等。疲劳又根据循环次数的多少分高周和低周疲劳。,二、疲劳断裂 疲劳断裂的特点是断裂时应力低于材料的抗拉强度或屈服强度。不论是脆性材料还是塑性材料，疲劳断裂在宏观上均表现为脆性断裂。1疲劳裂纹的产生 材料的表面或内部缺陷起着尖缺口的作用，金属材料的第二相质点、非金属夹杂物
12、与基体引起疲劳断裂的产生。措施：（1）降低交变载荷、（2）减少零件表面加工缺陷和应力集中部位（3）控制夹杂物等级、（4）细化品粒、强化金属表面,3疲劳断口形貌 典型的疲劳断口接断裂过程有三个区域，见图33。(1)疲劳源区(疲劳核心区)这是疲劳裂纹最初形成的地方，用肉眼或低倍放大镜能大致判断其位置。它一般发生在零件的表面，也可在内部发生。(2)疲劳裂纹扩展区(疲劳区)它是疲劳断口最重要的特征区域呈宏观的疲劳弧带和微观的疲劳纹。疲劳弧带以疲劳源为核心，似水波形式向外扩展，形成许多同心圆或同心弧带，其方向与裂纹的扩展方向相垂直。一般情况下，疲劳断面愈光滑，说明零件在断裂前经历的应力循环次数愈多，承受
13、载荷愈小。(3)瞬时断裂区(最终破断区)它是当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时发生快速破断区。瞬时断裂的位置和大小取决于承受的载荷大小，当载荷愈大，则最终破断区越移向断面的中间。,三、断口分析 断口分析是研究金属断面的科学。1.现场调查 2宏观分析 3微观分析 4金相组织、化学成分、力学性能的检验 5其它因素 区别一次加载断裂与疲劳断裂有以下几种方法：1)从零件断裂前的载荷作用情况 2)从断口分析的外观推测 3)从断口附近的变形情况分析,四、减轻断裂危害的措施 1减少局部应力集中 一般零件上只要有任何几何形状的不连续，或者有存在于材料中的不连续时，都可能产生应力集中。几何形状不连续通称为缺口，如肩台圆
14、角、沟槽，油孔、键槽、螺纹、压配合零件的边缘以及加工刀痕等皆是。在它们附近的实际应力要比名义平均应力高得多，这就是应力集中。特别应强调的是，在静载荷下，应力集中所起的作用，还不算十分显著，但在循环载荷或冲击载荷下，其影响是决定性的。所以必须要改善零件的结构形状例如：焊缝通常是疲劳断裂的起源区域，对“T”型焊接接头应取适当的几何形状，焊后打圆角或钻孔，均能减轻应力集中的程度。,2减少残余应力影响各种加工和处理工艺过程，如拉拔、挤压、校直、弯曲、冲压、机加工、磨削以及焊接、热处理等均能引起残余应力。一般残余拉应力是有害的，但残余压应力则是有益的。渗碳、氮化、喷丸和表面滚压加工等工艺过程均可产生残余
15、压应力，它们将抵消一部分由外载荷引起的拉应力，因而减少了发生断裂的可能性。,3控制载荷防止超载载荷对断裂有直接影响。为减轻或防止断裂，还应十分注意零件所受载荷的大小，或估计其超载程度。通过对断口特征的分析，可估算受载情况和超载程度。,4其它 1)在使用时注意早期发现裂纹，定期进行无损探伤和监测；尽量减轻零件的腐蚀损伤；减少机械设备运行时各部分的温差；尽量避免热应力；2)在维修时注意操作对零件断裂的影响，避免因拆装、存放、加工而使零件表面损伤；裂纹和断裂零件可用焊接，粘接、铆接等方法修复；对不重要零件上的裂纹可钻止裂孔，防止或延缓其扩展，可附加强肋；疲劳裂纹发生在紧固件周围，可将紧固孔镀削去除所
16、有裂纹部分，换用较大的紧固件，此方法“去皮处理”。,上节回顾：一、失效理论概述1、定义：2、诱发因素：3、形式：二、变形1、分类：2、原因：3、减少变形的措施：三、断裂1、分类：2、减轻断裂危害的措施,第四节 腐 蚀,一、概念 腐蚀是金属受周围介质的作用而引起损伤的现象。特征：腐蚀损伤总是从金属表面开始，然后或快或慢地往里渗入，并使表面的外形发生变化，出现不规则形状的凹洞、斑点、溃疡等破坏区域。破坏的金属变为氧化物或氢氧化物，形成腐蚀产物并部分地在表面上。铁生锈就是最明显的例子。后果：不仅影响性能，缩短寿命，而且造成严重的跑、冒、滴、漏现象，恶化操作环境，危害职工身体健康。,二、分类1、化学腐
17、蚀是金属与外部电介质作用直接产生化学反应的结果，腐蚀过程中不产生电流。外部电介质多数为非电解质物质。如干燥空气、高温气体、有机液体、汽油、润滑油等。它们和金属接触，进行化学反应，形成表面膜，在不断脱落，又不断生成的过程中，使零件腐蚀。化学腐蚀又可分为如下两类：(1)气体腐蚀 金属在干燥气体中(表面上没有湿气冷凝)发生的腐蚀，称为气体腐蚀。它一般是指在高温时金属的腐蚀，如轧钢时生成厚的氧化皮。内燃机活塞的烧坏等。(2)在非电解质溶液中的腐蚀 这是指金属在不导电的液体中发生的腐蚀，如金属在有机液体(酒精、石油等)中的腐蚀。,2电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属与电解质物质接触时产生的腐蚀。它与化学腐蚀不
18、同之点在于腐蚀过程中有电流产生。按照所接触环境的不同，可分为如下几类：(1)大气腐蚀 腐蚀在潮湿的气体；如在空气中。(2)土壤腐蚀 腐蚀是在土壤中进行，如工程机械、农业机械的工作装置；(3)在电解质溶液中的腐蚀 这是极其广泛的一类腐蚀，天然水及大部分水溶液对金属的腐蚀，以及在海水和酸、碱、盐的水溶液中发生的腐蚀。(4)在熔融盐中的腐蚀 如热处理车间盐浴炉中的电极和所处理的金属发生的腐蚀。以上两种腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多，金属腐蚀造成的损失大多数是电化学腐蚀引起的。,3氧化大多数金属与空气中的氧或氧化剂作用，形成氧化膜。低温下，对基体有保护作用，阻止继续氧化。高温下，氧化将不断进行下去
19、。,三、影响腐蚀的因素1金属的特性金属的抗腐蚀性与它的标准电位、化学活性有关。标准电位愈低，化学活性就愈高，愈容易腐蚀。2金属的成分金属中的杂质愈多，抗腐蚀性愈差。一般钢铁中都有石墨、硫化物、硅化物等杂质，它们的电极电位都比铁高，金属在形成腐蚀电池时成为阳极，不断被腐蚀。,注：金属浸在只含有该金属盐的电解溶液中，达到平衡时所具有的电极电位，叫做该金属的平衡电极电位。当温度为25，金属离子的有效浓度为1mol/L（即活度为1）时测得的平衡电位，叫做标准电极电位。,3零件表面状况零件的外表形状愈复杂，表面粗糙度愈大，抗腐蚀性愈差。这是因为复杂而粗糙的表面极易吸附电解质。通常，变形部分，表面擦伤，凹
20、形，转角，边缘等处比较容易腐蚀。4环境 温度高；湿度大；介质中含有氧、二氧化硫、二氧化碳、氯离子；雨水和杂质多，都会加速腐蚀。,四、减轻腐蚀危害的措施 1正确选材根据环境介质和使用条件，选择合适的耐蚀材料，如含有镍、铬、铝、硅、钛等元素的合金钢；在条件许可的情况下，尽量选用尼龙、塑料、陶瓷等材料。2合理设计在制造机械设备时，虽然应用了较优良的材料，但是如果在结构的设计上，不从金属防护角度，加以全面考虑，常会引起机械应力、以及热应力、流体的停滞和聚集、局部过热等现象，从而加速腐蚀过程。因此合理地设计结构应特别加以注意。,3覆盖保护层 它是在金属表面上覆盖一层不同的材料，改变表面结构，使金属与介质
21、隔离开来，用以防止腐蚀。(1)金属保护层 采用电镀、喷涂、化学镀等方法在金属表面上覆盖一层如镍、铬、锡、锌等金属或合金作为保护层。,(2)非金属保护层1)涂料 将油基漆或树脂基漆，用一定的方法涂覆在物体表面上，经固化形成薄涂层，从而保护机械设备免受高温气体及酸、碱、盐等介质的腐蚀作用。涂料的品种很多。常用的有防腐漆、底漆、生漆、沥青漆、环氧树脂涂料、聚己烯溶料及工业凡士林等。2)玻璃钢 它是采用合成树脂为粘结材料，以玻璃纤维及其制品，如玻璃布、玻璃带、玻璃丝等为增强材料，按各种成形方法制成。它具有良好的耐腐蚀性，比强度(强度与质量之比)高，但耐磨性差，有老化现象。,3)硬软聚氯乙烯 它具有良好
22、的耐腐蚀性和一定的机械强度，加工成形方便焊接性能良好。4)耐酸酚醛塑料。这是以热固性酚醛树脂作粘结剂，以耐酸材料、如玻璃纤维、石棉等作填料的一种热固性塑料。它易于成形和机械加工，但成本较高目前主要用在各种管道或管件中。(3)化学保护层化学或电化学法在金属材料表面覆盖一层化合物的薄膜层，如磷化、发蓝、钝化、氧化、阳极氧化等。(4)表面合金化 如氮化、渗铬、渗铅等,4电化学保护 用一个比零件材料的化学性能更活泼的金属，铆接到零件上，形成一个腐蚀电池，零件作为阴极，不会发生腐蚀。电化学保护又可分为:(1)阴极保护(2)阳极保护,5.添加缓蚀剂在腐蚀性介质中加入少量能减少腐蚀速度的物质，可减轻腐蚀，这
23、种加入物叫缓蚀剂。按化学性质，缓蚀剂可分为无机和有机二种:(1)无机缓蚀剂 常用的有：重铬酸钾，二硝酸钠，亚硫酸钠等。(2)有机缓蚀剂 一般是有机化合物，如胺盐、琼脂、糊精、动物胶、生物碱等。6、改变环境条件如采用通风、除湿、去掉二氧化硫气体等。对常用金属材料来说，把相对湿度控制在临界湿度（50%-70%）以下。可显著减缓大气腐蚀。,第五节 气蚀,1、气蚀现象 当零件与液体接触并产生相对运动，接触处的局部压力低于液体蒸发压力时，形成气泡。溶解的气体也会析出形成气泡。运动到高压区，气泡在被迫溃灭的瞬间产生极大的冲击力和高温，称为水击现象。气泡形成与破灭的反复作用，使零件表面材料产生疲劳而逐渐脱落
24、，呈麻点状，逐渐扩展成泡沫海绵状，这种现象称为气蚀（又称穴蚀）。,2、减轻气蚀的主要措施：1）设计中尽量减少截面突变，加大圆角。2）减小与液体接触表面的振动，以减少水击现象的发生。例如提高刚度、采取吸振措施等。3）选用耐气蚀的材料，如球状或团状石墨的铸铁、不锈钢、尼龙等。4）零件表面涂塑料、陶瓷等防气蚀材料，也可在表面镀铬。5）改进零件结构、减小表面粗糙度，减少液体流动时产生涡流的现象。6）在水中添加乳化油，减小气泡爆破时的冲击力。7）设法降低流体温度，加缓蚀剂等。,第六节 老化,定义：机械设备制造后，在长期的使用或保管、闲置过程中出现精度下降、性能变坏、价值贬低的现象称老化。,一、老化的分类
25、机械设备老化可分为有形老化和无形老化两大类。1.有形老化机械设备及零部件在使用或保管、闲置过程中，因摩擦磨损、变形、冲击、振动、疲劳、断裂、腐蚀等使其实物形态变化、精度降低、性能变坏，这种现象称为有形老化。在运行中造成的实体损坏为第I种有形老化;在保管和闲置中由于残余应力引起的变形、金属锈蚀、木材与皮革腐朽、橡胶与塑料老化变质等自然力形成的实体损坏，称第II种有形老化。,2.无形老化由于科学技术进步，而发生使用价值或再生产价格降低的现象，叫作无形老化，又称经济老化。机械设备的技术结构和经济性能并未改变，但因技术进步、生产工艺改进、劳动生产率提高、增大生产规模，再生产该种机械设备的价格降低，使其
26、贬值的现象为第I种无形老化。它虽使机械设备贬值，但本身的技术性能和使用脚趾并未降低，因此不存在提前更换的问题。,第II种无形老化是指因出现了结构更巧、技术性能更佳、生产效率更高、经济效益更好的新型机械设备，使原机械设备显得技术陈旧、功能落后、经济效益降低，造成贬值的现象。机械设备购后应尽快投入使用，努力提高其利用率，在有限的寿命期间内创造更多的价值，得到更高的效益。,二、老化的数量指标一、有形老化指标1、以磨损为主的指标：用零件实际磨损量与零件的最大允许磨损量之比值表示2、以疲劳为主的指标：它用零件实际工作时间与零件的疲劳寿命之比值表示3、以零件的老化程度来计算整个机械设备的老化程度指标。4、
27、以经济指标计算的老化程度 用修复所有老化零件需要费用，与确定机械设备老化程度时，该机再生产或再购入的价值之比值表示。5、以机械性能降低程度计算的老化程度,二、无形老化指标 无形老化程度常用经济指标衡量，并从生产效率方面加以修正。,三、综合老化程度指标综合考虑机械设备的有形老化和无形老化后，可得到综合老化程度指标，用下式表示,三、老化的规律 1.零件寿命的不平衡性和分散性零件寿命有两个特点，即异名零件寿命的不平衡性和同名零件寿命的分散性。在机械设备中，每个零件的设计、结构和工作条件各不相同，老化的速率相差很大，形成了异名零件寿命的不平衡性。提高了一部分零件的寿命，而其它零件的寿命又相对缩短了，因
28、此异名零件寿命的不平衡是绝对的，平衡只是暂时和相对的。,2.机械设备寿命的地区性和递减性机械设备的寿命受自然条件影响很大，如在恶劣工况条件下工作的工程机械、矿山机械等，其行走部分及减速箱的磨损会加剧;气候和地理条件的影响，如在寒冷或炎热以及沙漠地区工作的机械设备，其腐蚀和磨粒磨损剧增，进一步扩大了寿命的分散性。这种影响在相同地区具有相同的趋势，因此称机械设备寿命的地区性。受各方面条件的限制和制约，机械设备经过维修，其技术状况通常达不到预定的要求，寿命将随维修次数的增加而呈递减的趋势，即所谓递减性。3.机械设备性能和效率的递减性 在机械设备的有形老化中，有些是可以通过维修予以恢复。有些因技术或经
29、济上的原因，在目前条件下还无法彻底恢复；因此，经过维修的机械设备其性能和效率呈递减的趋势，即所谓递减性。,第七节 泄漏,定义：是指密封两侧面有间隙或压力差，使密封容器的物质发生渗出或漏出现象。危害：污染工作介质，加速零件磨损，浪费资源，有的还会造成环境污染，危及人身安全。分类：1、按泄漏部位分（1）接触界面泄漏（2）层内泄漏（3）破坏性泄漏 2、按密封面是否有运动分（1）静泄漏（2）往复性泄漏（3）回转性泄漏,治理：1、封堵 2、疏导 3、均压 4、阻尼 5、抛甩 6、接漏,失效实例,1944年10月20日，美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气储藏基地，一台直径21.3m，高12.8m的圆筒形储罐
30、由于在1/31/2的高度处壳体破裂而喷出气体和液体，随后爆炸起火，20min后，一台内径为17.4m的球罐因受热倒塌而爆炸，由此造成128人死亡，当时经济损失达680万美元。,第八节 失效分析技术简介,失效实例,1984年12月3日凌晨，在印度博帕尔市的美国联合碳化物公司所属的一家化工厂，由于安全装置失灵，系统升压导致储罐管路破裂，泄出大量毒气，造成375人死亡，2000人重伤。该市50万居民中有20万受到毒气的侵害，其中2万人需要住院治疗。有关方面要求美国公司赔偿150亿美元的损失费。,失效实例,1979年9月7日，中国某电化厂氯气车间的液氯钢瓶爆炸，使10 t液氯外溢扩散，波及范围725k
31、m2，致使59人死亡，779人中毒，当时统计的直接经济损失达63万元。前不久中俄边界化工厂失火，熄灭火的冷却介质流到工厂旁边的江水中造成环境污染最终导致饮水困难,美国墨西哥湾的英国抽油井,发生在美国墨西哥湾的英国抽油井水原油泄漏，其原因就是在发生抽油井爆炸时，井下的阀门无法关闭。结果造成大量原油泄漏，经济损失高达几百亿美元的损失和企业股票的严重下滑。还有我国大连原油码头储存油罐爆炸问题。也存在阀门无法打开问题。,美国大型船舶断裂,綦江彩虹桥垮塌-脆性断裂,坍塌的彩虹桥,轴承套圈断裂失效,Diagram of fatigue fracture face,金属装备及其构件失效带来人员伤亡和直接巨大
32、的经济损失。同时失效也会造成惊人的间接经济损失。所谓间接的经济损失，主要包括由于失效迫使企业停产或减产所造成的损失；引起其他企业停产或减产的损失；影响企业的信誉和市场竞争力所造成的损失等。由于设备失效引起企业及与其相关的其他企业停产而造成的损失，往往难于精确计算，实际的损失可能比估算的数字还要大。,失效分析定义和目的,对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。通过对失效件的分析，明确失效类型、找出失效原因，采取改进和预防措施，防止类似的失效在设计寿命范围内再发生，对装备及其构件在以后的设计、选材、加工及使用
33、都有指导意义。这就是失效分析的目的。,失效分析的分类失效分析的分类一般按分析的目的不同可分为:(1)狭义的失效分析 主要目的在于找出引起产品失效的直接原因。(2)广义的失效分析 不仅要找出引起产品失效的直接原因,而且要找出技术管理方面的薄弱环节。(3)新品研制阶段的失效分析 对失效的研制品进行失效分析。,(4)产品试用阶段的失效分析 对失效的试用品进行失效分析。(5)定型产品使用阶段的失效分析 对失效的定型产品进行失效分析。(6)修理品使用阶段的失效分析 对失效的修理品进行失效分析。,失效分析的意义,(1)失效分析可减少和预防产品或装备同类失效现象重复发生,从而减少经济损失或提高产品质量。(2
34、)失效是产品质量控制网发生偏差的反映,失效分析是可靠性工程的重要基础技术工作,是产品全面质量管理中的重要组成部分和关键技术环节。,(3)失效分析可为技术开发、技术改造、科学技术进步提供信息、方向、途径和方法。(4)失效分析可为裁决事故责任、侦破犯罪案例、开展技术保险业务、修改和制订产品质量标准等提供可靠的科学技术依据。(5)失效分析可为各级领导进行宏观经济和技术决策提供重要的科学的信息来源。,另外历史上：,促进科学技术发展 例如，19世纪中期，铁路运输的出现给工作和生活带来了方便，但不久后频繁出现车轴的断裂，当时都无法解释。通过对大量断轴失效分析和试验研究工作，找到了原因：金属构件在交变应力的
35、作用下，即使该应力远远低于金属材料的拉伸强度，经过一定的循环积累，也会发生断裂，这就是“疲劳”。此后经物理学家、冶金学家、机械工程师反复、深入、系统的研究，使疲劳断裂成为金属材料强度学中的一个重要领域。,如，第二次世界大战期间，美国2500艘全焊接结构“自由轮”发生了一千多次破坏事故，其中238艘完全报废，19艘沉没。据统计，有24艘船舶甲板完全断裂。事故大多发生在美国-冰岛-英国这条北大西洋航线上，这里气温多在零度以下。原因是碳钢和低合金钢有一个脆性转变温度，尽管这些钢材在常温下有良好的韧性，但在低于室温的某一温度就会变脆(对缺口极为敏感)。使钢材变脆的温度称为脆性转变温度。,日本的机械产品
36、一度曾以质量的低劣闻名于世，但是目前日本产品的质量在世界范围内已占有明显的优势。这与他们重视质量、重视失效分析是分不开的。例如，马路上行驶的丰田皇冠、顶级凌志，堪称“精致豪华”，这是日本在30多年前就着手系统地分析世界各国汽车构件失效情况，着重研究失效原因及改进措施的结果。（最近日本丰田汽车因为质量问题被召回的不少。）,失效分析与其他学科的关系,失效分析已从一门综合技术发展成为一门新兴的综合性的学科。它研究失效的形式、机理、原因，并提出预测和预防失效的措施，称为失效学。因此，它是涉及广泛学科领域和技术范畴的学科。失效分析与其他学科的关系如图所示。图中箭头符号表明它们之间的关系，单箭头表示只为失
37、效分析提供信息和依据，而双箭头则表示互相提供信息和依据。,2.失效分析，需要深厚的力学、材料学、化学、数学、断口学、裂纹学、痕迹学及机械装备设计、制造、使用、检测、管理等方面的知识，许多学科可为失效分析服务。而通过失效分析，其结果又可为其他学科提供新的反馈资料来促进其发展。,失效分析与应用学科结合 它与机械设计学、工程力学、断裂力学等相结合成为失效机械设计学；它与物理冶金学、力学冶金学、材料工艺学等相结合成为失效材料学；它与机械制造工艺学、机械维修知识等相结合成为失效机械制造学；,失效分析的历史发展与国内外失效分析的状况,失效分析的历史发展的三阶段（1）失效分析的初级阶段 第一次世界工业革命前
38、是失效分析的初级阶段，这个时期是简单的手工生产时期，金属制品规模小且数量少，其失效不会引起重视，失效分析基本上处于现象描述和经验阶段。,失效分析的历史发展的三阶段（2）近代失效分析阶段 以蒸汽动力和大机器生产为代表的世界工业革命开始，生产大发展，金属制品向大型、复杂、多功能开拓，但当时人们尚未掌握材料在各种环境中使用的性态、设计、制造及使用中可能出现的失效现象。锅炉爆炸、桥梁倒塌、车轴断裂、船舶断裂等事故频繁出现，给人类带来了前所未有的灾难。,失效分析的历史发展的三阶段（3）现代失效分析阶段 随着电子行业的兴起，微观观测仪器的出现，特别是分辨率高、放大倍率大、景深长的透射及扫描电子显微镜的问世，使失效分析扩大了视野，洞穿失效的微观机制，随后大量现代物理测试技术的应用，如电子探针X射线显微分析、X射线及紫外线光电子能谱分析、俄歇电子能谱分析等，从而促使失效分析登上了新的台阶。失效分析现处在第三阶段的历史发展时期，这是现代失效分析阶段。,Thank You!,
