失效及失效分析的概念.ppt

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1、失效及失效分析的概念1现在学习的是第1页，共82页第一章第一章 失效及失效分析的概念失效及失效分析的概念 2现在学习的是第2页，共82页本章内容摘要本章内容摘要n失效及失效分析的定义；n失效分析的意义和重要性；n机械产品失效的分类；n失效分析的工作内容；n失效分析与其他学科、技术间的关系。3现在学习的是第3页，共82页前前 言言n失效失效（Failure）与失效分析失效分析（Failure Analgsis）：）：是一门涉及面广、实用性强的实用基础技术。n随着科学技术日益进步，工程失效事件不断发生，失效分析技术也不断发展，使用的手段也不断完善，人们对失效的认识也越来越丰富、充实，工程界工程界已

2、将它列为一门学科即机械机械失效学（失效学）失效学（失效学）。n机械失效学：机械失效学：研究机械产品（装备）的失效理论失效理论、失效诊断失效诊断技术技术和失效预测预防方法及其应用失效预测预防方法及其应用一门学科。4现在学习的是第4页，共82页n失效学：失效学：是一门边缘交叉的、综合的新兴学科，它与多种学科、技术相关，与基础学科相结合，形成不少边缘学科。n如：失效学失效学 物理学物理学 失效物理学失效物理学；n 失效学失效学 力力 学学 失效力学失效力学(损伤力学）损伤力学）；n 失效学失效学 数数 学学 可靠性数学可靠性数学 等。n失效分析：失效分析：是一门跨学科的综合性技术，它涉及的知识广泛，

3、与许多应用学科和技术密切联系；n它是以机械产品为对象，故也称为：机械产品的失效分析。机械产品的失效分析。5现在学习的是第5页，共82页n机械产品机械产品（机械零件、设备、装置）的失效分析，在工业生产和工程建设中具有重要的实用价值。n机械产品由于在材料选用材料选用、设计设计、制造制造、使用使用、维修维修及人为人为操作操作等原因常发生失效，轻则须更换零件、重则导致严重事故，造成人员伤亡和经济上重大损失。历史上曾有如：列车因车轴、车轮的断裂而出轨或倾覆；列车因车轴、车轮的断裂而出轨或倾覆；大型轮船因船体断裂而沉没；大型轮船因船体断裂而沉没；大型压力容器、锅炉的爆炸；大型压力容器、锅炉的爆炸；大型电站

4、转子的飞裂；桥梁的断裂；大型电站转子的飞裂；桥梁的断裂；飞机因发动机、机翼等零件的失效而坠毁；飞机因发动机、机翼等零件的失效而坠毁；海洋石油钻井平台因立柱断裂而覆没。海洋石油钻井平台因立柱断裂而覆没。6现在学习的是第6页，共82页n特别是：特别是：大量通用的、关键的、基础零、部件通用的、关键的、基础零、部件地大量早期失效，严重影响了机械产品的质量和寿命，因此需要有更多的人从事失效分析工作，重视和搞好产品的失效分析，这对提高机械产品的质量，将起深远的影响。n本选修课目的：本选修课目的：普及失效分析的基础知识，提高材料技术人员的失效分析水平。通过学习 1.了解失效分析的基本概念；2.掌握失效分析的

5、思路与方法；3.熟悉典型机械产品失效的规律与特点；为今后顺利地进行失效分析工作失效分析工作打下一定的基础。7现在学习的是第7页，共82页1-1 失效及失效分析的定义失效及失效分析的定义意义和重要性意义和重要性8现在学习的是第8页，共82页一、失效及失效分析的定义一、失效及失效分析的定义 1.失效（失效（Failure)n机械零件、设备、装备或系统统称为机械产品机械产品。n任何机械产品都为完成某种规定的功能规定的功能而设计的，也即各种各种机械产品都具有一定的功能机械产品都具有一定的功能。如：轴类、弹簧等零件轴类、弹簧等零件传递力、能量或承受载荷等；发电机发电机使热能或其他形式的能量转变为电能；汽

6、车汽车主要需安全、高速、低油耗、少污染、舒适等。9现在学习的是第9页，共82页一、失效及失效分析的定义一、失效及失效分析的定义n机械产品在服役中，因应力、时间、温度、介质和操作失误等因素的作用，常有失去其原有功能的现象。n机械产品丧失其规定的功能的现象机械产品丧失其规定的功能的现象称为失效失效。n“失效失效”是一个技术名词，曾被称“事故事故”、“故障故障”等。1980年12月，由中国机械工程学会机械产品失效分析委员会中国机械工程学会机械产品失效分析委员会会议会议上正式统称为“失效失效”。10现在学习的是第10页，共82页失效的三种形式失效的三种形式n国外资料失效的定义：即失效有以下三种情况。1

7、.完全不能工作完全不能工作（完全丧失功能）完全丧失功能）如：发动机中曲轴、连杆的断裂；涡轮机叶片突然断裂；曲轴、连杆的断裂；涡轮机叶片突然断裂；压力容器壳体开裂压力容器壳体开裂等；2.虽仍能工作，但不能完全规定的功能（功能衰退）虽仍能工作，但不能完全规定的功能（功能衰退）如：发动机气缸套、活塞环严重磨损，间隙增大，发动机发动机气缸套、活塞环严重磨损，间隙增大，发动机功能降低。功能降低。3.能工作和完成规定功能，但不能确保安全，应更换维修。能工作和完成规定功能，但不能确保安全，应更换维修。如：经长期高温运行的压力容器及其管道，内部组织发生经长期高温运行的压力容器及其管道，内部组织发生变化，继续使

8、用存在开裂危险；变化，继续使用存在开裂危险；等。11现在学习的是第11页，共82页“失效失效”与与“故障故障”n“失效失效”与与“故障故障”：二个名词概念不同、但又紧密相关。n“系统故障状态系统故障状态”：因个别或少数几个零部件失效，导致机器、装备或系统无法正常工作，失去应有的功能，此系统就处于故障状态故障状态。n系统故障状态：系统故障状态：指局部的、可修复的、暂时的失效。指局部的、可修复的、暂时的失效。若经更换或修复已失效零、部件，系统就能恢复正常恢复正常；若失效零、部件过多或损伤过重而不能修复或不宜修复，则该系统完全失效报废完全失效报废。12现在学习的是第12页，共82页“失效失效”与与“

9、事故事故”n“失效失效”与与“事故事故”：因个别零件失效而引发系统中其他零、部件或子系统发生快速破坏，以致系统发生损失严重的整体失效，即“事故事故”。n“事故事故”强调的是后果，即造成的损失和危害；n“失效失效”强调的是机械产品本身的功能状态。n“失效失效”和和“事故事故”：n两者有一定因果关系，但并无必然的联系。n“事故事故”：可由“失效失效”引起的，也可其他原因其他原因造成的。13现在学习的是第13页，共82页“失效失效”与与“废品废品”n“失效失效”与与“废品废品”：两名词含义不同含义不同。n“废品废品”：指不符合技术规范、标准或图纸要求、而又不宜返修的产品或零件。n“废品废品”：不具基

10、本功能、尚未投入使用的零件或产品，故就不存在丧失功能的问题。n但漏检的废品漏检的废品，可能在使用中产生失效。，可能在使用中产生失效。14现在学习的是第14页，共82页n失效的随机性：失效的随机性：n早期适应性运行早期适应性运行及晚期耗损晚期耗损达到寿命而失效，属可预料正常可预料正常失效。失效。在运行期间，在何时、以何方式发生失效是随机事件，还暂时无法预料。n断裂失效断裂失效与非断裂失效：非断裂失效：n机械零、部件产生断裂是失效断裂失效断裂失效；而因磨损磨损、变变形形或腐蚀使零部件尺寸变化腐蚀使零部件尺寸变化等也称失效非断裂失效非断裂失效。n断裂失效的灾难性：断裂失效的灾难性：n机械产品的失效是

11、经常发生的，突如其来的断裂失效带来灾难性破坏，给生命和财产造成巨大损失。这在国内外工业发展史上是屡见不鲜的。15现在学习的是第15页，共82页重大失效案例重大失效案例n1944年年10月月20日，日，美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气储储藏基地，一台直径直径21.3m，高高12.8m的圆筒形储气罐储气罐，由于在1/3 1/2的高度处壳体破裂而喷出气体和液体，随后爆炸起火，20min后，另一台内径为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。n1979年年9月月7日，日，中国某化工厂氯气车间的液氯钢瓶爆炸液氯钢瓶爆炸，使10t液氯外溢扩散，波及范围7.25K

12、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。16现在学习的是第16页，共82页重大失效案例重大失效案例n1984年年12月月3日凌晨，日凌晨，在印度博帕尔市的美国联合碳化物公司印度博帕尔市的美国联合碳化物公司所属一家化工厂，因安全装置失灵，系统升压导致储罐管路储罐管路破裂，泄出大量毒气，破裂，泄出大量毒气，造成2500人死亡。n该市50万居民中有20万受到毒气侵害，其中2万人需住院治疗。后来美国公司赔偿150亿美元的损失费。n1980年年3月月27日，日，北海的石油钻探船北海的石油钻探船Alexander Kiellang号，号，由于连连接五条立柱的水平横梁发生腐蚀疲

13、劳断裂接五条立柱的水平横梁发生腐蚀疲劳断裂而完全倾覆，损失达几千万美元。17现在学习的是第17页，共82页重大失效案例重大失效案例n1986年年1月月28日日11时时39分分12秒秒（美国东部时间），美国美国“挑战者挑战者”号航天飞机，号航天飞机，从佛罗里达州肯尼迪航天中心，第10次发射升空后73秒钟，到10英里上空，因助助推火箭发生故障，突然爆炸，推火箭发生故障，突然爆炸，航天飞机被炸成碎片坠入大西洋。n7名宇航员遇难，直接损失12亿美元，停飞近3年，为人类航天史上最严重一次载人航天事故。18现在学习的是第18页，共82页失效分析失效分析n1.失效分析（失效分析（Failure Analgs

14、is)n机器零件的失效机器零件的失效特别是断裂失效断裂失效，危及人员生命及财产安全。为防止失效现象重复发生，提高产品质量，早在20世纪初，就开始对零、构件失效现象进行系统分析研究。n随着工程力学工程力学、材料科学材料科学及交叉学科的发展交叉学科的发展和电子光学仪器电子光学仪器测试技术的进步，测试技术的进步，在对大量工程失效现象的行为规律与机理研究的基础上，逐渐形成了一门新的分支学科，即失效学失效学，也称失效分析。失效分析。n失效分析：失效分析：就是分析失效的原因分析失效的原因，研究采取补救和预防措施研究采取补救和预防措施的技术活动技术活动和管理活动管理活动。19现在学习的是第19页，共82页n

15、失效分析的目的：失效分析的目的：不仅要分析和判断失效原因，更重要找出有效的预防和补救措施，以防止同类事故重复发生，它是提高产品的可靠性、寿命的一项积极的工作。即为“坏事变为坏事变为好事好事”。n失效分析的重点：失效分析的重点：1.分析失效的原因即所谓“失效诊断失效诊断”。2.采取相应预防和补救措施即“失效对策失效对策”。n失效分析的依据：失效分析的依据：1.机械产品的性能参数；2.机械零件、设备和系统的可靠度分析（数理统计）资料；3.机械零、部件的失效残骸失效残骸。20现在学习的是第20页，共82页二、失效分析的意义和重要性二、失效分析的意义和重要性1）失效分析：失效分析：要找出失效原因，采取

16、有效措施，使同类失效事故不再重复发生，可避免极大的经济损失和人员伤亡。可避免极大的经济损失和人员伤亡。2）促进科学技术的发展；促进科学技术的发展；19世纪工业革命，蒸汽机采用，促进铁路运输，但连续发生多起因火车轴断裂，列车出轨事故。大量断轴分析和试验研究表明：大量断轴分析和试验研究表明：裂纹均从轮座内缘尖角处开始。认识到：金属在交变应力下，即使应力远低于金属的抗拉强度，经一定循环积累，也会发生断裂，即“疲劳疲劳”。“疲劳断裂疲劳断裂”成为金属材料强度学中的一个重要领域，设计疲疲劳试验机劳试验机，确立“疲劳极限疲劳极限”的概念，提出抗疲劳设计抗疲劳设计方法。21现在学习的是第21页，共82页n

17、二战期间，美国有4694艘艘焊接结构“自由轮自由轮”，有1289艘艘发生不同程度失效。n其中：238艘断成两截或严重损坏而报废；艘断成两截或严重损坏而报废；19艘沉没；艘沉没；24艘甲板完全断裂。艘甲板完全断裂。n事故多发在美国冰岛英国美国冰岛英国的北大西洋低温寒冷航线上。22现在学习的是第22页，共82页n战后开展大量失效原因的分析研究，认识到：n钢的“缺口敏感性缺口敏感性”及“钢的低温脆化钢的低温脆化”。n即碳钢碳钢和低合金钢低合金钢存在脆性转变温度脆性转变温度，在低于某一温度就会变脆（对缺口极为敏感）。n因当时美国船舶技术标准没有对船体钢的“缺口敏感性缺口敏感性”和“低温韧性低温韧性”提

18、出要求。由此提出了船体钢脆性转变温度的船体钢脆性转变温度的判据判据。n钢的低温韧性转变特性：可很好解释焊接结构“自由轮”、钢制桥梁、压力容器、管道等在低温下工作的失效。23现在学习的是第23页，共82页n 4050年代，美国发生数起电站设备的飞裂电站设备的飞裂及英国皇家英国皇家空军飞机坠毁事故。空军飞机坠毁事故。n失效分析表明：钢中的氢（钢中的氢（H）及夹杂物的有害作用）及夹杂物的有害作用。n奠定了钢的氢脆基本理论钢的氢脆基本理论，为此发展了碱性和真空冶炼技术，促使冶金技术的发展。24现在学习的是第24页，共82页n 大型化工设备不锈钢零、部件断裂失效大型化工设备不锈钢零、部件断裂失效，受到关

19、注。n失效分析认识了金属在其敏感介质系统中，存在各类应力金属在其敏感介质系统中，存在各类应力腐蚀开裂行为，腐蚀开裂行为，并研究其产生机理。n如：19651966年间，美国登月计划，用Ti-6Al-4V钛合金制成压力容器曾发生多起应力腐蚀断裂。n此外，锅炉钢锅炉钢“碱脆碱脆”，黄铜弹壳的黄铜弹壳的“季裂季裂”；镁合金飞机构件存放期间的开裂镁合金飞机构件存放期间的开裂；核反应堆冷却系统核反应堆冷却系统奥氏体不锈钢的开裂奥氏体不锈钢的开裂等 均为应力腐蚀应力腐蚀造成。25现在学习的是第25页，共82页3）促进机械产品质量和安全可靠性的提高：）促进机械产品质量和安全可靠性的提高：零件失效：失效：与设计

20、、选材、制造、检验、安装设计、选材、制造、检验、安装等过程相关；通过失效分析，不断地将失效原因、预防措施等反馈到设计有关部门，进行相应改进，促进产品质量和可靠性提高。A.向设计部门反馈向设计部门反馈：改进产品设计，完善技术规范；B.向制造部门反馈向制造部门反馈：改进生产工艺，创制和推广新工艺。C.向材料部门反馈向材料部门反馈：合理化选材，开发和研制新材料；D.向用户反馈向用户反馈，健全和完善使用、维修制度。失效分析：失效分析：提高机械产品质量、创建名牌产品的必由之路。提高机械产品质量、创建名牌产品的必由之路。26现在学习的是第26页，共82页4）失效分析是制订或修改技术标准提供的依据：）失效分

21、析是制订或修改技术标准提供的依据：如：美国制造“自由轮”的船用钢板船用钢板，当时未提出韧性要求；脆性断裂失效分析结果规定：对船用钢板提出韧性要求船用钢板提出韧性要求：15英尺英尺磅。磅。而英国在此基础上，收集大量试验数据，规定了在工作温度下，船用钢板的韧性：1535英尺英尺磅。磅。5）失效分析也是仲裁失效事故、开展技术保险业务及对外贸）失效分析也是仲裁失效事故、开展技术保险业务及对外贸易中索赔的重要依据。易中索赔的重要依据。因此，失效分析在国民经济、科技发展中具有重要作用，在世界各国均受高度重视，已成为一门新兴的学科。27现在学习的是第27页，共82页1-2 机械产品失效的分类机械产品失效的分

22、类 28现在学习的是第28页，共82页失效的分类失效的分类n机械零部件（机件）的失效：机械零部件（机件）的失效：机械零件因力（能量）、温度、介质等物理和化学的作用，而逐渐发生尺寸、形状、状态或性能的变化，并以特定的表特定的表现形式现形式丧失其规定的功能。特定的表现形式：特定的表现形式：即各种“失效形式失效形式”或“失效类型失效类型”。n显然，不同物理和（或）化学过程对应着不同的失效形式。n零件失效形式：零件失效形式：受多种因素影响，其失效形式也很复杂。n为揭示同类失效形式的本质，比较和鉴别各类失效形式，对各种失效形式进行科学的分类是必要的。29现在学习的是第29页，共82页失效的分类方法失效的

23、分类方法n失效的分类方法失效的分类方法：也是多种多样的。n为便于失效的研究、分析和事后处理，失效按以下三种方法分类：n1、从技术观点分类：从技术观点分类：便于对失效进行机理研究、分析诊断和采取预防对策。n2、从质量管理观点分类：从质量管理观点分类：便于管理和反馈；n3、从经济法观点分类：从经济法观点分类：便于事后处理。n本书将主要讨论从技术观点的分类。30现在学习的是第30页，共82页一、从失效分析技术观点分类一、从失效分析技术观点分类一、一、从从“失效分析技术失效分析技术”观点分类：观点分类：n主要是按失效模式失效模式和失效机理失效机理分类。n失效模式：失效模式：指失效的外在宏观表现形式和规

24、律。n失效机理：失效机理：指引起失效的微观的物理化学变化过程和本质。n两者相结合的分类：两者相结合的分类：可实现宏观与微观相结合、由表及里地揭示失效物理本质和过程，为重要分类方法。n按失效的宏观特征，可将机械零件失效分为：按失效的宏观特征，可将机械零件失效分为：断裂失效、非断裂失效断裂失效、非断裂失效 两大类 或 过量变形失效过量变形失效、断裂失效断裂失效和表面损伤失效表面损伤失效 三类。（一级形式）31现在学习的是第31页，共82页（一）过量变形失效（一）过量变形失效（一）过量变形失效：（一）过量变形失效：机件在使用过程中，产生超过设计配合要求的过量变形。过量塑性变形失效过量塑性变形失效（二

25、级失效形式）如：花键轴扭曲的扭转变形失效；紧固螺栓的拉长变形失效；孔径的胀大超限失效；动力机械的高温蠕变失效；过量弹性变形失效过量弹性变形失效 如：镗床的镗杠，刚性不足；弹性元件（弹簧）的永久变形失效等。32现在学习的是第32页，共82页（二）断裂失效（二）断裂失效（二）断裂失效：（二）断裂失效：可分为：n脆性断裂：脆性断裂：断裂前无或很少发生宏观可见塑性变形。n韧性断裂：韧性断裂：断裂前产生显著的宏观塑性变形。n疲劳断裂：疲劳断裂：在交变载荷下，经一定时间后发生断裂。n环境介质引起的断裂环境介质引起的断裂、冲击断裂冲击断裂、蠕变持久断裂蠕变持久断裂等二级失效形式。33现在学习的是第33页，共

26、82页疲劳断裂分类疲劳断裂分类n1、按应力高低分为：、按应力高低分为：n低周疲劳低周疲劳n高周疲劳高周疲劳n高低周复合疲劳失效高低周复合疲劳失效等三级失效形式；n2、按应力来源分为：、按应力来源分为：n机械疲劳失效机械疲劳失效和热疲劳热疲劳等三级失效形式。n机械疲劳失效：机械疲劳失效：又分为n弯曲疲劳弯曲疲劳、扭转疲劳扭转疲劳、n拉压疲劳拉压疲劳和接触疲劳接触疲劳等四级失效形式。34现在学习的是第34页，共82页环境介质引起的断裂环境介质引起的断裂n环境介质引起的断裂：环境介质引起的断裂：n材料与环境介质的相互作用，在应力作用下，常发生低应力延迟断裂，导致零件失效，也称为环境破断失效环境破断失

27、效或环境环境诱发开裂失效诱发开裂失效。n又有：应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂、氢脆断裂氢脆断裂、腐蚀疲劳断裂、腐蚀疲劳断裂、辐射脆化辐射脆化、液态金属脆化液态金属脆化n等三级失效形式。35现在学习的是第35页，共82页（三）表面损伤失效（三）表面损伤失效（三）表面损伤失效（三）表面损伤失效：n零件表面损伤失效可由磨损磨损和腐蚀腐蚀而引起的。n磨损磨损、腐蚀腐蚀和断裂断裂是工程构件三种主要的失效形式三种主要的失效形式。n断裂失效带来危害最大，但当机件表面损伤（磨损、腐蚀或接触疲劳及复合作用）使机件尺寸变小、光洁度下降，出现腐蚀坑、麻点、剥落等造成机件精度下降、振动增大，逐步发展，最终导致丧失功能（即慢

28、性失效），此类损失也是惊人的。n据统计，约有80损坏的机件是因磨损而报废的。n表面损伤失效：表面损伤失效：可分为磨损失效磨损失效、腐蚀失效腐蚀失效。36现在学习的是第36页，共82页1、磨损失效、磨损失效1、磨损失效：、磨损失效：当材料表面或与流体相互接触，并作相对运动（摩擦）时，因物理和化学作用，引起金属小颗粒逐渐从表面脱落的一种破坏现象，使材料表面形状、尺寸或质量发生变化的过程。n磨损属正常现象，但当磨损超过允许值，导致构件功能丧失，则称为磨损失效磨损失效。n如：发动机中汽缸套与活塞环、轴瓦与轴、凸轮轴与杆等。n磨损磨损有多种形式，若按其产生机理可分为：n粘着磨损、磨粒（料）磨损、腐蚀磨损

29、、冲击磨损、微动磨损、氧化磨损、接触疲劳磨损等。37现在学习的是第37页，共82页2、腐蚀失效、腐蚀失效2、腐蚀失效：、腐蚀失效：腐蚀：腐蚀：机件表面在周围介质（酸、碱、盐）中发生化学化学、电电化学反应化学反应或物理溶解物理溶解而引起的表面损伤的现象。n统计表明：世界上生产的钢铁约20 40因腐蚀失效而报废的，除直接损失外，因零件或设备腐蚀而引起停工停产、大量有害（用）物质渗漏，环境污染，甚至造成火灾、爆炸等重大事故，其损失比起金属本身的价值要高的多。n金属腐蚀失效分类：金属腐蚀失效分类：常见分类方法：n1）按金属与介质的作用性质区分：）按金属与介质的作用性质区分：金属腐蚀：金属腐蚀：化学腐蚀

30、化学腐蚀和电化学腐蚀电化学腐蚀 两大类；38现在学习的是第38页，共82页腐蚀失效分类（腐蚀失效分类（1）（1）化学腐蚀）化学腐蚀 是金属表面与介质发生化学作用引起的，其特点是，在腐蚀过程中无电流产生。n化学腐蚀：化学腐蚀：又可分为 气体腐蚀气体腐蚀：金属在干燥气体中发生的腐蚀。如高温氧化；在非电解质溶液中的腐蚀在非电解质溶液中的腐蚀：金属在不导电溶液（有机液体）发生的腐蚀。（2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 在腐蚀过程中有电流产生的腐蚀。n电化学腐蚀：电化学腐蚀：按所接触的介质环境不同，可分为 大气腐蚀：大气腐蚀：在潮湿气体（如空气）中进行的腐蚀；土壤腐蚀：土壤腐蚀：埋设在地下的金属制品（管道、电

31、缆）的腐蚀。电解质溶液中的腐蚀：电解质溶液中的腐蚀：在天然水和大部分水溶液（酸、碱、盐的水溶液）中的腐蚀，此为最为普遍的。熔融盐中的腐蚀：熔融盐中的腐蚀：化工容器、设备，盐浴炉中的金属电极。39现在学习的是第39页，共82页腐蚀失效分类（腐蚀失效分类（2）2）按腐蚀破坏的形式区分：）按腐蚀破坏的形式区分：金属腐蚀：金属腐蚀：均匀腐蚀均匀腐蚀和局部腐蚀局部腐蚀 两大类；（1）均匀腐蚀：）均匀腐蚀：在整个金属表面上腐蚀均匀地发生；（2）局部腐蚀：）局部腐蚀：腐蚀仅局限于一定区域内；虽不引起零件外形变化，但性能急剧下降，破坏突然。n局部腐蚀：又可分为斑点腐蚀：斑点腐蚀：金属表面似斑点分布，面积大但不

32、深；点腐蚀：点腐蚀：金属局部被腐蚀，孔小而深，严重时穿孔；晶间腐蚀：晶间腐蚀：腐蚀沿金属晶界进行，导致金属机械性能下降。缝隙腐蚀：缝隙腐蚀：在金属与金属、金属与非金属间的缝隙处发生。选择腐蚀：选择腐蚀：多元合金中某一组分优先溶解，如黄铜脱锌现象。40现在学习的是第40页，共82页3、腐蚀和磨损综合作用、腐蚀和磨损综合作用3、腐蚀和磨损综合作用腐蚀磨损失效：、腐蚀和磨损综合作用腐蚀磨损失效：“咬蚀咬蚀”：在载荷和一定频率振动条件下，在机件配合处表面产生微小滑动，所引起的一种表面损伤现象。它是机械磨损与化学腐蚀综合作用结果，磨损产物为氧化物，也称为“微动腐蚀磨损微动腐蚀磨损”。如：紧配合的轴颈处、

33、拧紧的螺母与螺栓等处。41现在学习的是第41页，共82页“气蚀气蚀”：发生在液体与机件接触处，因相对运动摩擦，液体在高压区形成涡流，气泡在高压区突然溃灭，产生较大循环冲击力，使机件表面疲劳损坏；加上液体介质化学、电化学作用，加速表面破坏。常在水泵零件、水轮机叶片、船舶螺旋桨、柴油机汽缸壁等。n“汽蚀汽蚀”特征：特征：表面先产生“麻点”，在扩展为泡沫或海绵状穴蚀。42现在学习的是第42页，共82页4、热疲劳、热疲劳4、热疲劳：、热疲劳：当零件处于变化的温度场使用时，因交变热应力的作用下，会产生“热疲劳”损伤。结果在零件表面产生表面裂纹（龟裂），它也是一种表面损伤失效。n如：热锻模具热锻模具、塑料

34、模具塑料模具等。43现在学习的是第43页，共82页（四）裂纹失效（四）裂纹失效（四）裂纹失效：（四）裂纹失效：1）工艺裂纹：）工艺裂纹：各种零件在制造工程中产生的工艺裂纹及一些缺陷，虽不能算是失效，但也常需对其产生原因进行分析，采取相应措施加以避免的。n其中工艺裂纹包括有：铸造裂纹铸造裂纹、锻造裂纹锻造裂纹、焊接裂纹焊接裂纹、热热处理裂纹处理裂纹、机加工（磨削）裂纹机加工（磨削）裂纹等。2）使用裂纹：）使用裂纹：原先无裂纹，使用后发现的使用裂纹使用裂纹，则算是一种失效的形式，它属于局部断裂失效局部断裂失效。（五）其他各种功能失效：（五）其他各种功能失效：n如：紧固件在高温下的松弛紧固力下降；n

35、其他的各种光学、磁学、电学等的功能下降。44现在学习的是第44页，共82页二、从二、从质量管理质量管理和和可靠性工程可靠性工程观点分类观点分类n质量管理：质量管理：是人们为了保证、改进和提高质量而从事的计划、组织、协调、审查、检验等一系列和控制的活动。n产品质量控制网产品质量控制网“三性三性”（健全性健全性、严密性严密性和散布性散布性）n“失效失效”：是产品质量控制网产品质量控制网“三性三性”（发生偏差（弱网、弱网、漏网和无网漏网和无网）的反映；n失效分析：失效分析：n就是对质量控制网“三性”的实地检验。n因此，失效分析是质量管理的重要组成部分之一。45现在学习的是第45页，共82页n可靠性工

36、程：可靠性工程：是运用系统工程的思路和方法，权衡经济利弊，把设备（或系统）的失效率降低失效率降低到可接受的程度，从而进行合理故设计（可靠性设计可靠性设计）和管理的一门技术。n n可靠性工程实质：可靠性工程实质：就是预测、预防和控制失效预测、预防和控制失效的技术工作和管理活动，而“失效分析失效分析”则是可靠性工程的技术基础。n失效失效从质量管理和可靠性工程的观点分类：从质量管理和可靠性工程的观点分类：即从 1.失效发展的过程失效发展的过程 2.速度速度 3.失效的工程含义失效的工程含义（即失效的整体性、可修复性和相关性）来分类。46现在学习的是第46页，共82页1、按产品失效的发展过程分类、按产

37、品失效的发展过程分类 1按产品失效的发展过程分类：按产品失效的发展过程分类：n若以失效率失效率单位时间内发生失效的概率来描述产品失效的发展过程，n那末，在不进行预防性维修的情况下，设备、元件的失效率失效率与其工作（使用）时间工作（使用）时间 t 间关系成典型失效率曲线典型失效率曲线。n因曲线的形状与浴盆相似故称为“浴盆曲线”。n产品失效按其发展过程分产品失效按其发展过程分类：类：对可靠性工程是十分有用的。47现在学习的是第47页，共82页（1）早期失效期）早期失效期n按照“浴盆曲线”的形状，即按产品失效的发展过程，可将整个失效过程分为三个时期：（1）早期失效期：）早期失效期：n在产品使用初期，

38、易暴露设计和制造上的缺陷，产品早期失效率高。随着使用时间的延长，失效率则很快下降。“幼年幼年期期”n若产品出厂前，进行“老练老练“过程，即可靠性试验可靠性试验，那么，在产品使用时，从一开始便可使失效率大体保持恒定值。可使失效率大体保持恒定值。48现在学习的是第48页，共82页（2）偶然失效期）偶然失效期（2）偶然失效期：）偶然失效期：n理想情况下，在产品磨损或老化前，应无“失效”的，但因环境偶然变化、操作时人为偶然差错或管理不善造成的“潜在缺陷”，仍有产品发生偶然失效。n偶然失效率偶然失效率：是随机分布的、很低的和基本恒定的，又称为随机失效期，相当人的“青壮年期青壮年期”。n这是产品最佳工作时

39、期。n偶然失效率的倒数偶然失效率的倒数1/即为无失效的平均时间无失效的平均时间。49现在学习的是第49页，共82页（3）磨损失效期）磨损失效期（3）磨损失效期）磨损失效期：n经偶然失效期后，设备中元件已到寿命，失效率开始急剧增加，标志产品进入“老年期老年期”，其失效称磨损失效磨损失效，或磨耗磨耗失效失效。n若在进入磨损失效期之前，进行必要的预防维修，进行必要的预防维修，其失效率仍可保持在偶然失效率附近，从而可延长产品的偶然失效期（使用寿命）。50现在学习的是第50页，共82页2、按产品失效发生的速度分类、按产品失效发生的速度分类 2按产品失效发生的速度分类按产品失效发生的速度分类：n 突发失效

40、突发失效；n 渐进失效；渐进失效；n 间歇失效。间歇失效。3按产品失效的工程含义分类按产品失效的工程含义分类：n 按其整体性整体性可分为：系统失效系统失效，部件失效部件失效。n 按其修复可能性修复可能性可分为：暂时失效暂时失效，永久失效永久失效。n 按其相关性相关性可分为：独立失效独立失效和从属失效从属失效；或分为：关连关连失效失效和非关连失效非关连失效等。51现在学习的是第51页，共82页三、从三、从“经济法经济法”的观点分类的观点分类 三、从三、从“经济法经济法”的观点分类：的观点分类：n机械产品失效会造成一定的经济损失、甚至人员的伤亡，往往会引起赔偿和责任的诉讼。n失效按失效按“经济法经

41、济法”的观点分类：的观点分类：是为分清和判处失效的法律分清和判处失效的法律责任和经济责任。责任和经济责任。此分类方法在处理索赔的失效事件时尤为重要。1按失效的责任分类：按失效的责任分类：产品本质缺陷失效；误用失效；正常的磨损(或耗损)失效；外界影响失效。52现在学习的是第52页，共82页2按失效的后果分类：按失效的后果分类：恶性失效；致命失效(灾难性失效)；退化失效。3按失效的程度分类：按失效的程度分类：完全失效；部分失效 53现在学习的是第53页，共82页l-3 失效分析的工作内容失效分析的工作内容 54现在学习的是第54页，共82页失效分析的工作内容失效分析的工作内容n失效分析的工作内容失

42、效分析的工作内容：包括三个方面 （1）失效分析的业务工作业务工作（即“门诊门诊”工作工作）；（2）失效分析的研究工作研究工作（即“机理研究机理研究”）；（3）失效分析的管理及技术反馈工作管理及技术反馈工作（即“事后处理事后处理”）。一、失效分析的业务工作：一、失效分析的业务工作：包括两个方面 产品的失效分析产品的失效分析（事后分析事后分析）；产品的安全度评定和剩余寿命的预测安全度评定和剩余寿命的预测（事前分析事前分析）。55现在学习的是第55页，共82页1）产品的失效分析）产品的失效分析（1）失效事件分析的全过程：）失效事件分析的全过程：一般包括三个阶段 侦测侦测(Detection)诊断诊断

43、(Diagnosis)事后处理事后处理(Prognosis)简称：DDP，也称为失效分析工作的三要素失效分析工作的三要素。即n利用各种“侦测侦测”手段，调查、侦查、测试和记录有关失效的现场、参数和信息；(现场调查现场调查)n通过“诊断诊断”，鉴别和确定产品失效的模式、过程、原因、影响因素和机理；（实验室研究）（实验室研究）n经过“事后处理事后处理”，研究采取补救(服役件)、预防措施及其它技术、管理的反馈活动。56现在学习的是第56页，共82页（2）产品失效分析的重点：）产品失效分析的重点：n产品的早期失效事件早期失效事件、突发性失效事件突发性失效事件以及致命的失效事件致命的失效事件，因这些失效

44、事件的分析事关重大或关系到全局。（3）失效分析的深度：）失效分析的深度：依分析目的和要求不同而异目的和要求不同而异。作为法律依据：作为法律依据：主要是要判定失效程度、后果和责任方面；作为整顿质量管理的线索和获得可靠性工程的数据：作为整顿质量管理的线索和获得可靠性工程的数据：一般希望确定失效发生的阶段、对策等；为研究和掌握产品失效规律及内在本质：为研究和掌握产品失效规律及内在本质：则应着眼于失效模式、机理、影响因素和控制参量的定性或定量的研究。57现在学习的是第57页，共82页（4）失效分析的方法和内容：）失效分析的方法和内容：n按产品发展阶段不同也各不相同。试制阶段：试制阶段：失效原因常与设计

45、因素有关，失效原因常与设计因素有关，应与设计人员密切配备，有利于失效原因正确诊断，且分析结果能迅速反馈；试生产阶段：试生产阶段：失效原因多半与工艺因素有关，失效原因多半与工艺因素有关，应与工艺技术人员相结合；定型生产阶段：定型生产阶段：失效原因一般与管理因素有关，失效原因一般与管理因素有关，应着重考查质量控制网的健全性、严密性和散布度，也应将用户和修理行业纳入到失效分析体系中来。58现在学习的是第58页，共82页2）产品的安全度评定和剩余寿命的预测）产品的安全度评定和剩余寿命的预测（1）产品的安全度或产品的可靠度）产品的安全度或产品的可靠度R(t)：n产品的安全度：产品的安全度：指产品在规定条

46、件下在规定条件下和规定时间内规定时间内，能够完成规定功能的概率。n相对于产品失效率失效率 F(t)概念而言的，即 R(t)1F(t)产品安全度评定：产品安全度评定：定量地计算产品工作到某一时刻 t 尚能满足规定功能的概率。n或者，估算产品工作到某一时刻 t，在尚能满足功能的产品中，在此后单位时间内发生失效的概率。59现在学习的是第59页，共82页 产品剩余寿命的预测：产品剩余寿命的预测：实质是偶然失效率偶然失效率的估算问题。产品剩余寿命预测：产品剩余寿命预测：即估算产品无失效平均工作时间平均工作时间 t。n平均工作时间平均工作时间：偶然失效期失效率失效率的倒数，即的倒数，即 tl。n产品安全度

47、评定产品安全度评定n剩余寿命的预测剩余寿命的预测n都是失效分析重要的业务工作之一。60现在学习的是第60页，共82页n产品安全度评定和剩余寿命预测工作重点：产品安全度评定和剩余寿命预测工作重点：主要是对重大的机械产品和带缺陷产品。n评定和预测工作关键：评定和预测工作关键：通过可靠性试验，获得产品在各种模拟的使用条件和环境条件下，可能会有哪种失效模式；可能会有哪种失效模式；对产品功能会产生什么影响；对产品功能会产生什么影响；严重程度如何；严重程度如何；发生失效的概率有多大；发生失效的概率有多大；应如何预防应如何预防等方面的资料和数据。n这些资料和数据经失效分析来修正后，才使评定和预测结果接近于客

48、观实际。61现在学习的是第61页，共82页二、失效分析的研究工作二、失效分析的研究工作二、失效分析的研究工作：二、失效分析的研究工作：包括四个方面 失效物理失效物理的研究；失效机理失效机理的研究；失效诊断失效诊断的研究；失效预防工程技术失效预防工程技术方面的研究。62现在学习的是第62页，共82页1）失效物理失效物理的研究工作的研究工作n失效物理失效物理（可靠性物理可靠性物理）：）：n在原理上，从原子和分子的角度出发，来解释元件、材料失效的现象。n失效物理基础：失效物理基础：是数理统计方法、可靠性工程和材料科学工程学。n失效物理基本研究工作内容：失效物理基本研究工作内容：n1.失效物理模型失效

49、物理模型定性及定量的描述方法；n2.失效物理模型失效物理模型的识别及其应用。63现在学习的是第63页，共82页基本的失效物理模型基本的失效物理模型n基本的失效物理模型有：基本的失效物理模型有：n主要有理化模型理化模型和概率模型概率模型两类。1、界限模型与耐久模型；界限模型与耐久模型；2、应力强度模型；应力强度模型；3、反应论模型；反应论模型；4、失效率模型；5、最弱环模型（串联模型）；6、“绳子”模型（并联模型、最大寿命系统）；7、退化模型或损伤累积模型退化模型或损伤累积模型 等，内容十分丰富。64现在学习的是第64页，共82页1、界限模型与耐久模型、界限模型与耐久模型1、界限模型与耐久模型：

50、、界限模型与耐久模型：n界限模型界限模型认为认为：材料失效有以下两种情况：当应力超过某界限时，即引起失效，当应力超过某界限时，即引起失效，如弹簧：当应力超过材料弹性极限时，发生永久变形而失效。当能量积累超过某极限时，也会引起破坏，当能量积累超过某极限时，也会引起破坏，如脆性材料，当裂纹前端积蓄的弹性应变能弹性应变能G1大于其临界值临界值G1c时，裂纹失稳扩展而脆断。n耐久模型耐久模型认为认为：在能量积累到使产品破坏程度的过程是需要时间的，在此时间内，材料本身因蠕变、磨损、疲劳、腐蚀等原因可能出现弱化，故也称“退化模型退化模型”。65现在学习的是第65页，共82页2.应力强度模型应力强度模型2.