工程材料失效分析.pptx

工程材料失效分析

2023/12/192§1概述问题分析失效/事故失效分析抗失效技术一般失效轻微失效设计过程使用过程方法技能基础知识

2023/12/1932.失效程度严重事故零件部件机器设备系统设备轻微失效中度失效xx失控/爆炸等断裂/应力腐蚀开裂/氢脆等变形/磨损/轻微腐蚀等1.什么是失效？失效是对设备及其构件再使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。一、失效与事故

2023/12/194★不可查的：太多太多！3.频发性★可查的：资料、图书、档案、网络国家安全生产监督管理总局4.失效、事故的损失及危害★直接的★间接的★目前的★长期的

2023/12/195二、抗失效意义1.促进科学技术的发展例1：19世纪中期，火车轴频发断裂，原因是疲劳。疲劳的研究促进了断裂力学和材料强度学的发展。例2：二战期间，美国焊接结构“自由轮”在美国-冰岛-英国航线上发生千余次断裂破坏事故，原因是碳钢和低台金钢在低温出现脆性。低温脆性的研究促进了低温材料的发展。

2023/12/1962.提高构件、装备的质量例1：日本问题轿车的召回制→零件内在质量大大提高3.提高经济/社会效益例2：20世纪20年代→奥氏体不锈钢的腐蚀失效→提出晶间贫铬腐蚀／选择性腐蚀／沉淀相腐蚀理论→开发不锈钢新钢种

2023/12/197三、失效形式及原因1.失效形式变形失效断裂失效腐蚀失效磨损失效局部腐蚀失效均匀腐蚀失效塑性变形失效弹性变形失效疲劳断裂失效韧性断裂失效脆性断裂失效

2023/12/1982.失效原因设计不合理，如工程设计训练选材不当及材料缺陷制造工艺不合理使用操作不当和维护不当

2023/12/199举例：设计不当容器碟形封头按GBl50规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求过渡区尺寸r／Di≥0.06％，后修订为按r／Di≥0.10％进行结构设计，大大减少了过渡区失效的发生。

2023/12/1910无折边锥形封头使用范围半锥角α≤30°也是失效得来的教训。2004年，某酒精厂蒸煮锅上封头采用α=80°的无折边锥形封头，在0.5MPa的工作压力下操作发生爆炸引起事故。改进

2023/12/1911举例：选材不当1)构件高温蠕变失效屡见不鲜某厂的火管锅炉，壳体材料为16MnR，火管材料为10g无缝钢管，流体入口温度超过1000℃，出口温度为240℃，压力为4MPa。此火管使用一段时间后，局部过热而烧穿。原因：高温炉管选材不合理，应选含Cr、Mo高的合金钢管替代10g钢。

2023/12/19122)某厂原使用一台进口的管壳式热交换器，壳体及管子均为18-8铬镍不锈钢，基于生产需要按原图纸再加工一台，把壳体改为低碳钢/18-8铬镍复合钢板，管子仍为18-8铬镍不锈钢，投入使用即发生壳体横向开裂。原因：①管壳因材料热膨胀系数差异引起过大的轴向温差应力；②选用复合钢板后未对换热器结构作改进。

2023/12/1913四、与其它学科的关系失效分析可靠性分析质量管理测试技术无损检测工程力学概率统计系统工程模糊数学机械设计工艺学腐蚀科学摩擦学断口学痕迹学裂纹学金相学材料学断裂物理断裂力学断裂化学1.与基础学科的关系

2023/12/1914●与基础学科结合2.与基础学科交叉融合失效分析化学力学物理数学失效机理学可靠性数学失效数学损伤力学失效力学失效环境学失效化学

2023/12/1915●与应用学科结合失效机械设计学失效材料学失效机械制造学失效环境学失效方法学机械设计学工程力学断裂力学＋失效分析物理冶金学力学冶金学材料工艺学＋机制工艺学机修知识＋腐蚀学摩擦学＋无损探伤/模糊判断学微分析学/数理统计学金相学/可靠性工程学＋

2023/12/1916五、失效分析发展概况1.发展历程特征年代阶段1950’S～至今工业革命前～1940’S工业革命前①现代物理检测技术②集断裂特征分析、力学分析、结构分析、材料抗力分析和可靠性分析于一体③全国性失效分析中心及失效分析学会成立④出现大量的失效分析专著和论文集宏观检测和光学金相观测分析现象描述和凭经验分析现代失效分析近代失效分析初级分析

2023/12/19172.国内外失效分析现状1)中国◆1970后为失效分