金屬構件缺陷、失效分析與實例

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 設計不合理 12
1.3.2 材料缺陷 12
1.3.3 加工制造過程中產生的缺陷 12
1.3.4 操作與維護維修不當引起的失效 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 力學性能測試 22
1.6.3 裂紋件的成分分析 23
1.6.4 常見裂紋匯總 23
1.6.5 斷裂源的幾種識別法 26

第2章　設計不當引起的失效28
2.1 常見的設計不合理因素 28
2.1.1 幾何形狀 28
2.1.2 對零件制造應力認識不足,設計結構不合理 31
2.1.3 設計硬度要求不合理 33
2.1.4 選材和狀態(tài)要求不合理 37
2.2 設計不當引起的失效案例 44
2.2.1 計量泵失效分析 44
2.2.2 齒輪端面開裂失效分析 46
2.2.3 液壓泵斜盤失效分析 49
2.2.4 齒輪泵齒輪與軸咬合失效分析 52
2.2.5 齒輪泵主動齒輪軸折斷分析 54
2.2.6 配油盤壓印模沖頭失效分析 58
2.2.7 傳動軸斷裂失效分析 61
2.2.8 F3主減速箱大齒輪失效分析 65
2.2.9 提升機構制動器軸斷裂分析 70

第3章　材料缺陷與失效73
3.1 常見的材料缺陷 73
3.1.1 疏松 73
3.1.2 錠形偏析 74
3.1.3 點狀偏析 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 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傳動軸淬火開裂分析 115
3.2.7 GIS氣管連接螺母失效分析 119
3.2.8 大齒輪組裝開裂原因分析 122
3.2.9 球磨機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 二米輾壓機錐輥軸斷裂分析 138
3.2.13 摩托車齒輪失效分析 143
3.2.14 前輪轂壓鑄模失效分析 145
3.2.15 材質對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 高速齒輪銷軸開裂失效分析 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 航空液壓泵斜盤斷裂分析 188
4.2.2 柴油機汽缸套的咬合損傷失效分析 190
4.2.3 隔離開關拐臂斷裂失效分析 193
4.2.4 柴油機曲軸斷裂失效分析 196
4.2.5 轉子與柱塞卡死問題的分析 199

第5章　鍛造缺陷與失效分析204
5.1 鍛造缺陷的常見形式 204
5.1.1 過熱和過燒 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 低合金鋼高溫內氧化 219
5.1.7 鍛后退火不充分 219
5.1.8 鍛造白點 220
5.1.9 鍛造流線缺陷 221
5.2 鍛造缺陷案例 221
5.2.1 大型輸出軸齒輪開裂分析 221
5.2.2 航空液壓泵斜盤斷裂失效分析 225
5.2.3 內齒輪淬火斷裂分析 230

第6章　焊接缺陷與失效233
6.1 常見的焊接缺陷 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 焊接預熱不當形成的缺陷 251
6.1.6 釬焊缺陷 255
6.1.7 接觸焊常見缺陷 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 應力腐蝕 264
6.3 焊接缺陷引起的失效案例 265
6.3.1 汽車轉向器斷裂失效分析 265
6.3.2 水環(huán)真空泵葉片斷裂分析 267
6.3.3 開關鋁筒失效分析 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 供熱管道開裂失效分析 281
6.3.7 污水泵葉片斷裂分析 284
6.3.8 汽車驅動橋殼帶套管斷裂分析 288
6.3.9 蘇思龍電機焊接支架斷裂分析 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例 340
7.2.1 摩托車100124-1骨架開裂分析 340
7.2.2 柱塞帽組裝收口開裂 341
7.2.3 絞盤車傳動軸齒部斷裂分析 342
7.2.4 電機主軸斷裂失效分析 347
7.2.5 太陽輪失效分析 350
7.2.6 風力發(fā)電機高速軸失效分析 353
7.2.7 真空泵驅動接頭斷裂分析 357
7.2.8 機油泵主動齒輪斷齒原因分析 360
7.2.9 內齒圈齒面氮化層剝落分析 364
7.2.10 汽車半軸臺架試驗開裂失效分析 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 變質層組織特征與微裂紋 401
8.4.2 線切割變形與開裂 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 十字槽和內六角螺釘?shù)纛^ 405
8.6 滾絲不當產生的缺陷與失效 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 機械損傷與變形 419
8.8.5 電鍍氫脆斷裂 424
8.9 冷加工不當引起的失效 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 收縮盤外環(huán)斷裂分析 443
8.9.7 低溫過熱器管裂紋分析 448
8.9.8 絞盤車YTJ12提升機構失效分析 453
8.9.9 75kW齒輪變速箱中間軸斷裂分析 458
8.9.10 汽車發(fā)動機曲軸斷裂失效分析 461
8.9.11 雙頭螺栓斷裂分析 465
8.9.12 低速級齒輪斷裂分析 468
8.9.13 電力設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 汽車變速箱三擋主動齒輪斷齒分析 488
8.9.19 前橋橫置板簧斷裂分析 492

第9章　安裝、使用和維護不當引起的失效496
9.1 安裝不當 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 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 508
9.2.1 過載斷裂 508
9.2.2 操作不當 510
9.3 使用、維修和保養(yǎng) 513
9.4 環(huán)境介質影響 516
9.4.1 溫度的影響 516
9.4.2 氣氛與介質 518
9.4.3 管道的爆裂與應力腐蝕 522
9.5 管理不當 534
9.6 安裝、使用和維護不當引起的失效案例 536
9.6.1 一段預熱管滲漏事故分析 536
9.6.2 變速箱齒輪失效分析 539
9.6.3 汽車發(fā)動機曲軸斷裂分析 543
9.6.4 主動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 汽輪機第十二級動葉片開裂分析 551
9.6.7 渦輪盤裂紋分析 554
9.6.8 凝結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 汽車后橋殼帶半軸套管開裂失效分析 575
9.6.14 冷油器銅管開裂失效分析 579

參考文獻584