零件失效分析方案设计
失效分析方案
失效分析方案一、引言失效分析是指通过对失效部件或系统的实物、历史数据、现场情况等进行研究和分析，找出失效原因和规律，以制定相应的解决方案。
失效分析在工程技术和产品开发中起着重要的作用，能够帮助我们定位问题、改进设计和提高可靠性。
本文将针对失效分析的具体步骤和相关工具进行详细介绍。
二、失效分析步骤失效分析一般包括以下几个步骤：2.1 收集信息在进行失效分析之前，需要收集相关信息，包括失效部件或系统的历史数据、技术规格、工作环境等。
这些信息对于分析失效原因和制定解决方案非常重要。
可以通过调查问卷、现场观察和采集资料等方式获取所需信息。
2.2 确定失效目标失效目标是指要分析的失效部件或系统。
根据收集到的信息，确定需要进行失效分析的具体对象。
例如，如果是对某个机械零部件的失效进行分析，则失效目标可以是这个零部件的某个具体型号或批次。
2.3 进行失效模式分析失效模式分析是寻找失效原因的重要方法。
通过对失效部件或系统的实物进行观察和测试，确定其失效模式。
失效模式可能是由于材料疲劳、设计缺陷、制造问题等引起。
通过分析失效模式，可以初步判断可能的失效原因。
2.4 进行实验和测试为了进一步验证失效模式和找出具体的失效原因，需要进行实验和测试。
可以通过对失效部件进行实验加载、材料结构分析、金相测试等方式，找出可能的失效原因。
同时，还需要记录实验和测试过程中的数据和观察结果，为后续的分析提供依据。
2.5 分析失效原因在收集到足够的信息和实验数据后，可以进行失效原因分析。
根据实际情况，可以采用多种方法进行分析，如质量分析、故障树分析、因果分析等。
通过分析失效原因，找出导致失效的根本原因，并制定相应的解决方案。
2.6 制定解决方案最后，根据对失效原因的分析，制定解决方案。
解决方案应该针对具体的失效原因，从材料、设计、制造等方面进行改进或优化。
制定解决方案时应注意可行性和经济性，并进行风险评估。
同时，还需要考虑后续的执行和跟踪，确保解决方案的有效性。
汽车零件失效分析
6、能谱成分分析
对壳体材料和组织中的条状物进行成分分析。
成分分析结果：
元素 Al Si Fe Cu
合金
83.63
13.69 1.24 1.45
38.97 0.35 0.89
条状物 59.78
合金的成分接近于铸造铝合金ZL102(ZL102 成分: 90～87%Al, 10～13%Si)。 含有Fe, 生成有害相细针状的Al-Si-Fe化 合物, 降低了该合金的韧性。 条状物的Si含量很高, 确定其为Si晶体。
裂纹的起始位置均在壳体侧面下方的交界处。 壳体侧面的内表面呈135°和90°夹角, 无 明显的过渡园角。 裂纹扩展方向与该处所受拉应力的方向垂直。
2、现场调研
离合器安装情况：离合器左边与发动机相 联, 右边与变速器相联。 离合器壳体受到较大弯矩作用。发动机工 作时, 壳体受到强烈振动。 壳体下部受到瞬时大的拉应力作用, 在应 力集中处容易产生裂纹造成开裂或破断。
7、硬度测定 (1) 布氏硬度测定 硬度为54～61HB。该壳体的硬度值与铸造铝 合金ZL102的硬度相近。 (2) 显微硬度测定 白色块状物 65HV0.02
条状物
75HV0.02
合金的硬度较低, 反映该合金的强度 也较低, 只能用于对强度要求不高的铸件。
8、断裂原因分析 (1) 所用材料强度低, 气孔多。合金含铁 量高, 出现较多的针状Al-Si-Fe化合物, 使韧 性大大降低。 (2) 壳体两侧面的内表面无明显的过渡园 角, 导致应力集中。 (3) 安装结构不甚合理, 导致壳体承受弯 矩过大, 振动厉害。易于开裂。 (4) 壳体受弯矩作用, 同时受到强烈振动, 迭加了扭矩, 在壳体应力集中处产生微裂纹, 裂纹扩展, 导致开裂、破断。
机械零件的失效分析
失效分析方法和技术
1
外部检查
通过外部观察和测量，我们可以找到外部因素对失效的影响。
2
内部检查
通过内部切割和断面观察，我们可以了解零件的内部结构和缺陷情况。
3
材料分析
使用材料分析技术，如金相显微镜、扫描电镜等，可以帮助我们研究材料性质和 缺陷。
实例：钢件的疲劳失效分析
失效模式分析
通过分析钢件的疲劳失效形态， 我们可以确定失效模式和机制。
老化特征
通过观察塑料件的颜色变化、表面开裂等现象， 可以判断是否发生老化。
替代材料
通过寻找抗老化性能更好的材料，可以延长塑料 件的使用寿命。
结论和总结
机械零件的失效分析是提高产品可靠性和寿命的重要工具。通过深入研究失 效模式和原因，并采取相应的改进措施，我们可以更好地理解和应对机械零 件失效问题。
通过了解失效原因，我们可以改进设计、材料和制造过程，提高机械零件的可靠性和寿 命。
失效分析的基本原理
1 失效模式与机理
了解失效模式和机理可以帮助我们快速定位和识别失效的根本原因。
2 数据收集与分析
通过收集和分析失效数据，我们可以找到共同点和规律，帮助我们预测和预防将来的失 效。
3 实验与测试
通过实验和测试，我们可以验证我们对失效原因和机制的假设，从而得到更可靠的结论。
断口分析
观察钢件的断口形态，可以帮助 我们了Байду номын сангаас失效的根本原因。
金相分析
通过金相显微镜观察钢件的显微 组织，可以揭示材料的缺陷和组 织性质。
实例：塑料件的老化失效分析
老化机制
塑料件的老化失效通常由紫外线辐射、热氧化、 水解等因素引起。
老化测试
金属零件失效分析
未及时发现和修复金属零件的损伤，可能使其在使用过程中发生突 然失效。
其他原因分析
材料缺陷
金属材料本身存在的缺陷，如夹杂物 、偏析等，可能导致其在使用过程中 发生失效。
外力损伤
金属零件在使用过程中受到外力损伤 ，如撞击、挤压等，可能导致其发生 变形或断裂。
04
金属零件失效预防措施
研究展望
• 针对新型金属材料（如高强度轻质合金、非晶合金等）的失效问题，需要深入 研究其失效机制和规律，建立更加完善的失效分析方法。
• 随着无损检测技术的发展，未来可以利用更加先进的检测手段（如超声检测、 X射线检测等）对金属零件进行早期预警和实时监测，提高失效预测的准确性 和及时性。
• 在失效分析过程中，应加强计算机模拟技术的应用，通过建立数值模型和仿真 分析，对金属零件的失效过程进行模拟和预测，为实际应用提供更加可靠的依 据。
目的和意义
通过对金属零件失效的分析，可以找 出失效原因，预防类似失效的再次发 生，提高机械装备的可靠性和安全性 。
同时，失效分析还可以为新材料的开 发和现有材料的改进提供理论依据和 实践指导，促进材料科学的发展。
02
金属零件失效类型
断裂失效
总结词
断裂失效是金属零件最常见的失效形式之一，表现为零件在应力作用下发生的 断裂现象。
磨损和腐蚀失效分析涉及对金 属零件表面形貌、成分、硬度 等方面的检测，以确定磨损和 腐蚀的原因和程度，并提出相 应的防护措施。
某化工设备中的金属管道在使 用过程中发生严重磨损和腐蚀 ，导致介质泄漏。通过失效分 析发现，管道内壁存在介质冲 刷和腐蚀性物质的共同作用， 导致表面损伤。
建议加强管道内壁防腐涂层保 护；同时优化介质输送方式， 减少对管道内壁的冲刷磨损。
机械零件失效分析
机械零件失效分析机械零件是构成机械设备的基本组成部分，其质量和性能的好坏直接关系到整个机械设备的可靠性和安全性。
然而，在机械设备的长期运行中，由于各种原因，机械零件可能会出现失效现象。
失效分析是一种通过分析失败机械零件的失效原因来帮助我们改进设计、制造和维修策略的方法。
一、失效类型机械零件的失效类型多种多样，常见的包括疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效等。
疲劳失效是指材料在交变载荷作用下的长期疲劳过程中逐渐出现的损伤。
磨损失效是指机械零件在运行过程中由于与其他零件或外界环境的摩擦而造成的表面磨损。
腐蚀失效是指机械零件由于环境中的化学腐蚀而失效。
断裂失效是指机械零件由于超过其承载能力而发生断裂。
二、失效原因机械零件失效的原因也是多种多样的，常见的有材料问题、设计问题、制造问题、装配问题、使用问题等。
材料问题是指机械零件材料的质量或性能不达标，如含气体、夹杂物、晶粒非均匀等。
设计问题是指机械零件在设计过程中存在结构强度不足、刚度不够的问题。
制造问题是指机械零件在加工过程中存在加工质量不合格、工艺控制不严等问题。
装配问题是指机械零件在装配过程中存在装配不当、配合间隙设计不合理等问题。
使用问题是指机械零件在使用过程中存在操作不当、润滑不足等问题。
三、失效分析方法失效分析是通过分析失效零件的失效样品、现场情况以及相关维修记录来查找失效原因。
常用的失效分析方法包括物理分析、化学分析、力学分析、金相分析等。
物理分析是通过观察失效零件的外部形态和内部结构来判断失效形式。
化学分析是通过对失效零件进行化学成分分析以及腐蚀产物分析来判断失效原因。
力学分析是通过对失效零件进行力学性能测试以及有限元分析等方法来判断失效原因。
金相分析是通过对失效零件进行金相组织观察以及晶体学分析等方法来判断失效原因。
四、失效分析结果的应用失效分析的最终目的是为了指导我们改进机械零件的设计、制造和维修策略，提高机械设备的可靠性和安全性。
DFMEA设计失效模式及后果分析
设计评审
3
设计评审
中间开口、 开孔或边沿 无尖角、无
尖边缘
中间开口、开孔 或边沿有尖角、
尖边缘
外观不良，易产生飞边，并导致 后期修整困难
6
圆柱、卡扣 座、安装筋 等结构强度
足够
圆柱、卡扣座、 安装筋等结构强 加强筋少、矮，壁厚太薄 度不够，易断裂
6
安装方便
安装困难 效率低、拆卸不方便
8 SC 材料不合格 2
耐高温性 不耐高温性 性能下降、强度下降发粘异臭味 8 SC 材料不合格 2
耐热循环性 能良好
耐热循环性能差 易变形、早期失效
耐振动性性 能良好
耐振动性性能差
易变形、断裂、脱落
振动性耐久 振动性耐久性能
性能良好
差
易断裂、早期失效
耐气候老化 耐气候老化性能
性能良好
差
变色、早期失效
试验验证
3
将窄、细、薄等部位加强
设计评审
3
将要求明确的告知造粒车间
试验验证
4
增加定位点
设计评审
3
将要求明确的告知造粒车间
试验验证
4
设计定位面、槽、柱等结构
设计评审
5
图样评审、数模验证
2
设计评审
2
设计评审
2
在三维数模进行面分析
设计评审
壁厚不能超过本体壁厚的1/3，最大不 3 能超过1/2。必须超过时，须对根部进
6
产品易于涂 装
产品难涂装 外观不良
6
尽量避免嵌 件结构 嵌件数量多
效率低、不安全、易损伤模具或 产品
6
嵌件不脱落 、不转动
机械零件的失效分析
u : 弹性能
u
1
2
e e
1
2 e
2E
4. 塑性 是指材料断裂前发生塑性变形的能力。常用
断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。
断后伸长率 LL0 100%
L0
断面收缩率 A0 A100%
A0
显然，断后伸长率和断面收缩率越大，材料的 塑性越好。
5. 硬度 表征材料软硬程度的性能，具体来说是指材
其他材料的应力－应变曲线 1–纯金属, 2–脆性材料, 3–高弹性材料
二、静载性能指标
1. 刚度 —零（构）件受力时抵抗弹性变形的能力，它
等于材料弹性模量与零（构）件横截面积的乘积。
单向拉伸(或压缩):
E F A EA F
纯剪切:
G F A G A F
第一章机械零件的失效分析
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
2. 零件失效的原因：为了预防零件失效，必须做到设 计正确，选材恰当和工艺合理。为此，我们不仅要 熟悉零件的工作条件，掌握零件的受力和运动规律， 还要把它们和材料的性能结合起来，即从零件的工 作条件中找出其对材料的性能要求，然后才能做到 正确选择材料和合理制定冷、热加工的技术条件及 工艺路线。 而研究零件各种形式的失效是深刻了解零件工作 条件的基础。
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
3. 常见的失效方式
过量变形 Excessive deformation 断裂 Fracture 疲劳 Fatigue 磨损 Wear 高温蠕变 High temperature creep 腐蚀 Corr形
失效分析实例
材料失效分析
材料失效分析
2、实验过程
• 图7 .58是两个断口表面的低倍放大照 片，图7. 59 和这两个端口表面的位 置和方向。在照片中分辨出两个明显 的区域：外表面，即承受载荷时的最 大纤维应力区，没有发生尺寸改变的 迹象，而在中心区域则看到一些尺寸 改变。此外在表面上有一些明显的塑 性变形，应该是发生最后断裂的地点。 • 将钳柄上的塑料套剥掉以曝露钳柄的 区域。钳的前部镀铬，直至塑料套的 边缘。钳柄的表面上有一层乌黑的物 质，该钳必定是要装塑料套后再进行 电镀的。表面上的乌黑层或是塑料套 留下的，或是一种热处理造成的。 • 目视检查后，分三步进行分析以决定 失效的原因。首先评价对改签剪线操 作的设计应力水平，之后对所用材料 及热处理工艺进行金相检验，最后利 用扫SEM对断口进行仔细的检验
材料失效分析
3、实验结果
• 断口形貌
低倍放大的断口形貌如图7.28所示，没有宏观塑性变形的迹 象。裂纹从左边缘向内扩展通过厚度1/4左右，断裂表面粗糙无 规律，而其余的断口表面是光滑的，在光滑的表面上可以看到贝 壳状花纹，故断裂模式是疲劳。粗糙的断口表面显示出这是最后 因超载而分离的区域并向前扩展到一个孔的边缘，表明疲劳裂纹 不是起源于此孔的边缘，而是沿着右边缘的。这一点在观察断口 表面时也就是在切开试样之后得到证实。贝壳状条纹的弯曲部分 表明疲劳裂纹直接起源于另一螺栓孔的下面(图7 .29)，与围绕 该螺栓孔的同心圆槽重合 • 在接近末端处偏离开其中之一螺棒孔的断口表面已严重研 磨（但仍能看到有贝壳状花纹）（图7. 28）而另一端则很少的 磨损伤，并发现有疲劳条纹（图7.31）（疲劳条纹在显微组织复 杂的钢中不常出现。本案例中的显微组织主要是晶粒尺寸均匀的 单相铁素体。）试块切开后产生的断口表面如图7 .32所示，且 有韧窝状的形貌，表面这个区域是因空洞聚集而产生的 •
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零件失效分析方案设计
实验目的
⑴了解失效分析的基本方法与基本技术；
⑵了解断裂零件断口的宏观形貌特征与失效模式、失效原因之间的关系；
⑶分析材料组织、性能对零件加工及使用过程中失效的影响；
⑷通过分析，提出预防和改进的措施。
实验仪器设备、失效零件
照相机、放大镜；
切割机、砂轮机、镶嵌机、抛光机；
洛氏硬度计；
金相显微镜、CCD数码成像系统。
失效零件选择60Si2CrA弹条。
实验原理
1．材料常见的失效形式及其判断方法；
2．材料典型断裂失效断口的形貌及其特征；
3. 断口分析技术；
4．裂源及裂纹扩展方向的判别；
5. 力学性能测试技术。
失效分析
⑴选择失效零部件，进行宏观外形与尺寸的观察和测量，拍照留据，确定重点分析的部位。
⑵调查零部件的服役条件和失效过程。
⑶查阅失效零部件的有关资料，包括零部件的设计、加工、安装、使用维护等方面的资料。
３.５：收集资料：该零件在相同＼不同工作条件下的实效形式，观察断口情况，统计相关信息；对本零件的实效可能性做出几种假设，在以后实验中留意相关证据，验证假设是否正确。
（ＰＳ：有点类似人工智能的推理模式）
⑷试验研究
实验方法与步骤
1、对整个零件进行检查，包括
（1）断裂形式、部位及塑性变形情况，并注意裂纹源区；
（2）有无腐蚀痕迹；
（3）有无磨损迹象；
（4）表面状况（有无机械损伤，颜色变化，氧化及脱碳现象）；
（5）原材料质量，加工缺陷等。
（６）注意与假设对比：看是否有假设相同的，相同则进一步验证其他的，不同则做更多的假设．ＰＳ：一定要在假设中做一条我们最后要得出的。
2、断口宏观分析
用放大镜观察断口表面，主要内容有
1.裂纹源与终止点；
2.断裂面、裂纹扩展方向；
3.断口附近的塑性变形情况；
4.断口是否清洁光亮；
5.断口结构特点、贝纹特征及终端区大小，
6.注意与假设对比：看是否有假设相同的，相同则进一步验证其他的，不同则做更多
的假设．ＰＳ：一定要在假设中做一条我们最后要得出的。
并拍照留据。
3、断口硬度检测
在断口附近取若干个样本检测点，用洛氏硬度计进行硬度检测并与标准硬度值进行比较。
4.金相检测
在断裂件上截取金相试样，经镶嵌、打磨和抛光，再用3%硝酸酒精溶液侵蚀后在金相显微镜下进行显微组织观察。
５、下结论：通过以上实验得出一个结论：
对预防该类零件的实效提出建议：
对本实验做一个总结：缺点和优点，值得改进与发扬的地方。
ＰＳ：我觉得该有这样一个过程，然后你加上大家讨论，开会得出步骤：。