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機械產品失效分析的意義

發布時間：2021-03-30 211

失效分析是一門跨學科的綜合性技術，近年開始從軍工向普通企業普及。機械產品在服役中。因應力、時間、介質、溫度和操作失誤等因素的作用，失去了其原有的功能。這時通過失效分析，分析和驗證，模擬重現失效的現象，找出失效的原因，挖掘出失效的機理的活動。

機械失效的表現：
1. 完全不能工作，如發動機中曲軸、連桿的斷裂；
2.雖然能工作，但不能完全規定的功能，就是功能衰退，如發動機氣缸套、活塞環嚴重磨損，間隙增大等；
3.能工作和完成規定功能，但是不能確保安全，應更換維修，如經長期高溫運行的壓力容器及其管道，內部組織發生變化，繼續工作存在開裂的危險。

由于機械零件的失效，會使機床失去加工精度、輸氣管道發生泄漏、飛機出現故障等，嚴重的威脅人生命和生產的安全，造成巨大的經濟損失。
1944年10月20日，美國東俄亥俄州燃氣公司液化天然氣設備，直徑21.3m，高12.8m的圓筒形儲氣罐，由于在1/3~1/2的高度處殼體破裂而噴出氣體和液體，隨后爆炸起火，20min后，另一臺內徑為17.4m的球罐因受熱倒塌而爆炸，由此造成128人死亡，當時經濟損失達680萬美元，131人死亡。因此，機械零件的失效分析、研究失效機理、提出失效的預防措施具有十分重要的意義。

什么時候會出現失效？
1. 加工環節：冶煉、合成、澆鑄、熱軋、冷軋、熱處理、焊接、切割、及加工等。
2. 使用過程：過載載荷、惡劣環境、正常使用。

失效形式：
1、變形失效：變形失效包括扭曲、拉長、漲大、蠕變等，引發的主要原因是零件在一定載荷條件下發生過量變形；有彈性變形失效和塑性變形失效。
2、斷裂失效：斷裂失效是機械零件失效的主要形式，可以分為韌性斷裂失效和脆性斷裂失效。一般來說，材料斷面收縮率大于5%為韌性斷裂，小于5%為脆性斷裂。
3、表面損傷失效：由于磨損、疲勞、腐蝕等原因，使機械零件表面失去正常工作所以需要的形狀、尺寸和表面粗糙度造成的失效，成為表面損傷失效。
磨損失效：磨損是由于機械作用、化學反應（包括熱化學、電化學、力化學等反應），材料表面物質不斷損失或產生殘余變形和斷裂的現象。提高材料耐磨性的主要途徑是進行表面強化。
腐蝕失效：腐蝕失效是由于化學或電化學腐蝕而造成機械零件尺寸和性能的改變而導致的。合理的選用耐腐蝕材料，在材料表面涂覆防護層，采用電化學保護及采用緩蝕劑可以有效提高材料的抗腐蝕能力。
表面疲勞失效：表面疲勞失效是指兩個相互接觸的機械零件相對運動時，在交變接觸應力作用下，機械零件表面層材料發生疲勞而脫落所造成的失效。
4、材料的老化
高分子材料在儲存和使用過程中發生變脆、變硬或變軟、變黏等現象，從而失去原有性能指標的現象，成為材料的老化。

失效原因：
1、設計不合理：機械零件設計不合理主要表現在機械零件尺寸和結構設計上。例如過度圓角太小、尖銳的缺口、尖角等會造成較大的應力集中而導致失效；另外，對機械零件的工作條件及過載情況估計不足，設計承載能力不夠，忽略或低估溫度、介質等因素的影響，也會造成零件失效。
2、選材錯誤
選材所依據的性能指標，不能反映材料對實際失效形式的抗力，不能滿足工作條件的要求，錯誤地選擇了材料。另外，材料地冶金質量太差，如存在夾雜物、偏析等缺陷，也是失效地源頭。
3、加工工藝不當
在加工或加工過程中，由于采用的工藝不當而產生地這種質量缺陷，例如較深地切削刀痕、磨削裂紋等，都有可能引發失效。而處理時，冷卻速率不夠、表現脫碳、淬火變形和開裂，也是引發失效地重要原因。
4、裝配使用不當
在裝配成機器或裝置地過程中，由于裝配不當、對中不好、過緊過過松都會使零件產生附近能力或振動，造成失效。使用維護不良，不按工藝規程操作，也會造成失效。

中科檢測是具備CMA、CNAS資質認證的第三方檢測機構，累計數十年檢測經驗和資源團隊，能對失效原因進行檢測分析，并根據失效分析和根因為產品物料優選、設計改進和失效預防提供技術解決方案。