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1、失效分析的思路与诊断第二章 失效分析的思路第一节 常用的几种失效分析思路一、“撤大网”逐一要素排除法表2-1 事故的治理责任直截了当缘故可能的根本缘故治理失误（1）辅助工作太差对危险不认识监视训练和平安教育不够设备不当规划、计划不当（2）使用的工具、装置和设备不适当缺乏知识和技能干部的训练不够缺乏适当的作业程序确定的操作程序不适宜缺乏自觉性监视平安教育不够合适的作业程序施行不当干部的训练和平安措施不够（3）装置和设备不平安或有缺点对不平安不认识监视平安教育不够干部对训练和平安注重不够设计或选择太差规划、计划、设计不当监视平安教育不够装置、材料或工具不适宜维护太差维护和修理体系不当（4）缺乏适当
2、的作业程序省略作业程序操作程序不妥设计者的错误规划、计划、设计不当监视者的错误监视不纯熟（5）临时凑合的不平安作业程序训练不当确定的操作程序不当适宜的作业程序施行不当监视的平安教育不够干部的训练和平安教育不够监视不当监视的平安教育不够干部的选择和安排不当（6）没有按规定的作业程序施行对需要没强调适宜的作业程序施行不当监视的平安教育不够作业程序不清晰操作程序不当（7）对工作不理解指令复杂操作程序、规划、计划和设计不当理解不够干部的选择和安排不当（8）没有认识到危险指令不当监视的平安教育不够干部的训练和平安教育不够警告不当规划、计划、设计不当保安条例、测量方法和设备不当操作程序不当（9）缺乏适当的
3、工具、装置和设备对需要没认识规划、计划、设计不当监视的平安教育不够供给不当设备、材料和工具不够或不当成心风气和纪律不好直截了当缘故可能的根本缘故治理失误（10）平安设备缺乏对需要没有认识规划、计划和设计不当保安条例测量方法和设备不够监视的平安教育不够干部的平安认识不强可用性不适宜设备、材料和工具不合用作业程序不当成心风气、纪律差、懒惰（11）防护设备缺乏对需要没有认识规划、计划、设计不当保安条例测量方法和设备不够监视的平安教育不够干部的平安认识不强可用性不适宜设备、材料和工具不合用作业程序不当成心风气和纪律差（12）载荷、强度、速度等超过规定极限警告不当保安条例不当适当的作业程序施行不当指令不
4、当干部训练不当缺乏理解干部的选择和安排不当成心保安条例施行不当干部的平安教育不当（13）忽略；对明显的平安惯例的无视缺乏自觉性保安条例和监测施行不当适当的作业程序施行不当干部训练不够干部的平安教育不够缺乏理解干部的选择和安排不当（14）疲劳降低了人的警觉性，使人处于催眠状态超过了身体或精神上能承受的程度规划、计划、设计不当干部的选择和安排不当干部的训练不够（15）行为不轨；成心用劳保用品造成毛病 士气低落，态度不好监视训练不够干部的选择和安排不当工作分派错误规划、计划和设计不当干部的选择和安排不当干部的训练不够二、以设备制造全过程为一系统进展分析 任何一个设备都要经历规划、设计、选材、机械加工
5、（包括铸、锻、焊等工艺）、热处理、二次精加工（研磨、酸洗、电镀）和装配等制造工序，假如失效已确定纯属设备咨询题，还可对上述工序逐一进一步分析，包括以下内容：1. 设计不当（1） 开孔位置不当造成应力集中；（2） 缺口或凹倒角半径过小；（3） 高应力区有缺口；（4） 横截面改变太陡；（5） 改变设计，没有相应地改变受力情况；（6） 设计判据缺乏；（7） 计算中出现过载荷；（8） 焊缝选择位置不当，以及配合不适当等；（9） 对使用条件的环境妨碍，未做适当考虑；（10） 提高使用材料的受力级别；（11） 刚性和韧性不适当；（12） 材料品种选择错误；（13） 选择标准不当；（14） 材料功能数据不全
6、；（15） 材料韧脆转变温度过高；（16） 对现场调查不充分，认识缺乏就投入设计；（17） 与用户配合有过失。2. 材料、冶金缺陷（1） 成分不合格；（2） 夹杂物含量及成分不合格；（3） 织组不合格；（4） 各种功能不合格；（5） 各向异性不合格；（6） 断口不合格；（7） 冶金缺陷（缩孔、偏析等）；（8） 恶化变质；（9） 混料。3. 锻造等热加工工艺缺陷（1） 折叠、夹砂、夹渣；（2） 裂缝；（3） 锻造鳞皮；（4） 流线分布突变或破坏；（5） 晶粒流变异常；（6） 沿晶氧化（过烧）；（7） 氧化皮压入；（8） 分层、疏松；（9） 带状组织；（10） 过热、烧裂；（11） 外来金属夹杂物
7、；（12） 缩孔；（13） 龟裂；（14） 打磨裂纹；（15） 皱纹。4. 机械加工缺陷（1） 未按图纸要求；（2） 外表粗糙度不合格；（3） 倒角锐利；（4） 磨削裂纹或过烧；（5） 裂纹；（6） 划伤、刀痕；（7） 毛刺；（8） 部分过热；（9） 矫直不当。5. 铸造缺陷（1） 金属突出；（2） 孔穴；（3） 疏松；（4） 不连接裂纹；（5） 外表缺陷；（6） 浇注不完全；（7） 尺寸和形状不正确；（8） 夹砂、夹渣；（9） 组织反常；（10） 型芯撑、内冷铁。6. 焊接缺陷（1） 错口超标；（2） 咬边超标；（3） 焊肉过凸或过凹；（4） 焊道深沟；（5） 焊趾、焊缝或根部有裂纹；（6）
8、 熔化不全；（7） 打弧；（8） 焊接深度不够，未焊透；（9） 夹渣、夹杂或疏松；（10） 接头尺寸不合格；（11） 热输入不适当；（12） 焊前预热缺乏；（13） 焊后消除热应力不够或未消除；（14） 显微组织不合格；（15） 焊接裂纹。7. 热处理不当（1） 过热或过烧；（2） 显微组织不合格；（3） 淬火裂纹；（4） 淬火变形、翘曲；（5） 奥氏体化温度不当使晶粒粗大；（6） 脱碳或增碳；（7） 渗氮；（8） 回火脆化；（9） 淬火后未及时回火；（10） 热应力。8. 再加工缺陷（1） 酸洗后或电镀后未除氢或除氢不够；（2） 酸迹清洗未尽；（3） 镀前喷丸清洗不全；（4） 电镀电极打弧引
9、起硬点；（5） 镀Cd、镀Zn的液态金属脆化；（6） 构成金属间化合物致脆；（7） 碰伤、标记压痕过深或位置不当；（8） 校直引起剩余应力；（9） 镀铬碎屑划伤；（10） 化学热处理不当；a. 渗层组织反常；b. 力学功能不合格。9. 装配检验中的咨询题（1） 轴线对中不正；（2） 紧固件松动；（3） 敲打损伤；（4） 装配损伤；（5） 装配不正确；（6） 强迫装配；（7） 装配说明书说明不全或不清晰；（8） 装配马虎大意；（9） 磁粉检查电弧烧伤；（10） 磁化吸住钢屑造成磨损；（11） 漏检。10. 使用和维护不当（1） 超载、超温、超速；（2） 冲撞、热冲击；（3） 振动过大的断续载荷；
10、（4） 操作错误、没按说明书要求做；（5） 每次开车或停车猛烈、忽然；（6） 清洗剂不合适；（7） 光滑不当；（8） 忽略，不按期维护；（9） 没定期检查；（10） 修理不当；（11） 灾祸预防措施不完善；（12） 平安措施差；（13） 漏电；（14） 早期疲劳裂纹。11. 环境损伤（1） 腐蚀性气氛介质；（2） 高温或温度陡度过大；（3） 低温；（4） 海洋气氛；（5） 碱性溶液；（6） 氨气氛；（7） 光滑介质不合适；（8） 光滑剂变质或污染；（9） 流体介质中含有磨粒；（10） 操纵的或规定的环境不适当。 上面列举了可能引起设备系统失效的一些主要要素，所以这并非全部要素。还应指出，在某一
11、大方面（如热处理不当）的要素中，有的还能够往前追查缘故，例如关于热处理不当的淬火裂纹，还可进一步分析其缘故，如表2-2所列举的。表2-2 导致构成淬火裂纹的要素1.材料要素（1） 原材料已有缺陷a. 宏观偏析；b.固溶体偏析；c.原有裂纹；d. 严峻脱碳；e.夹杂严峻；f.疏松；g.夹渣（2） 原始组织不良a. 晶粒粗大；b.魏氏组织；c.组织应力；d. 锻造流线；e.碳化物带状组织；f. 铁素体-珠光体带状组织（3） 轧制缺陷或锻造缺陷（4） 溶进氢（5） 选材不当2.工艺要素（1） 机加工不良a.印压痕； b.刀痕（2） 零件外形不合理（3） 没有预热，加热速度太快（4） 奥氏体化温度过高
12、（5） 保温时间过长（6） 表层脱碳（7） 渗碳淬火处理中渗碳量过多（8） 淬火冷却速度太快（9） 加热或冷却不均匀（10） 淬火后未及时回火，容许温度降得太低（11） 掉入油槽底部，因底部有水淬裂（12） 冷却介质选择不当关于使用中承受交变载荷的部分出现的早期疲劳断裂，也可进一步分析其失效缘故，如表2-3所示：表2-3 金属部件疲劳失效的诱发要素外因1.工作条件（1） 加载频率a.低周高应力； b.频繁断续加载（2） 超转速（3） 工作温度a.过低或过高； b.波动大（4） 环境介质a.腐蚀性气氛或介质；b.碱性清洗剂腐蚀；c.点腐蚀；d.环境氢；e.光滑剂不合要求（5） 使用载荷集中（6）
13、 应力-时间曲线形状（7） 非零的平均应力2.振蚀（微振磨损）3.累积损伤内因1. 材料化学成分不合格2. 宏观组织的均匀性不合格3. 金相组织不合格（1） 晶粒粗大或混晶；（2）存在魏氏组织；（3） 带状组织严峻； （4）氧化物夹杂不合格；（5） 皮下碳化物聚拢4. 材料内部缺陷a.冶炼缺陷； b.铸造缺陷； c.锻造缺陷； d.焊接缺陷；5. 热处理缺陷6. 机加工引起的（包括设计的）缺陷a.外表加工粗糙； b.外表擦伤、划伤；c.外表剩余拉应力； d.校直不当造成的剩余拉应力；e.压印标记造成的剩余拉应力；f.开孔位置错误；g.倒角锐利； h.电弧烧伤应力集中；i.焊点应力集中； j.外
14、形截面突变三、依照部件失效方式分析 机械产品一旦失效，一般表现为过量变形、外表损伤、破裂或断裂三种主要方式。这些类型还要进一步按失效方式再细分类。下面表2-4是按实际观察到的一些失效模型所作的分类。表2-4 金属零部件的各种失效方式1.过量变形（1）力和温度或者力或温度引起弹性变形（2）屈从（3）压痕（4）蠕变（5）冲击变形2.外表损伤（1）磨损a.粘着磨损； b.磨粒磨损； c.腐蚀磨损； d. 变形磨损； e.冲击磨损； f.微振磨损；g. 接触疲劳磨损； h.剥落（2）腐蚀a. 均匀腐蚀； b.缝隙腐蚀； c.电池作用腐蚀； d. 点腐蚀； e.晶间腐蚀； f.选择浸出；g. 冲蚀； h
15、.气蚀； i.氢损伤； j.生物腐蚀；k. 应力腐蚀；l.微振腐蚀3.断裂（1）延性断裂（2）脆性断裂（3）冲击断裂（4）疲劳断裂a.高温疲劳； b.高周疲劳； c.低周疲劳； d. 热疲劳； e.接触疲劳； f.冲击疲劳；g. 腐蚀疲劳； h.微振疲劳（5）应力持久断裂（6）蠕变-疲劳复合断裂六、依照部件和设备类别分析1. 轴类零件的失效缘故轴类的失效方式，有以下12种：（1） 单向弯曲疲劳；（2） 双向弯曲疲劳；（3） 旋转弯曲疲劳；（4） 改变疲劳；（5） 接触疲劳；（6） 微振疲劳；（7） 脆性疲劳；（8） 延性疲劳；（9） 塑性变形；（10） 磨损失效；（11） 蠕变断裂；（12）
16、腐蚀断裂。常见的有弯曲疲劳损坏、改变疲劳损坏、复合的（弯曲和改变）疲劳损坏、和超载或撞击的延性断裂。引起轴类失效的缘故如表2-8和表2-9所示。表2-8 轴类失效的缘故与诱发要素1.设计不当（1） 应力集中（键槽端、压配合键端、油孔边轴肩内圆角、内角锐利、横截面突变）（2） 振动2.材料咨询题（1） 冶金缺陷（锻造折叠、皮下缺陷、非金属夹杂偏聚）（2） 化学成分或力学功能与说明书不合（3） 韧-脆转变温度过高（4） 对氢脆、碱脆、回火脆敏感3.制造缺陷（1） 感应加热裂纹（2） 电火花加工孔边裂纹（3） 淬火裂纹（4） 加工刀痕，磨削损伤（5） 认别标记4.装配不当合轴偏心5.维护使用不当（1
17、） 恶劣的作业条件（2） 不正当使用（冲撞、改变超载）（3） 砂子和金属粒子引起的震动、磨损（4） 电腐蚀（5） 修理不当表2-9 联邦德国阿利安茨技术中心19681975年间对传动轴和支承轴失效案例统计失效缘故失效实例分布率，%失效位置失效实例分布率，%产品缺陷 a运转失误毛病 b外界妨碍 c603010构造上的缺口处有腐蚀的部位其它位置80155a. 包括制订产品规划和设计的失误（构造规划不合理、计算错误、几何形状不合理、选材不当等）。制造工艺和处理工艺所造成的缺陷（如焊接、铸造、热处理、机加工缺陷等），装配或安装造成的缺陷，以及混料、用错料等缘故引起的失效。b. 如因振动造成的松动、平安
18、保护装置失灵，伺服设备毛病、磨损、腐蚀、失效老化等引起的失效。c. 如自然灾祸、异物侵袭、电网超高压等造成的失效。2. 滑动轴承的失效缘故滑动轴承失效的表现方式，常见的是轴瓦上有磨损沟槽、腐蚀斑块，剥落和麻点。其缘故和诱发要素列于表2-10。表2-10 滑动轴承失效的缘故和诱发要素1.机加工质量差（1） 外表精整质量差（2） 划伤（3） 尺寸规格不稳定（4） 尺寸不合格2.灰尘（脏）大的灰尘颗粒被嵌镶到软的轴瓦中3.光滑不良（1） 外部漏油（2） 吸油内网堵塞（3） 油泵有缺陷（4） 油路堵塞或泄漏（5） 减压阀弹簧失效（6） 轴承严峻磨损（7） 油孔位置不当，没对正供油孔（8） 燃料渗入变稀
19、（9） 光滑剂变质（10） 粘滞性不适宜4.装配不正确（1） 轴瓦匹配颠倒（2） 轴颈有锥形（3） 轴瓦内孔失圆（4） 压贴过紧或缺乏（5） 连杆中心线不同轴（6） 不正当压扁5.连杆中心线不同轴使连杆被弄弯的缘故（1） 违背操作规程，强拖发动（2） 安装错误（3） 连杆装入前，随意放置或挪动粗心6.超载，冲击加载7.腐蚀（1） 光滑油中有酸的生成物（2） 光滑油温过高（3） 光滑油选用不当8.漏电3. 滚动轴承的失效缘故不同的失效缘故造成滚动轴承失效的方式也大不一样，说明于表2-11和表2-12。4. 弹簧的失效缘故弹簧失效的主要方式是疲劳断裂和脆性断裂。其次是腐蚀断裂、应力腐蚀断裂、氢脆、
20、黑脆、松弛、变形和磨损。现将弹簧脆断和疲劳断裂的缘故和妨碍要素列表于2-13。至于两种断裂的特征，横向平断口上无贝壳把戏的为脆断；斜断口上有贝壳把戏的为疲劳断。表2-11 滚动轴承失效的缘故及其对应的损坏方式失效缘故详细案例缘故与缘故对应的损坏方式1.光滑油污染（1） 水汽（2） 磨料（3） 外界物质（大颗粒尘土，金属屑）（1） 腐蚀（1）+（2）划伤、擦伤（2） 发灰、变色（3） 磨损、起麻点、剥落2.光滑不正确（1） 完全没有光滑油（2） 供油量太少（3） 光滑油品种不对（4） 光滑油太多太稠（5） 光滑油等级或密度不对（6） 连续供油（1） 过热软化（2） 擦伤、咬合（2）、（3）、（5
21、）粗糙化、起麻点、剥落（4）金属涂抹（7） 保持架破裂（8）3.安装不正确（1） 预压过大（2） 调整过紧（3） 强装（4） 外圈与壳体配合过松（5） 轴与轴承内孔配合过松（6） 装配过紧（7） 使用不正确工具（1）、（2）类似光滑缺乏引起的损伤（3） 圈开裂（4） 摩擦腐蚀（5） 蠕变磨损（6） 疲劳至剥落（7） 损伤保持架4.拿放保管粗心（1） 锤击工具（冲子）敲装（2） 手锤敲击座圈（3） 冲头挖伤油封（4） 保管粗心摔伤（5） 保管或安装时装击成凹坑（1） 外环出现缺口（2） 裂纹（3） 损坏保持架（4） 引起早期疲劳断裂（5） 外圈刻裂5.中心洗线失调（1） 轴弯曲（2） 轴承与轴承
22、座之间夹有外界物质（3） 轴向游隙过大（1） 磨损、早期疲劳断裂（2） 磨损、早期疲劳断裂（3） 内圈内孔一侧严峻磨损6.繁重作业（1） 短时期内特别沉重的冲击载荷（2） 轴向游隙大加上下振动（3） 速度和载荷过大（4） 振动使滚动体在不动的座圈上前后滑动（1） 座圈压痕，座圈和滚动体破裂（2） 座圈破裂（3） 座圈外表片状剥落（4） 凹沟痕迹7.振动磨损加撞击压坑8.漏电电麻坑表2-12 滑动轴承和滚动轴承失效案例缘故的统计分布失效缘故损坏案例的分布率. %滚动轴承（1400例）滚动轴承（530例）1. 产品失效（1） 质量低劣（2） 计划、设计和计算的错误及工艺缺陷（3） 轴承各部件材料使
23、用不当2. 运转失误（1） 操作失误、维护不当和监控装置失效（2） 连续运转中磨损3. 外界妨碍 （例如在异常情况下运转造成的损坏）30.114.413.81.965.937.428.54.04.023.410.79.13.669.639.130.57.07.0表2-13 弹簧脆性断裂和疲劳断裂的缘故断裂方式断裂缘故及妨碍要素1.脆性断裂（1）材料缺陷外表缺陷a. 外表裂纹b. 冷拔或冷绕留下的折叠或刻痕c. 磨光钢丝的横向磨痕、麻点碰伤外表脱碳内部缺陷a. 粗大夹杂b. 层状构造c. 晶粒异常粗大d. 马氏体脆性相（2）制造及热处理方法不当a. 成形不当b. 机加工不当c. 组织不正常d.
24、过热或过烧e. 淬火裂纹f. 电镀不当g. 其它工艺不当（如除氢不尽）2.疲劳断裂（1）材料缺陷a. 化学成分不当b. 魏氏组织c. 外表缺口d. 横向微裂纹e. 小孔f. 皱皮g. 折迭h. 麻坑i. 分层j. 皮下碳化物（2）设计不当a. 弹簧指数和硬度配合不当b. 截面尺寸小c. 转速过高，应力循环快（3）制造工艺不当a. 拉拔过度引起撕裂b. 工具伤痕c. 锐利弯曲d. 绕簧刻痕或裂纹e. 焊接缺陷f. 外表脱碳g. 酸洗电镀除氢不尽h. 外表喷丸不当i. 店触点、加热过热、电弧坑（4）维护操作不当a. 冲击载荷频繁b. 载荷偏心c. 过载d. 腐蚀、微振腐蚀e. 温度过高或过低f.
25、磨损5. 齿轮的失效缘故 齿轮损伤的方式，主要表现为断齿和齿面损伤。现将齿轮失效方式和失效缘故列表如下。表2-14 齿轮失效的方式、形貌和缘故失效方式损伤形貌导致失效缘故齿断裂强迫断裂（1） 脆性断裂的断口粗糙，露出晶粒；（2） 韧性断口平滑（1） 机组配合一方损坏造成忽然超载（2） 操纵离合器或换档不正确引起撞击（3） 掉进异物卡住掰断（4） 电力切换扭矩过大疲劳断裂（1） 细晶粒断口有贝壳把戏（2） 有褐色微振磨损区（1） 重载荷加振动（2） 齿面载荷分布不当（3） 尺寸不够大（4） 材料缺陷（5） 锻造缺陷（6） 冲击（7） 中心轴线调整误差（8） 异物卡死（9） 运转不平稳（10） 热
26、处理不当齿面损伤麻点齿面多孔凹坑（1） 载荷过大、振动（2） 啮合不正确齿面载荷分布不良（3） 材料不适当（4） 机加工缺陷失效方式损伤形貌导致失效缘故齿面损伤麻点齿面多孔凹坑（5） 热处理缺陷（6） 尺寸缺乏齿面损伤齿面剥落大鳞片状剥落（1） 接触疲劳（2） 齿面有剩余应力（3） 材料缺陷（4） 热处理缺陷（5） 机加工缺陷氮化层剥落棱边锐利的片状剥落超载加振动正常磨损齿面光滑光滑剂缺乏或选用不当磨料磨损齿面有擦痕，磨耗明显光滑剂中有硬粒子杂质不正确啮合磨损齿根或齿顶发生挤压、刮削两中心线相距太小波状磨损齿面有波浪振动咬接（Scuffjng）擦痕、擦伤（1） 超载（2） 材料或光滑剂选用不当
27、（3） 齿面粗糙度数值太大塑性变形变平、波浪、飞边、毛刺（1） 持续超载（2） 冲击载荷（3） 光滑缺乏过热外表裂纹齿面网状裂纹磨削过热淬火裂纹长条延伸热处理不当磨削裂纹非常细的网状纹磨齿过热材料裂纹细线状夹渣或锻造折叠痕产生超载裂纹过大扭矩冲击退火齿面蓝色（1） 超载下过度摩擦（2） 光滑剂缺乏（3） 冷却光滑设备损坏（4） 转速过高腐蚀齿面疏松，粗糙或出现麻点水汽进入光滑剂电流损伤小电流蚀坑，边框有颜色圈接地不良气蚀齿面出现喷砂状小坑光滑剂中气泡注：1. 上述失效方式中，以疲劳断裂、麻点、磨损和咬接四种最常见。 2. 麻点、齿面剥落、磨损、咬接、塑性变形和裂纹都能促进疲劳断裂，其中的后二种常导致疲劳断裂。17