工程材料的失效类型及分析

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1、高等材料力学性能（论文）第15页工程材料的失效类型及分析姓名：于泽通学号：12091043专业：材料学材料学院2012年6月高等材料力学性能（论文）第15页目录一、失效分析概论及发展历史11.1失效分析概论11.2失效分析发展历史1二、失效分析的分类3三、失效分析的分析思路和基本方法33.1失效分析主要思路33.2失效分析的基本方法53.3分析及实验6四、失效分析案例74.1疲劳宏观分析74.2疲劳微观分析94.3某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析10五、总结和展望14参考文献15高等材料力学性能（论文）第

2、15页摘要：介绍了失效分析的主要类型，阐述失效分析的主要分析思路和分析方法，然后通过选定失效分析中很重要的疲劳断裂失效这一块来进行分析，最后列举模型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析这一实例来具体说明失效分析的步骤和方法。关键词：失效分析疲劳一、失效分析概论及发展历史1.1失效分析概论失效指的是设备或装置不能在规定时间内履行其预定的功能，机械产品的零件或部件处于下列三种状态之一时，就可定义为失效:1.零件由于断裂、腐蚀、变形等而完全丧失其功能2.零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完

3、成规定功能3.零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性而失效分析通常是指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。就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。1.2失效分析发展历史高等材料力学性能（论文）第15页机械零部件实效会造成灾难或重大的经济损失，因此失效分析的意义重大。失效分析的发展历史可以分为三个阶段：失效分析初级阶段、近代失效分析阶段和现代失效分析阶段。一般来讲，把第一次世界工业革命前划分为失效分析的初级阶段，这个时期是简单的手工生产时期

4、，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。失效分析真正受到重视是以蒸汽动力和大机器生产为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。早在十九世纪中叶，随着铁路工程的迅速发展，火车轮轴在运行中，在其轴颈圆角根部处发生突然断裂，而在断裂之前轮轴没有显示出任何的宏观可见的塑性变形。从断裂轴上取样作静强度检验，结果表明轮轴材料完全符合设计规定的要求。从此，人们开始对

5、这种新的失效形式进行分析研究。锅炉爆炸，桥梁倒塌，车轴断裂，船舶断裂等事故频繁发生，促使失效分析技术的发展。此为失效分析第二阶段，此阶段一直延至20世纪50年代末。20世纪50年代以后，随着电子行业的兴起，微观观测仪器的出现，特别是放大倍率大，景深长的透射及扫描电子显微镜的问世，是失效分析扩大了视野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，红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台阶。现处在第三阶段的历史发展时期，这是现代失效分析阶段。而且现在失效分析在

6、工业国家特别是工业发达的国家受到的重视越来越高，对于材料失效问题的判断和解决能力，已经代表了一个国家的科学技术发展水平和管理水平[1]。高等材料力学性能（论文）第15页一、失效分析的分类机械零部件的实效类型可以按功能进行分类也可以按实效机理来进行分类，一般来讲机械零部件的功能千差万别，一般不按功能进行分类，此处我们按照工程材料的损伤机理来进行分类。任何机械失效最终都可追溯到某一构件或某一零件引起的，尽管功能各异，但是在绝大多数的情况下，失效都是由材料的损伤和变质引起的，根据机械失效过程中材料发生的物理、

7、化学的本质机理不同和过程特征的差别，主要可分类如下[2]：Ø变形:可分为弹性、塑性、粘弹性变形Ø断裂;韧性断裂、解理断裂、准解理断裂、疲劳断裂、沿晶断裂。其中，疲劳断裂又可以分为:机械疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳。Ø磨损:磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、变形磨损等Ø热损伤;熔化、过烧、过热、蒸发、热冲击、迁移(漂移、扩散、偏析)Ø腐蚀:化学腐蚀、非金属的老化、电化学腐蚀。电化学腐蚀又可以分为:点蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、选择性腐蚀、缝隙腐蚀、气氛腐蚀、应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳。三、失效分析的分

8、析思路和基本方法3.1失效分析主要思路高等材料力学性能（论文）第15页取样是失效分析的关键步骤，由于在大多数情况下只能取一次样，完成一次观察和测量，如果在整个程序上有一步发生错误，将导致整个分析的失败。因此在进行分析之前就要有一个好的思路。实际失效分析中经常会用到以下三种分析思路：1、仔细分析原因，逐个排除失效发生有偶然性也有必然性，当发生失效时，我们要从从人、机、法、料、环这五个因素中去例举可能的原因，并逐个排除，找出致使构件失效的真正原