金屬構(gòu)件缺陷、失效分析與實(shí)例

第1章　失效和失效分析1
1.1 失效分析的目的及意義 1
1.1.1 失效分析的目的 1
1.1.2 失效分析的意義 2
1.2 構(gòu)件失效的主要形式及其分析 2
1.2.1 變形失效 2
1.2.2 斷裂失效 3
1.2.3 腐蝕失效 6
1.2.4 磨損失效 9
1.2.5 失效模式表 11
1.3 引起失效的主要原因 12
1.3.1 設(shè)計(jì)不合理 12
1.3.2 材料缺陷 12
1.3.3 加工制造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷 12
1.3.4 操作與維護(hù)維修不當(dāng)引起的失效 13
1.4 失效分析思路及方法 13
1.5 失效分析程序和步驟 13
1.5.1 一般分析程序 13
1.5.2 斷裂失效分析的基本步驟 19
1.6 裂紋分析 20
1.6.1 裂紋及斷口檢查 20
1.6.2 力學(xué)性能測(cè)試 22
1.6.3 裂紋件的成分分析 23
1.6.4 常見(jiàn)裂紋匯總 23
1.6.5 斷裂源的幾種識(shí)別法 26

第2章　設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的失效28
2.1 常見(jiàn)的設(shè)計(jì)不合理因素 28
2.1.1 幾何形狀 28
2.1.2 對(duì)零件制造應(yīng)力認(rèn)識(shí)不足,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理 31
2.1.3 設(shè)計(jì)硬度要求不合理 33
2.1.4 選材和狀態(tài)要求不合理 37
2.2 設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的失效案例 44
2.2.1 計(jì)量泵失效分析 44
2.2.2 齒輪端面開(kāi)裂失效分析 46
2.2.3 液壓泵斜盤(pán)失效分析 49
2.2.4 齒輪泵齒輪與軸咬合失效分析 52
2.2.5 齒輪泵主動(dòng)齒輪軸折斷分析 54
2.2.6 配油盤(pán)壓印模沖頭失效分析 58
2.2.7 傳動(dòng)軸斷裂失效分析 61
2.2.8 F3主減速箱大齒輪失效分析 65
2.2.9 提升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器軸斷裂分析 70

第3章　材料缺陷與失效73
3.1 常見(jiàn)的材料缺陷 73
3.1.1 疏松 73
3.1.2 錠形偏析 74
3.1.3 點(diǎn)狀偏析 75
3.1.4 皮下氣泡 75
3.1.5 殘余縮孔 75
3.1.6 翻皮 77
3.1.7 軸心晶間裂縫 79
3.1.8 非金屬夾雜物 80
3.1.9 白點(diǎn) 89
3.1.10 異金屬夾雜 91
3.1.11 成分不均勻和軸心碳偏析 91
3.1.12 表面腐蝕 95
3.2 材料缺陷引起的失效案例 96
3.2.1 雙頭螺柱斷裂分析 96
3.2.2 托輪軸斷裂失效分析 99
3.2.3 接骨板斷裂失效分析 103
3.2.4 六角鎖緊螺栓斷裂分析 107
3.2.5 連接螺栓失效分析 111
3.2.6 A14傳動(dòng)軸淬火開(kāi)裂分析 115
3.2.7 GIS氣管連接螺母失效分析 119
3.2.8 大齒輪組裝開(kāi)裂原因分析 122
3.2.9 球磨機(jī)變速箱輸出軸斷裂分析 126
3.2.10 離合器膜片彈簧斷裂分析 130
3.2.11 解吸塔再沸器上管板失效分析 133
3.2.12 二米輾壓機(jī)錐輥軸斷裂分析 138
3.2.13 摩托車(chē)齒輪失效分析 143
3.2.14 前輪轂壓鑄模失效分析 145
3.2.15 材質(zhì)對(duì)壓鑄模具失效和使用壽命的影響 148
3.2.16 M20螺栓斷裂失效分析 158
3.2.17 高速齒輪銷(xiāo)軸開(kāi)裂失效分析 161
3.2.18 京唐大齒輪斷裂失效分析 165

第4章　鑄造缺陷與失效171
4.1 常見(jiàn)的鑄造缺陷及其影響 171
4.1.1 縮孔和縮松(疏松) 171
4.1.2 白口和反白口 174
4.1.3 球墨鑄鐵球化不良與衰退 175
4.1.4 夾渣(夾雜) 176
4.1.5 石墨漂浮(開(kāi)花狀石墨) 180
4.1.6 偏析碳化物與磷共晶的影響 182
4.1.7 鐵素體形態(tài)和數(shù)量 183
4.1.8 鑄造裂紋 186
4.1.9 灰鑄鐵件中常見(jiàn)的不良石墨形態(tài) 186
4.2 鑄造缺陷引起的失效案例 188
4.2.1 航空液壓泵斜盤(pán)斷裂分析 188
4.2.2 柴油機(jī)汽缸套的咬合損傷失效分析 190
4.2.3 隔離開(kāi)關(guān)拐臂斷裂失效分析 193
4.2.4 柴油機(jī)曲軸斷裂失效分析 196
4.2.5 轉(zhuǎn)子與柱塞卡死問(wèn)題的分析 199

第5章　鍛造缺陷與失效分析204
5.1 鍛造缺陷的常見(jiàn)形式 204
5.1.1 過(guò)熱和過(guò)燒 204
5.1.2 鍛造裂紋 208
5.1.3 鍛造折疊 214
5.1.4 模鍛件分模面裂紋 217
5.1.5 熱脆和銅脆 218
5.1.6 低合金鋼高溫內(nèi)氧化 219
5.1.7 鍛后退火不充分 219
5.1.8 鍛造白點(diǎn) 220
5.1.9 鍛造流線缺陷 221
5.2 鍛造缺陷案例 221
5.2.1 大型輸出軸齒輪開(kāi)裂分析 221
5.2.2 航空液壓泵斜盤(pán)斷裂失效分析 225
5.2.3 內(nèi)齒輪淬火斷裂分析 230

第6章　焊接缺陷與失效233
6.1 常見(jiàn)的焊接缺陷 233
6.1.1 焊接裂紋 234
6.1.2 焊縫中夾渣、氣孔和縮孔 246
6.1.3 未焊透和未熔合 249
6.1.4 咬邊 251
6.1.5 焊接預(yù)熱不當(dāng)形成的缺陷 251
6.1.6 釬焊缺陷 255
6.1.7 接觸焊常見(jiàn)缺陷 257
6.1.8 摩擦焊的缺陷與失效 261
6.2 奧氏體鋼焊接件的晶間腐蝕破壞 263
6.2.1 晶間腐蝕 263
6.2.2 刀狀腐蝕 264
6.2.3 應(yīng)力腐蝕 264
6.3 焊接缺陷引起的失效案例 265
6.3.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向器斷裂失效分析 265
6.3.2 水環(huán)真空泵葉片斷裂分析 267
6.3.3 開(kāi)關(guān)鋁筒失效分析 272
6.3.4 閘閥焊接件斷裂分析 275
6.3.5 擺臂支撐板斷裂分析 278
6.3.6 供熱管道開(kāi)裂失效分析 281
6.3.7 污水泵葉片斷裂分析 284
6.3.8 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼帶套管斷裂分析 288
6.3.9 蘇思龍電機(jī)焊接支架斷裂分析 291

第7章　熱處理缺陷與失效295
7.1 常見(jiàn)的熱處理缺陷 295
7.1.1 淬火裂紋 295
7.1.2 回火裂紋 313
7.1.3 機(jī)械加工的影響 314
7.1.4 鋼的表層脫碳 314
7.1.5 校正裂紋 315
7.1.6 感應(yīng)淬火缺陷 316
7.1.7 滲碳、碳氮共滲缺陷 319
7.1.8 滲氮缺陷 331
7.1.9 氮碳共滲(軟氮化)缺陷 337
7.1.10 淬火裂紋與非淬火裂紋的鑒別 339
7.2 熱處理缺陷引起的失效實(shí)例 340
7.2.1 摩托車(chē)100124-1骨架開(kāi)裂分析 340
7.2.2 柱塞帽組裝收口開(kāi)裂 341
7.2.3 絞盤(pán)車(chē)傳動(dòng)軸齒部斷裂分析 342
7.2.4 電機(jī)主軸斷裂失效分析 347
7.2.5 太陽(yáng)輪失效分析 350
7.2.6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)高速軸失效分析 353
7.2.7 真空泵驅(qū)動(dòng)接頭斷裂分析 357
7.2.8 機(jī)油泵主動(dòng)齒輪斷齒原因分析 360
7.2.9 內(nèi)齒圈齒面氮化層剝落分析 364
7.2.10 汽車(chē)半軸臺(tái)架試驗(yàn)開(kāi)裂失效分析 367
7.2.11 后橋半軸斷裂失效分析 371
7.2.12 傳動(dòng)齒輪斷裂失效分析 374

第8章　冷加工成形缺陷與失效379
8.1 常見(jiàn)的磨削缺陷 379
8.1.1 磨削燒傷及其特征 379
8.1.2 磨削裂紋 381
8.1.3 磨削應(yīng)力的形成 384
8.1.4 影響磨削燒傷和磨削裂紋的因素 384
8.2 表面強(qiáng)化缺陷與失效 394
8.3 切削加工缺陷與失效 396
8.4 電火花線切割加工缺陷與失效 401
8.4.1 變質(zhì)層組織特征與微裂紋 401
8.4.2 線切割變形與開(kāi)裂 402
8.5 冷鐓缺陷與失效 403
8.5.1 冷鐓硬化 404
8.5.2 冷鐓折疊 404
8.5.3 冷鐓螺栓頭部斷裂 405
8.5.4 十字槽和內(nèi)六角螺釘?shù)纛^ 405
8.6 滾絲不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷與失效 407
8.7 沖、擠和拉伸成形缺陷 411
8.8 其它加工缺陷與失效 413
8.8.1 剪切缺陷 413
8.8.2 加工毛刺與失效 416
8.8.3 電解加工的缺陷 417
8.8.4 機(jī)械損傷與變形 419
8.8.5 電鍍氫脆斷裂 424
8.9 冷加工不當(dāng)引起的失效 426
8.9.1 FD齒輪失效分析 426
8.9.2 齒輪軸齒面裂紋分析 429
8.9.3 鍍鋅水管斷裂分析 432
8.9.4 ZD51-4和ZD41-4電機(jī)軸斷裂分析 436
8.9.5 輸入齒輪軸斷裂失效分析 439
8.9.6 收縮盤(pán)外環(huán)斷裂分析 443
8.9.7 低溫過(guò)熱器管裂紋分析 448
8.9.8 絞盤(pán)車(chē)YTJ12提升機(jī)構(gòu)失效分析 453
8.9.9 75kW齒輪變速箱中間軸斷裂分析 458
8.9.10 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂失效分析 461
8.9.11 雙頭螺栓斷裂分析 465
8.9.12 低速級(jí)齒輪斷裂分析 468
8.9.13 電力設(shè)備中的中溫再熱器冷卻管爆管分析 471
8.9.14 拔叉鍛模斷裂失效分析 474
8.9.15 滾絲輪崩齒問(wèn)題分析 477
8.9.16 顯像管包箍斷裂失效分析 480
8.9.17 同軸泵齒輪軸斷裂分析 485
8.9.18 汽車(chē)變速箱三擋主動(dòng)齒輪斷齒分析 488
8.9.19 前橋橫置板簧斷裂分析 492

第9章　安裝、使用和維護(hù)不當(dāng)引起的失效496
9.1 安裝不當(dāng) 496
9.1.1 安裝緊度控制不妥 496
9.1.2 安裝清潔度的影響 499
9.1.3 安裝零件的混錯(cuò) 501
9.1.4 安裝中心距偏差與受力不均 502
9.1.5 安裝零件表面損傷 505
9.2 使用不當(dāng) 508
9.2.1 過(guò)載斷裂 508
9.2.2 操作不當(dāng) 510
9.3 使用、維修和保養(yǎng) 513
9.4 環(huán)境介質(zhì)影響 516
9.4.1 溫度的影響 516
9.4.2 氣氛與介質(zhì) 518
9.4.3 管道的爆裂與應(yīng)力腐蝕 522
9.5 管理不當(dāng) 534
9.6 安裝、使用和維護(hù)不當(dāng)引起的失效案例 536
9.6.1 一段預(yù)熱管滲漏事故分析 536
9.6.2 變速箱齒輪失效分析 539
9.6.3 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂分析 543
9.6.4 主動(dòng)錐齒輪崩齒失效分析 545
9.6.5 齒輪軸齒磨損分析 548
9.6.6 汽輪機(jī)第十二級(jí)動(dòng)葉片開(kāi)裂分析 551
9.6.7 渦輪盤(pán)裂紋分析 554
9.6.8 凝結(jié)水泵筒體連接螺栓斷裂失效分析 558
9.6.9 變速箱齒輪軸斷裂分析 562
9.6.10 齒輪箱輸出軸開(kāi)裂失效分析 564
9.6.11 變速箱齒輪失效分析 568
9.6.12 輸入錐齒輪軸斷齒失效分析 571
9.6.13 汽車(chē)后橋殼帶半軸套管開(kāi)裂失效分析 575
9.6.14 冷油器銅管開(kāi)裂失效分析 579

參考文獻(xiàn)584