【精品】失效分析-教案

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1、失效分析FailureAnalysisofMaterials课程编号：0202E10S《金属构件失效分析》廖景娱.化工出版社.2003总学时：28学时理论学时：26学时实验学时：2学时学分：1.5学分教师：曹国剑1概述4L1金属构件的失效及失效分析41.2失效分析的意义51.2.1促进科学技术的发展51.2.2提高装备及构件的质量61.2.3具有高经济效益和社会效益61.3金属构件的失效形式及失效分析61.3.1金属构件的失效形式61.3.2引起失效的原因71.4失效分析与其他学科的关系81.5失效分析主要任务和应具

2、备的基本素质82失效分析基础知识92.1金属构件中可能引起失效的常见缺陷92.1.1铸态金属组织缺陷92.1.2金属锻造及轧制件缺陷122.1.3夹杂物及其对钢材性能的影响142.1.4金属焊接组织缺陷152.1.5钢铁热处理产生的组织缺陷182.2力学计算基本概念192.2.1传统强度理论及其适用范围202.2.2断裂力学基木概念212.3环境作用机理222.3」化学反应222.3.2电化学反应243金属构件常见的失效形式及其判据253.1变形失效253.1.1金属构件的弹性变形失效263.1.2金属构件的塑性变形

3、失效273.1.3高温作用下金属构件的变形失效283.2断裂失效293.2.1断裂火效的分类303.2.2韧性断裂313.2.3脆性断裂34323疲劳断裂373.3腐蚀失效433.3.1腐蚀的类型433.2.2均匀腐蚀453.3.3点腐蚀及缝隙腐蚀453.3.4晶间腐蚀483.3.5电偶腐蚀503.3.6氢腐蚀523.3.7应力腐蚀开裂533.3.8腐蚀疲劳563.4磨损失效573.4.1磨损的类型573.4.2磨料磨损57343粘着磨损583.4.4冲蚀解损593.4.5微动熾损593.4.6腐蚀辭损593.4.7

4、疲劳磨损593.4.8捉高耐磨性的途径604.失效分析的思路、程序和基本技能604.1失效分析的思路和逻辑方法604.1.1失效分析思路的重要性604.1.2构件失效过程及其原因和特点604.2失效分析的程序614.2.1接受任务明确目的要求614.2.2调查现场及收集背景资料614.2.3失效件的观察、检测和试验614.2.4确定失效原因并提出改进措施624.3失效件的保护、取样及试样清洗、保存624.3.1失效件的保护624.3.2失效件的取样624.3.3试样的清洗634.3.4试样的保存634.4常规测试技术

5、634.4.1测试技术选用原则634.4.2化学成分分析634.4.3力学性能测试644.4.4金相检验644.4.5无损检验641概述1.1金属构件的失效及失效分析由金属零部件构成各种各样的金属装备，这些金属零部件称为金属构件。任何金属装备及其构件都是为了完成某种规定功能而设计制造。金属装备及构件在使用的过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等原因的作用，失去其功能的现象时有发生。这种丧失其规定功能的现象称为失效。金属装备及其构件除了早期适应性运行及晚期耗损达到设计寿命有预料的正常失效外，在运行期间，金属

6、装备及其构件在何时、以何种方式发生失效是随机事件，还暂时无法完全预料。金属装备及其构件失效存在着各种不同的情况。装备整体失效的情况较少，往往是某个构件失效而导致装备整体失效。例如：压力容器在运行中突然产生壳体开裂引起介质外泄或爆破，涡轮机在运行中突然发生叶片断裂而停止运转或使整机遭到破坏，这种完全失去原有功能的现象毫无疑问是失效；但有些金属装备性能恶化，不能完成指定任务，如换热器流道变形、污垢堵塞使传热系数下降，压缩机气缸内壁腐蚀使排除气体压力下降，这时虽然换热器和压缩机尚未完全不能使用，也可以认为已经失效；有些装备

7、整体功能并无任何变化，但其中某个构件部分或全部失去功能，此时虽然在一般情况下装备还能正常工作，但在某些特出情况下就可能导致重大事故，这种失去安全工作能力的情况也属于失效，如锅炉和压力容器的安全阀失灵、火车或汽车的刹车失灵。金属装备及其构件的失效是经常发生的，某些突如其来的断裂失效还往往带来灾难性的破坏，给生命财产造成巨大的损失，这在国内外工业发展史上是屡见不鲜的。例如：据美国1982年统计，因机械零件断裂、腐蚀和磨损失效，每年造成的经济损失达3400亿美元，其中断裂失效造成的损失约为1190亿美元。1980年3月27

8、日，北海的石油钻探船，由于连接五条立柱的水平横梁发生腐蚀疲劳断裂而完全倾覆，损失达几百万美元。1944年10月20日，美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气贮藏基地，一台直径21.3m,高12.8m的圆筒形储罐由于在三分之一的高度处壳体破裂喷出气体和液体，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，经