金属失效分析有什么作用

随着科学技术和工业生产的迅速发展，人们对机械零部件的质量要求也越来越高。材料质量和零部件的精密度虽然得到很大的提高，但各行业中使用的机械零部件的早期失效仍时有发生。通过失效分析，找出失效原因，提出有效改进措施以防止类似失效事故的重复发生，从而保证工程的安全运行是必不可少的。

相关行业

汽车零部件、精密零部件、模具制造、铸锻焊、热处理、表面防护等金属相关行业。

常见失效模式

断裂： 韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、液态金属脆化、氢脆

腐蚀： 化学腐蚀、电化学腐蚀

磨损： 磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨损、变形磨损

其他： 功能性失效、物理性能降级等等

金属失效分析的意义

1. 减少和预防产品同类失效现象重复发生，减少经济损失，提高产品质量；

2. 为裁决事故责任，制定产品质量标准等提供可靠的科学技术依据。

失效分析常用手段

（1）断口分析：

分析断裂源、断口特征形貌，并分析这些特征与失效过程的相互关系。

解理断裂 沿晶断裂

（2）金相组织分析

评估组织级别、工艺匹配程度、缺陷等级等等。

（40Cr钢：回火S+部分T+条状及网状F，根据GB/T 13320评级为5.5级。并且受带状组织的影响，组织具有不均匀性。） （锌铝合金过时效：析出相增多，形状改变，颗粒聚集，并变得粗大）

（3）成分分析：

SEM/EDS；

ICP-OES；

XRF；

火花直读光谱。

（4）痕迹分析：

分析失效件与成型、使用、环境交互影响留下的细微痕迹。

（5）热学分析：评判材料在热环境使用的合理性。

（6）机械性能分析：评估力学强度、硬度、热性能等指标是否符合使用要求。

（7）微区分析：分析表面形貌及微区成分，为失效机理推断提供定性定量依据。

（8）极表面分析：对极表面腐蚀产物、微量异物进行定性定量分析。

（9）痕迹分析：分析失效件与成型、使用、环境交互影响留下的细微痕迹。

（10）现场工艺及使用环境的考察验证。

疲劳磨损：摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的磨损称为疲劳磨损。如滚动轴承的滚动体表面、齿轮轮齿节圆附近、钢轨与轮箍接触表面等，常常出现小麻点或痘斑状凹坑，就是疲劳磨损所形成。

机件出现疲劳斑点之后，虽然设备可以运行，但是机械的振动和噪声会急剧增加，精度大幅度下降，设备失去原有的工作性能。因此，所生产的产品的质量下降，机件的寿命也要迅速缩短。

出现疲劳磨损的主要原因是在滚动摩擦面上，两摩擦面接触的地方产生了接触应力，表层发生弹性变形。在表层内部产生了较大的切应力（这个薄弱区域最易产生裂纹）。由于接触应力的反复作用，在达到一定次数后，其表层内部的薄弱区开始产生裂纹，届时，在表层外部也因接触应力的反复作用而产生塑性变形，材料表面硬化，最后产生裂纹。总而言之，是在材料的表面一层产生了裂纹。因为最大切应力与压应力的方向呈45°角，所以，裂纹也都是与表面呈45°角。在裂纹形成的两个新表面之间，由于润滑油的楔入，使裂纹内壁产生巨大的内压力，迫使裂纹加深并扩展，这种裂纹的扩展延伸，就造成了麻点剥落。由此可见，接触应力才是导致疲劳磨损的主要原因。降低接触应力，就能增加抵抗疲劳磨损的强度。当然改变材质也可以提高疲劳强度。此外，润滑剂对降低接触应力有重要作用，高黏度的油不易从摩擦面挤掉，有助于接触区域压力的均匀分布，从而降低了最高接触应力值。当摩擦面有充分的油量时，油膜可以吸收一部分冲击能量，从而降低了冲击载荷产生的接触应力值。

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