- 相關(guān)推薦
大專機(jī)械專業(yè)畢業(yè)論文
大專機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)論文如何寫?下面是小編整理的幾篇范文，供大家閱讀參考。
手機(jī)液晶屏生產(chǎn)工藝的探討
摘要：液晶顯示器具有驅(qū)動(dòng)電壓和功耗低、體積小、重量輕、無X輻射等一系列優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的重視，發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為平板顯示器的主流技術(shù)。
在液晶顯示技術(shù)中，低溫多晶硅是新一代薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝，是多晶硅技術(shù)的一個(gè)重要分支。
本文在介紹了統(tǒng)寶在液晶屏組裝的方法及工藝的基礎(chǔ)上，討論了Defect對(duì)工廠帶來不良影響及Defect的處理和改良方法。
關(guān)鍵詞：液晶屏 生產(chǎn)工藝 探討
Title：Discussion on the manufacturing technology of the mobile liquid crystal display screen
Abstract: Drive voltage and the power dissipation low is Merit of LCD display, weight makes light of , there is no a series of merit such as X-radiation etc., have accepted broad taking seriously , have developed very prompt, main current already becoming the flat display technology.
In liquid crystal display technology, low temperature polycrystalline silicon is new generation film transistor LCD display manufacturing engineering, is an important branch of polycrystalline silicon technology. The main body of a book is listed in in the basis having introduced entirely precious method and handicraft holding assembling in liquid crystal, treatment and the method ameliorating having discussed that Defect brings about harmful effects and Defect to the factory.
Keyword: liquid crystal display screen manufacturing technology discussion
1 緒論
1.1 液晶屏的發(fā)展概述
液晶顯示器件(LCD)在中國已有二十余年的發(fā)展歷史。
二十年來，液晶顯示器件從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模生產(chǎn)，形成了獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)部門。
現(xiàn)在，液晶顯示幾乎已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，人們幾乎時(shí)時(shí)處處都要與這一種神奇而又普通的面孔打交道。
LCD液晶屏顯示產(chǎn)品是世界上最省電的顯示產(chǎn)品之一。
在便攜式顯示器中，LCD時(shí)最佳的選擇。
目前還沒找到一個(gè)顯示產(chǎn)品能代替LCD在計(jì)算機(jī)、計(jì)算器、 BP機(jī)手機(jī)、電子詞典、電子筆記本、PDA、GPS、電子照相機(jī)、電子攝像機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、便攜式智能儀表等產(chǎn)品上的應(yīng)用。
隨著世界經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展和個(gè)人生活水平的提高，個(gè)人對(duì)顯示器的需求將是五花八門，日新月異。
LCD在這方面的市場(chǎng)開拓十分寬廣。
目前，顯示技術(shù)和顯示工業(yè)的迅速發(fā)展。
它一方面是建立在現(xiàn)代社會(huì)信息的告訴發(fā)展上，另一方面也是建立在電子工業(yè)和材料基礎(chǔ)上。
信息社會(huì)中隨著信息量的增加和信息交換越來越成為人們生活中不可缺少的一部分。
而電子工業(yè)，特別是集成電路，計(jì)算機(jī)的發(fā)展使電光轉(zhuǎn)化、信息處理，器件制造越來越容易。
顯示技術(shù)是傳遞視覺信息的技術(shù)，顯示器件技術(shù)的基礎(chǔ)。
幾十年的發(fā)展，顯示器件已成為一個(gè)大家庭。
利用不同的光電原理，具有不同的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，適應(yīng)不同的環(huán)境和條件的各種顯示器件構(gòu)成了一個(gè)大家庭。
其中低溫多晶硅顯示屏有著很大的優(yōu)勢(shì)。
低溫多晶硅薄膜晶體管不僅能夠當(dāng)做一般的陣列開關(guān)，隨著薄膜晶體管性能的提升，廣泛應(yīng)用于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器(Nonvolatile Memories)、影像傳感器(Linear Image Sensor)、光探測(cè)放大器(Photo-Detector Amplifier)、打印機(jī)印字頭(Printer Head)、人工指紋(Artificial Fingerprint)、與平面顯示器等的應(yīng)用。
低溫多晶硅顯示技術(shù)的應(yīng)用，小至0.33英寸的電子式取景框(EVF: Electronic View-Finders)、數(shù)碼相機(jī)(DSC: Digital Still Cameras)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA: Personal Digital Assistant )、導(dǎo)航系統(tǒng)(Navigation System)與投影機(jī)(Projector)，大至14英寸的臺(tái)式電腦、筆記本電腦與22英寸液晶電視等，充分滿足當(dāng)代資訊產(chǎn)品的需求。
而且在元件縮小化、面板開口率、畫面與清晰度上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
1.2 液晶的基礎(chǔ)知識(shí)及顯示屏的顯示原理
既然LCD的優(yōu)點(diǎn)有如此之多，那么我們接下來就去了解一下作為制造LCD的主要材料—液晶的基本知識(shí)。
液晶是指在一定溫度內(nèi)，具有晶體所有的各向異性造成的雙折射，同時(shí)也具有液體的流動(dòng)性的物質(zhì)。
一般我們常見的物質(zhì)有三態(tài)，及固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。
這三態(tài)之間是可以隨著溫度變化而變化的。
固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度點(diǎn)為融化點(diǎn)。
液態(tài)與氣態(tài)的溫度臨界點(diǎn)是沸點(diǎn)。
而液晶就是介于固態(tài)與液態(tài)之間的一種形態(tài)。
所以它同時(shí)具有液態(tài)和晶體的性質(zhì)。
液晶的相態(tài)結(jié)構(gòu)可分為3種，分別為向列相(見圖1)、近晶相(見圖2)、膽甾相(見圖3)。
它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各有不同。
圖1 向列相示意圖
向列相的結(jié)構(gòu)如上圖所示：由棒狀分子組成，分子質(zhì)心沒有長(zhǎng)程有序性能，具有普通流動(dòng)性，分子不排列成層，能上、下、左、右滑動(dòng)，只在分子長(zhǎng)軸方向上保持相互平行或近似平行，分子間短程作用力微弱。
圖2 近晶相示意圖
近晶相的結(jié)構(gòu)如上圖所示：由棒狀分子組成，分子可排列成層，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸
互相平行，其方向可以垂直于層平面，也可以與層平面成傾斜排列。
圖3 膽甾相示意圖
膽甾相餓結(jié)構(gòu)如上圖所示：分子排列成層，層內(nèi)分子互相平行，分子長(zhǎng)軸平行于層平面，不同層內(nèi)的分子長(zhǎng)軸方向稍微有變化，沿層的法線方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)。
液晶的基本知識(shí)我們已經(jīng)有所了解，下面我們就來了解一下液晶的應(yīng)用，及液晶盒的組成(見圖4)。
圖4 液晶盒示意圖
Spacer又稱樹脂粉，是為了保證液晶層間隙的均勻性，而在封框中摻加一定比
例的玻璃纖維，兩者共同作用來保證盒間隙的一致性。
偏光片顧名思義，就是用來使光的震動(dòng)發(fā)生變化的膠片。
通過偏光片的光，將會(huì)只沿一個(gè)方向振動(dòng)。
玻璃板是制造一個(gè)可以存放液晶的空間，它由上下兩塊玻璃板組成。
再加上邊框膠就可以支撐出一個(gè)空間來存放液晶了。
液晶是液晶屏的主要材料。
它可以扭曲光線的傳播方向。
是液晶屏顯示原理的核心性能。
2 液晶顯示屏的生產(chǎn)工藝
2. 液晶屏制作的工藝
2.1.1 偏貼段工藝簡(jiǎn)介
從灌晶處收料，然后開始M1的工藝制作。
由于在灌晶結(jié)束后有一道工序?yàn)榉饽z。
機(jī)器封膠時(shí)，容易將封口膠溢到上下玻璃板上。
它會(huì)影響偏光片的貼附，更加會(huì)影響成品的顯示效果。
一般的處理方法是：用刀片蘸取酒精用刀刃處于玻璃板呈45°角進(jìn)行刮洗。
具體操作方法如下：
(1)從板面的右上角開始逐步開始刮洗。
要保持刀片的傾斜，以免刮傷板邊玻璃(無需擔(dān)心把玻璃面壓碎，個(gè)人實(shí)踐，如果不是故意搞破壞)。
以右下角為結(jié)束位置，中途用力方向要與刀垂直，使刀刃受力均勻。
(2)用無塵布迅速自上而下擦拭板面上殘留的酒精。
因?yàn)榫凭膿]發(fā)性很好，所以在你查實(shí)完的時(shí)候，板面即會(huì)風(fēng)干。
檢查是否有膠殘留，若無，反面相同操作。
結(jié)束后，從45°方向檢查板面。
這里要提醒一下，無塵布在用過一定次數(shù)后要更換，以確保其對(duì)板面有清潔作用。
(3)確認(rèn)無誤后由專門人員放入貼偏光機(jī)內(nèi)貼偏光片。
在入口處有綠光區(qū)，其作用是再次檢查板面是否干凈。
在綠光下，殘留的膠粒會(huì)散射光線，從而使其很明顯。
偏貼段注意事項(xiàng)包括：在刮液晶盒時(shí)不要刮花液晶盒，更不要誤傷到自己或他人;在每種料號(hào)或下班時(shí)，要把報(bào)廢或多余的偏光片收集起來，以減少成本;清點(diǎn)PNL數(shù)量。
2.1.2 FPC與液晶盒結(jié)合段工藝簡(jiǎn)介
結(jié)合段的工藝相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單。
主要作用就是在液晶盒上安裝一個(gè)繞性電路板(FPC)與液晶盒的端子部相連。
從偏貼段傳來的PNL在經(jīng)過收料員清點(diǎn)后，開始結(jié)合段的作業(yè)。
把事先準(zhǔn)備好
的FPC與液晶盒的端子部連接在一起，然后放入專用的壓合機(jī)中壓合。
使其連接更加牢固。
由于壓合的FPC與端子部都是裸露的，容易產(chǎn)生一系列的問題。
所以要在其上涂覆一層UV膠。
UV膠可以防止漏電、氧化的目的，還可以增加兩者的連接牢固性。
UV膠需要在一定的溫度下才會(huì)固化，所以要放入小型烘烤箱中熱紅一下。
UV膠涂覆制程后，是較之偏貼段復(fù)雜的點(diǎn)燈測(cè)試和外觀檢(生產(chǎn)段詳解)。
結(jié)合段已經(jīng)開始出現(xiàn)質(zhì)量檢測(cè)了。
質(zhì)量檢測(cè)的目的是再次確保PNL的質(zhì)量，防止不良品流到客戶手里。
質(zhì)量檢測(cè)后就是收料了，并準(zhǔn)備生產(chǎn)段的制程。
結(jié)合段的注意事項(xiàng)包括：壓合是應(yīng)該注意壓力的控制，以防端子部破損;遇到薄的液晶盒是，要用吸嘴拿取，避免不必要的破碎;清點(diǎn)PNL的數(shù)量。
2.2 型號(hào)N98手機(jī)顯示屏在生產(chǎn)段的工藝流程
下面是生產(chǎn)段N98型號(hào)手機(jī)顯示屏的制作工藝流程(見圖4)，次流程是在一個(gè)流水線上依次完成的。
每一站完成，就要把PNL放入流水線上，以方便下一站的制作。
圖4 手機(jī)顯示屏的制作工藝流程
(1)背光與液晶盒的卡接。
前面已經(jīng)介紹過液晶及液晶盒的基本構(gòu)造。
我們可以輕易的看出，液晶盒并不具備發(fā)光的能力。
它的作用僅是改變光線的傳播方向。
為了讓液晶盒能夠起到顯示的目的，我們需要給它加一個(gè)光源。
這個(gè)光源就是我現(xiàn)在要介紹的背光盒。
背光并不是一個(gè)整個(gè)的光源，也不是矩陣光源(由一個(gè)個(gè)小的光源排列在一起的光源)，而是由背光盒下部幾個(gè)很少的電光源再加一種可以把光線傳到整個(gè)盒面的特殊材料制成的光源盒。
這樣既減輕了產(chǎn)品重量，也可以起到節(jié)能的作用。
卡背光盒的時(shí)候，要先把背光盒點(diǎn)亮，揭去其上的保護(hù)膜。
并以45°角方
向檢查盒面是否有異物。
若無，將液晶盒下面偏光片上的保護(hù)膜撕下，同樣檢查下偏光片上是否有異物。
確認(rèn)無誤后，將液晶盒正確的卡進(jìn)背光盒里，并用手將各個(gè)邊緣卡緊。
(2)手工焊接背光與FPC連接處。
卡完背光的液晶盒已經(jīng)基本成型。
但背光與液晶盒都需要電源才能工作。
為了減少線路數(shù)量，節(jié)約成本，我們需要將背光與液晶盒的電源線路連接在一起。
連接的方法就是焊錫。
焊錫分為手動(dòng)焊錫盒自動(dòng)焊錫。
根據(jù)焊錫的方法還可分為普通焊錫盒拉錫。
普通焊錫一般是焊接一到兩個(gè)焊點(diǎn)的電路。
拉錫則是用來焊接多個(gè)焊點(diǎn)的焊接。
N98液晶顯示屏需要焊接的點(diǎn)一共有兩個(gè)。
所以可以采用手工普通焊錫。
在背光盒的電源線上有一個(gè)用于保護(hù)手指端的小膠片，用鑷子將小膠片去下，并涂上助焊劑，然后用烙鐵將錫條融化并均勻的涂覆在焊點(diǎn)上。
(3)手工焊接的檢測(cè)。
這一站主要對(duì)前一站焊錫的檢測(cè)。
檢測(cè)內(nèi)容包括錫高度是否符合、焊點(diǎn)有無錫尖、焊點(diǎn)有無污染等。
(4)OTP。
OTP就是往新組裝好的PIN上燒入一個(gè)短小的程序，以方便后續(xù)點(diǎn)燈測(cè)試的使用。
測(cè)試時(shí)只要通過即為良品。
(5)貼小黃膠。
黃色半透明的小膠片，其作用是保護(hù)焊點(diǎn)，防止氧化等不良問題的出現(xiàn)。
小黃膠、銅箔、小黑膠都是事先裁好形狀的膠片。
將流水線上的PNL取下，放入貼膠用的專用治具內(nèi)。
用鑷子夾取膠片，正確貼附在相應(yīng)的位置，最后用治具自帶的工具輕壓膠片。
(6)貼銅箔。
是用來保護(hù)FPC與端子部連接處，其它與小黃膠相同。
(7)貼小黑膠：覆蓋UV膠，保護(hù)整個(gè)端子部，其它注意事項(xiàng)與小黃膠相同。
(8)電燈方式測(cè)試液晶屏不良(電燈測(cè)試)。
點(diǎn)燈測(cè)試是用來檢測(cè)已組裝好的PNL是否有不良的一道工序。
其中的不良成為Defect。
點(diǎn)燈使用一種類似 OTP測(cè)試的治具，將一組畫面依次顯現(xiàn)出來，然后由操作員目試檢查出其中的不良。
點(diǎn)燈的不良分為很多種，它們有著自己的Defect對(duì)照表。
所以對(duì)點(diǎn)燈人員的基本要求就是要熟記Defect對(duì)照表中經(jīng)常出現(xiàn)的幾種Defect。
Defect缺陷包括面缺陷(見圖5)、線缺陷(見圖6)、點(diǎn)缺陷(見圖7)等。
如上圖5所示，在黑色畫面上有一個(gè)小小的白點(diǎn)。
這就是面缺陷中的一種MM07—白點(diǎn)。
圖5 面缺陷示意圖
圖6 線缺陷示意圖
如上圖6所示，在灰色畫面下有一條白色的線條。
這是線缺陷中的一種ML02—橫全亮線。
圖7 點(diǎn)缺陷示意圖
如上圖7所示，在灰色畫面上有多個(gè)白點(diǎn)。
這是點(diǎn)缺陷中的一種MD11—滿天星。
在點(diǎn)燈的時(shí)候，要注意力集中。
因?yàn)槿毕荻己苄�，很容易遺漏。
尤其是在灰色畫面下。
在其他畫面下，缺陷是很明顯的，只要盯著屏幕就可以發(fā)現(xiàn)。
但是在灰色畫的缺陷在直視的情況下不能全部查處。
比如MD01—亮點(diǎn)，因?yàn)槭腔疑嬅姘咨揪筒皇呛苊黠@。
它需要在傾斜45°的情況下才能被發(fā)現(xiàn)。
對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷用油性筆在背面記下Defect代碼，以待專業(yè)人員處理。
(9)便利膠片的貼附(易撕貼)。
一種長(zhǎng)方形的白色膠條。
把它貼在上偏光片上，方便手動(dòng)撕去保護(hù)膜。
貼的時(shí)候注意不要漏貼、貼歪即可。
(10)目檢獲借助放大鏡檢查不良(外觀檢)。
檢查外觀缺陷的一道工序。
它和點(diǎn)燈測(cè)試差不多，都有著自己的Defect對(duì)照表。
但是這一工序全是靠操作人員的能力，沒有治具的幫助。
主要檢查四邊和反正面是否正常。
外觀檢的詳細(xì)項(xiàng)目如Defect對(duì)照表1所示。
表1 外觀檢驗(yàn)對(duì)照表
(11)質(zhì)量檢測(cè)。
公司里自己組織的，以客戶身份對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)的人員。
他們負(fù)責(zé)復(fù)檢，主要以抽檢為主。
其中包括點(diǎn)燈、外觀檢。
(12)收料。
給每一個(gè)PNL貼上標(biāo)簽，然后掃描記錄。
這樣可以上每片PNL都可以有指定的標(biāo)簽，方面查詢。
3 手機(jī)液晶屏生產(chǎn)段問題及解決措施
在生產(chǎn)組裝階段，乃至整個(gè)流程都有或大或小的問題。
如果每一次的缺陷全都打報(bào)廢，那么產(chǎn)品的成本將會(huì)大大的提升。
本著節(jié)約的成本，增加利潤的原則，對(duì)那些有缺陷的產(chǎn)品要進(jìn)行重工。
而且有專門的重工課。
但也不是多有的不良都會(huì)被送到重工課去的。
對(duì)于那些常見而且容易修復(fù)的缺陷，則由每個(gè)站別的技術(shù)人員修復(fù)。
3.1 焊錫中的Defect解決方法
焊錫站的不良大都被下一站錫高測(cè)試檢測(cè)出來。
所以焊錫不良會(huì)被當(dāng)場(chǎng)解決。
焊錫檢測(cè)站就再焊錫站的下一站。
對(duì)那些檢測(cè)出來的不良品，會(huì)先放在一個(gè)盤子里，等焊錫人員有空閑時(shí)就拿給他們。
無需向本站技術(shù)人員請(qǐng)示。
3.2 OTP中的Defect解決方法
OTP測(cè)試相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只要測(cè)試器顯示PASS，測(cè)試就通過。
以后也不會(huì)有什么不良。
對(duì)于那些沒有測(cè)過的PNL，一般的方法是換其它機(jī)子測(cè)試，知道其通過為止。
只要有一次過即為良品。
有時(shí)候個(gè)別PNL始終不過，那就留待下班前再次測(cè)試。
總之，次數(shù)不管，只要過一次就可。
OTP不良的大都是漏測(cè)，只需再次測(cè)試就可以了。
3.3 貼膠中的Defect解決方法
小黃膠、銅箔、小黑膠同屬于貼附類膠片，它們的不良無非是翹起，帖偏等。
對(duì)于這些不良最簡(jiǎn)單對(duì)直接的方法就是重貼。
因?yàn)槿N膠是有重疊部分存在的，所以在重工一種膠片不良時(shí)容易造成其它膠片的不良。
因此，重工時(shí)要特別小心以免引起不必要的麻煩。
3.4 點(diǎn)燈測(cè)試中的Defect解決方法
點(diǎn)燈中發(fā)現(xiàn)的不良種類很多。
對(duì)于簡(jiǎn)單的技術(shù)人員可以自己修復(fù)，但是大多數(shù)是無法在產(chǎn)線修復(fù)的。
對(duì)于這些無法修復(fù)的PNL，最后統(tǒng)一送到重工課重工。
產(chǎn)線上可以重工的不良有異物亮、等。
異物亮是指背光上面有粉塵的存在。
處理方法是把背光盒打開，將粉塵清除就可以了。
MV01是由OTP沒過引起的。
重工方法是送到OTP站再次測(cè)試OTP。
3.5 外觀檢中的Defect解決方法
常見不良一般是背光盒變形、液晶盒破碎等。
對(duì)于液晶盒破碎PNL直接報(bào)廢，不用送重工課。
背光盒變形的PNL，要先送到焊錫站將錫解掉，再換背光盒。
3.6 液晶品生產(chǎn)中不良的總體預(yù)防措施
粉塵對(duì)于液晶屏生產(chǎn)有著很大的影響。
從另一方面考慮，減少粉塵就是減少成本，曾加良率，提高利潤。
所以，液晶屏的生產(chǎn)必須在無塵室內(nèi)。
工作人員須穿無塵衣等無塵室必備裝備。
這樣可以最大化的減少粉塵對(duì)液晶屏的影響。
除了粉塵，還有另一大殺手對(duì)液晶屏及生產(chǎn)作業(yè)有著很大的威脅。
它就是靜電。
靜電會(huì)使液晶屏上的FPC產(chǎn)生短路，斷路的不良現(xiàn)象。
而且靜電還容易引起火災(zāi)。
這樣的例子在世界上已經(jīng)屢見不鮮了。
因此，防靜電是液晶屏生產(chǎn)的重中之重
結(jié) 論
液晶顯示屏是一種高精密產(chǎn)品，它以輕、薄、短、小著稱。
對(duì)于這類產(chǎn)品，它的生產(chǎn)環(huán)境對(duì)其產(chǎn)品有著致命性的影響。
所以，生產(chǎn)環(huán)境的好壞直接決定了產(chǎn)品等級(jí)。
無塵室的等級(jí)和無塵室的環(huán)境管理是產(chǎn)品良率控制的關(guān)鍵。
現(xiàn)在的液晶屏生產(chǎn)還不盡完美，完美在購買相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，要具備一些基本常識(shí)。
以便我們判斷常見的不良，讓完美在購買價(jià)格上更合理。
致 謝
在論文的完成過程中，陳和祥老師在論文的選題、修改以及論文的實(shí)驗(yàn)過程中給予了我悉心的指點(diǎn)和無私的幫助。
同時(shí)，感謝統(tǒng)寶光電(南京)有限公司提供的相關(guān)信息和對(duì)我論文的支持。
參考文獻(xiàn)
[1] 金鴻,陳森.印制電路技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.12.
[2] 王桂花.液晶顯示屏 (LCD)用三醋酸纖維素(TAC)薄膜的發(fā)展現(xiàn)狀與前景.影像技術(shù),2005(3):15-18.
[3] 陳聰,華雷廣.液晶顯示屏及其驅(qū)動(dòng)原理.無線電,2007(1):22-24.
大專機(jī)械專業(yè)畢業(yè)論文范文【2】
緒論 1. 失效分析的意義 機(jī)械產(chǎn)品種類繁多,規(guī)格不一,功能千差萬別。
衡量機(jī)械產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)是多方面的?如功能、壽命、大小、重量、外觀、安全性和經(jīng)濟(jì)性等?其中功能是最主要的?因?yàn)楹饬繄?chǎng)品質(zhì)量的優(yōu)劣?首先要看它能否很還地實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能。
在工程實(shí)踐中?由于種種原因?產(chǎn)品喪失其原有功能的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。
按照通常的說法?將“產(chǎn)品喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象”稱之為失效。
機(jī)械產(chǎn)品的失效大致可分為三種類型? ?1?完全喪失其規(guī)定的功能? ?2?部分喪失其規(guī)定的功能?雖仍能工作?但已不能圓滿地完成規(guī)定的任務(wù)? ?3?嚴(yán)重?fù)p傷?再不能安全地繼續(xù)工作?此時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)換或修補(bǔ)。
機(jī)械產(chǎn)品的失效形式主要有過量的變形、斷裂和表面損傷等。
提高機(jī)械產(chǎn)品信譽(yù)?必須使機(jī)械產(chǎn)品牢固可靠?可是在技術(shù)上要求機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到 100?的可靠性是不可能的?所以要求盡可能地降低機(jī)械產(chǎn)品的事故率。
因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品在使用過程中常常發(fā)生斷裂、變形、磨損、腐蝕等失效現(xiàn)象的發(fā)生?找出失效原因和提出改進(jìn)措施?必須開展失效分析實(shí)例的研究。
目前?隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展?失效分析已經(jīng)成為一門綜合性學(xué)科。
它不僅與斷裂力學(xué)、斷裂物理、斷口學(xué)等學(xué)科相關(guān)聯(lián)?而且還涉及產(chǎn)品質(zhì)量全面管理等領(lǐng)域。
引起失效的因素是復(fù)雜的?大致可歸納為兩個(gè)方面?既材料方面的因素和環(huán)境方面的因素。
前者為內(nèi)因?包括材料品質(zhì)及加工工藝方面的各種因素?后者為外因?包括受載條件、時(shí)間、溫度及環(huán)境介質(zhì)等因素。
任何產(chǎn)品的失效都是在材料或零件的強(qiáng)度?韌性?與應(yīng)力因素和環(huán)境條件不相適應(yīng)的條件下發(fā)生的。
失效總是從產(chǎn)品對(duì)服役條件最不適應(yīng)的環(huán)節(jié)開始的?而且失效產(chǎn)品或零件的殘骸上必然會(huì)保留有失效過程的信息。
通過對(duì)失效殘骸的研究?可查明失效的機(jī)理和過程?并對(duì)失效的原因做出判斷?從而可有針對(duì)性地采取改進(jìn)和預(yù)防措施?避免同類失效的再發(fā)生?達(dá)到改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命、提高服役安全性和可靠性的目的。
正是通過失效分析?揭示了失效的本質(zhì)?找到了失效的原因?提出了防止措施和改進(jìn)辦法?才為工業(yè)發(fā)展掃清了障礙?同時(shí)也促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科和工程自身的發(fā)展。
2.失效分析促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提高 失效分析是指分析研究機(jī)械構(gòu)件的斷裂、變形、磨損、腐蝕等失效過程的特征或規(guī)律?并從中找出損壞的原因的一門新的分析技術(shù)?稱為“失效分析”或“失效分析學(xué)” ?還有人稱之為“事故分析”或“故障分析”等。
失效分析是一門涉及多學(xué)科的邊緣學(xué)科?它包括斷裂力學(xué)、斷裂物理、材料學(xué)、化學(xué)、工藝學(xué)、斷口學(xué)及其檢驗(yàn)方法等知識(shí)。
從事失效分析的工程技術(shù)人員不僅要正確地掌握這些知識(shí)?而且還必須將各專業(yè)知識(shí)和技術(shù)準(zhǔn)確地用到失效分析工作中去?因此說失效分析工作是一項(xiàng)綜合性的分析技術(shù)工作。
機(jī)械產(chǎn)品在運(yùn)行過程中常常發(fā)生斷裂失效現(xiàn)象?從而造成不同程度的損失?尤其是突然斷裂失效。
例如?低應(yīng)力脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效、應(yīng)力腐蝕斷裂失效等造成的損失就更大。
因此人們對(duì)斷裂失效現(xiàn)象比較重視。
黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 5 頁 長(zhǎng)期以來?在斷裂失效方面做了大量的工作?國內(nèi)外均有專著及論文報(bào)道。
在斷裂失效中? 疲勞斷裂失效居首位? 它占失效實(shí)例總數(shù)的 60??70?作右?環(huán)境斷裂失效居第二位?它占失效實(shí)例總數(shù)的 20??30?左右?由其他原因引起的斷裂失效約占失效實(shí)例總數(shù)的 10?左右。
任何機(jī)械產(chǎn)品都應(yīng)該保證在其壽命其內(nèi)的服役功能和安全可靠性?并且技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉。
為此?機(jī)械產(chǎn)品必須遵循一套完整的生產(chǎn)和科學(xué)質(zhì)量管理規(guī)程?即從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始?經(jīng)選材、冷熱加工到零件檢驗(yàn)和裝配等生產(chǎn)過程?最終制成質(zhì)量合格的機(jī)械產(chǎn)品。
在上述過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)中的缺陷?都將對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響并可能構(gòu)成產(chǎn)品服役中失效的原因。
如果產(chǎn)品在服役過程中發(fā)生故障?便應(yīng)進(jìn)行失效分析?找出失效原因?提出防止失效的措施?然后將信息反饋到有關(guān)部門?使其進(jìn)一步完善生產(chǎn)或科學(xué)管理規(guī)程?以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和耐久性。
這時(shí)一個(gè)完整的循環(huán)過程?失效分析在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中的地位是相當(dāng)重要的。
由失效分析結(jié)果向產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用和維修及管理等部門反饋的信息?是制定防止同類失效措施最直接和有效的依據(jù)。
1.1向設(shè)計(jì)部門反饋?可改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)?完善技術(shù)規(guī)范。
1.2向制造部門反饋?可改進(jìn)生產(chǎn)工藝?創(chuàng)制和推廣新工藝。
1.3向材料部門反饋?可合理化選材?開發(fā)和研制新材料。
1.4向用戶反饋?可健全和完善使用、維修制度。
第二章 常見失效形式及特征和診斷 1. 失效的形式及其類型 失效的分類比較復(fù)雜? 在這里不可能一一作介紹? 本文按失效機(jī)理將失效分為?斷裂失效?變形失效?磨損失效?腐蝕失效等四種類型。
1.1 斷裂失效(其中包括破斷失效) 斷裂是指金屬?或合金材料?或機(jī)械產(chǎn)品的一個(gè)具有有限面積的幾何表面的分離過程。
它是個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程?包括裂紋的萌生及擴(kuò)展過程。
斷裂失效是指機(jī)械構(gòu)件由于斷裂而引起的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品不能完成原設(shè)計(jì)所指定的功能。
1.2 斷裂失效類型有如下幾種? ①解理斷裂失效?②韌窩破斷失效?③準(zhǔn)解理斷裂失效?④滑移分離失效?⑤疲勞斷裂失效?⑥蠕變斷裂失效?⑦應(yīng)力腐蝕斷裂失效?⑧液態(tài)或固態(tài)金屬脆性斷裂失效?⑨氫脆斷裂失效?⑩沿晶斷裂失效? ○效等。
1.3 變形失效 所謂變形通常是指機(jī)械構(gòu)件在外力作用下?其形狀和尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象。
從微觀上講是指金屬材料在外力作用下? 其晶格產(chǎn)生畸變。
若外力消除?晶格畸變亦消除時(shí)? 這種變形為彈性變形? 若外力消除? 晶格不能恢復(fù)原樣?11其他斷裂失 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 6 頁 即畸變不能消除時(shí)?稱這種變形為塑性變形。
變形失效是指機(jī)械構(gòu)件在使用過程中產(chǎn)生過量變形?即不能滿足原設(shè)計(jì)要求時(shí)的變形量。
一般情況下將變形失效分為彈性變形失效和塑性變形失效兩種。
彈性變形失效將使機(jī)械構(gòu)件表面不留任何損傷痕跡?僅是金屬材料的彈性模量發(fā)生變化?而與機(jī)械構(gòu)件的尺寸和形狀無關(guān)?塑性變形失效將導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)件表面損傷?其機(jī)械構(gòu)件的形狀與尺寸均發(fā)生變化。
1.4 磨損失效 磨損是指金屬或合金的兩個(gè)相互緊密結(jié)合的面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)?因相互接觸而損傷的現(xiàn)象。
在微觀范圍內(nèi)?金屬表面是不存在完全光滑的平面?它們總是粗糙的。
當(dāng)兩個(gè)金屬表面在很小的壓力作用下使兩面相接觸?面之間只有少數(shù)的凸出質(zhì)點(diǎn)或線接觸?在發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)?一個(gè)面上的凸出質(zhì)點(diǎn)首先要碰到另一個(gè)面上的凸出質(zhì)點(diǎn)?這時(shí)容易變形的部分軟化?沿運(yùn)動(dòng)方向變形或擠出。
磨損失效是指由于磨損現(xiàn)象的發(fā)生使機(jī)械零部件不能達(dá)到原設(shè)計(jì)功效?即不能達(dá)到原設(shè)計(jì)水平。
磨損失效的類型有? ①粘著磨損失效? ②磨粒磨損失效? ③腐蝕磨損失效? ④變形磨損失效?⑤表面疲勞磨損失效?⑥沖擊磨損失效?⑦微振磨損失效等。
1.5 腐蝕失效 腐蝕是指金屬或合金材料表面因發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的損傷現(xiàn)象。
金屬腐蝕雖然在酸洗、化學(xué)電源、電解加工、金相浸蝕等方面起著有益于人類的作用?但是它在國民經(jīng)濟(jì)上所造成的損失是相當(dāng)嚴(yán)重的。
然而?就其總的功過而論卻是破壞性的。
由于腐蝕作用使機(jī)械構(gòu)件喪失原設(shè)計(jì)功能的現(xiàn)象稱為腐蝕失效。
腐蝕失效的類型有? ①直接化學(xué)腐蝕失效?②電化學(xué)腐蝕失效?③點(diǎn)腐蝕失效?④局部腐蝕失效?⑤沿晶腐蝕失效?⑥選擇性腐蝕失效?⑦縫隙腐蝕失效?⑧生物腐蝕失效?⑨磨損腐蝕失效?⑩氫損傷失效?○等。
11應(yīng)力腐蝕失效?○12微振腐蝕失效2. 過量彈性變形失效 零件受機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力作用產(chǎn)生彈性變形?應(yīng)力σ 與應(yīng)變?chǔ)?之間服從Hooke定律 σ =E*ε (2.1) 式中E為彈性模。
這種變形為彈性變形,是受力作用時(shí)的必然結(jié)果,一般不會(huì)引起麻煩.但在一些精密機(jī)械中,對(duì)零件的尺寸和匹配關(guān)系要求嚴(yán)格,當(dāng)彈性變形超過規(guī)定的限量(在彈性極限以內(nèi))時(shí),會(huì)造成零件的不正常匹配關(guān)系.例如,航天火箭中慣性制導(dǎo)的陀螺元件,如果對(duì)彈性變形問題處理不當(dāng),就會(huì)因漂移過大而失效. 2.1特征及判斷 彈性變形失效的判斷往往比較困難.這時(shí)因?yàn)?雖然應(yīng)力或(和)溫度在工作狀態(tài)下曾引起變形并導(dǎo)致失效,但是在解剖或測(cè)量零件尺寸時(shí),變形已經(jīng)消失.為了判斷是否因彈性變形引起失效,要綜合考慮以下幾個(gè)因素: (1)失效產(chǎn)品是否有嚴(yán)格的尺寸匹配要求,是否有高溫或低溫工作經(jīng)歷. (2)在失效分析時(shí),應(yīng)注意觀察在正常工作下相互接觸的配合表面上是否有劃 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 7 頁 傷擦痕或磨損等痕跡.例如,高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,在離心力及溫度的作用下,會(huì)彈性脹大,當(dāng)脹大量大于它與殼體的間隙時(shí),就會(huì)引起表面擦傷.因此,已觀察到了到了這種擦傷,而在不工作時(shí)卻仍保持有正常的間隙,則這種擦傷就可能是由彈性變形造成的. (3)在設(shè)計(jì)時(shí)是否考慮了彈性變形(包括熱脹變形)的影響,并采取了相應(yīng)的措施. (4)通過計(jì)算來驗(yàn)證是否有彈性變形失效的可能. 2.2預(yù)防措施 由應(yīng)力和(或)溫度引起的彈性變形而導(dǎo)致失效的責(zé)任,幾乎全部在于設(shè)計(jì)者的考慮不周、計(jì)算錯(cuò)誤或選材不當(dāng),故防止措施主要應(yīng)從設(shè)計(jì)方面考慮. (1)選擇合適的材料或結(jié)構(gòu) 如果由機(jī)械應(yīng)力引起的彈性變形是主要問題,則可以根據(jù)具體的要求選用適當(dāng)?shù)牟牧? (2)確定適當(dāng)?shù)钠ヅ涑叽?有應(yīng)力和溫度引起的彈性變形量是可以計(jì)算的.這種尺寸的變化應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮.在很低溫度下工作的機(jī)件,是在常溫下制造測(cè)量和裝配的,其間隙不僅應(yīng)保證在常溫下正常工作,而且還要確保在低溫下尺寸變化后仍能正常工作.對(duì)于幾何形狀復(fù)雜難于計(jì)算的零件可通過試驗(yàn)來解決. (3)采用減少變形影響的轉(zhuǎn)接件 在許多系統(tǒng)中,采用軟管等柔性構(gòu)件,可以顯著減少彈性變形的有害影響. 2. 3 過載壓痕損傷—屈服失效的一種特殊形式 如果在兩個(gè)互相接觸的曲面之間?存在有靜壓應(yīng)力?可使匹配的一方或雙方產(chǎn)生局部屈服形成局部的凹陷?嚴(yán)重者會(huì)影響其正常工作?這稱為過載壓痕損傷。
例如?滾珠軸承在開始運(yùn)轉(zhuǎn)前?如果竟載過大?鋼球?qū)喝霛L道?使其型面受到破壞。
這樣的軸承在隨后的工作中就會(huì)使振動(dòng)加劇而導(dǎo)致早期失效。
過載壓痕損傷?實(shí)質(zhì)上是屈服失效的一種特殊形式。
應(yīng)當(dāng)指出?過載壓痕損傷作為單獨(dú)的一種失效形式?在失效分析實(shí)踐中較少出現(xiàn)?它往往是作為其他失效形式如磨損、接觸疲勞等的誘因而出現(xiàn)的。
2.4 防止和改進(jìn)措施 1.降低實(shí)際應(yīng)力 零件所承受的實(shí)際應(yīng)力包括工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中三部分。
(1)降低工作應(yīng)力。
降低工作應(yīng)力可從曾加零件的有效截面積和減少工作載荷兩個(gè)方面考慮?要視具體情況而定。
重要的是需要準(zhǔn)確地確定零件的工作載荷?正確地進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算?合理地選取安全系數(shù)?并注意不要在使用中超載。
(2)減少殘余應(yīng)力。
殘余應(yīng)力的大小與工藝因素有關(guān)。
應(yīng)根據(jù)零件和材料的具體特點(diǎn)和要求?合理地制定工藝流程采取相應(yīng)的措施?以便將殘余應(yīng)力控制在最低限度。
(3)降低應(yīng)力集中。
應(yīng)力集中對(duì)塑性變形和斷裂失效都很重要。
3.提高材料的屈服強(qiáng)度 零件的實(shí)際屈服強(qiáng)度與選用的材料、狀態(tài)以及冶金質(zhì)量有關(guān)?因此?必須依據(jù)情況合理選材?嚴(yán)格控制材質(zhì)?正確制定和嚴(yán)格控制工藝過程。
具體問題要具體分析?要依據(jù)失效分析的結(jié)果有針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施。
黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 8 頁 4.塑性斷裂失效 當(dāng)零件所受實(shí)際應(yīng)力高于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)?將產(chǎn)生塑性變形。
如果應(yīng)力進(jìn)一步增加?并且該零件與其他零部件的匹配關(guān)系又允許時(shí)?塑性變形將繼續(xù)進(jìn)行?就可能發(fā)生斷裂?破裂? 。
這種形式的失效稱為塑性斷裂失效。
塑性斷裂失效的特點(diǎn)是在零件斷裂之前有一定程度的塑性變形。
塑性斷裂本質(zhì)上屬微孔集型斷裂?裂紋的形成與擴(kuò)展有賴于微孔的形成、長(zhǎng)大和連接。
在塑性金屬光滑試樣的拉伸斷裂中?微孔首先在頸縮部位的中心形成?缺口試樣或零件受載荷作用后?塑性變形首先應(yīng)在集中部位或某些薄弱環(huán)節(jié)開始。
材料組織中的夾雜物或第二相阻礙滑移? 在其與基體的界面處造成應(yīng)變集中?當(dāng)塑性應(yīng)變達(dá)到某一臨界值時(shí)?基體與夾雜物或第二相間的界面開裂?或者第二相折斷?形成微孔。
無論那一種情況下形成的微孔?都是材料在變形中產(chǎn)生的不連續(xù)因素。
以后的變形在微孔附近集中進(jìn)行?促使已形成的微孔長(zhǎng)大?同時(shí)在其附近形成新的微孔并長(zhǎng)大。
相鄰微孔之間的材料猶如“頸縮試樣” ?稱為“內(nèi)頸縮” 。
隨著變形的繼續(xù)進(jìn)行?微孔借助于“內(nèi)頸縮”而長(zhǎng)大?至“頸縮試樣”斷裂時(shí)?相鄰微孔便連接起來?多個(gè)微孔的連接形成微裂紋。
同樣?微裂紋的擴(kuò)展也是借助于微孔形成、長(zhǎng)大與連接實(shí)現(xiàn)的。
上述微孔形成、長(zhǎng)大與連接?以及裂紋形成與擴(kuò)展都是塑性變形積累的結(jié)果?在這一過程中材料吸收了大量塑性變形功。
裂紋源部位的宏觀斷口呈現(xiàn)纖維狀?暗灰色?無金屬光澤。
當(dāng)裂紋亞臨界擴(kuò)展至臨界尺寸時(shí)?裂紋失穩(wěn)?快速擴(kuò)展?在斷口上留下放射狀花樣。
當(dāng)裂紋前沿接近試樣或零件表面時(shí)?應(yīng)力狀態(tài)由內(nèi)部的三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)?塑性變形充分、自由地發(fā)展形成斷口上的剪切唇。
剪切唇與主應(yīng)力成 45°方向。
5.特征及判斷 5.1 塑性斷裂的主要特征 (1)在裂紋或斷口附近有宏觀塑性變形?或者在塑性變形?截面收縮?處有用肉眼或探傷儀能檢測(cè)出的裂紋。
(2)用掃描電鏡觀察?斷口上存在大面積的韌窩。
(3)用高倍金相顯微鏡觀察?裂紋或斷口附近的組織有明顯的塑性變形層。
5.2.判斷依據(jù) 當(dāng)零件斷裂或出現(xiàn)裂紋? 同時(shí)又有下列特征之一者? 可判定為塑性斷裂。
(1)有肉眼可看見的 塑性變形特征?如扭角、撓曲、變曲、變粗?頸縮和鼓包等形狀變化。
(2)零件表面覆蓋的脆性膜開裂。
(3)斷口兩側(cè)不能拼和。
(4)裂紋源區(qū)斷口粗糙?成纖維狀?色澤灰暗。
5.3 改進(jìn)措施 塑性斷裂的改進(jìn)與屈服失效相同? 但因斷裂是更為嚴(yán)重的失效? 應(yīng)盡可能使塑性變形不繼續(xù)發(fā)展成為斷裂?可以在設(shè)計(jì)上采用變形限位裝置或者增加變形保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)等。
6.脆性斷裂失效 6.1 脆性斷裂 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 9 頁 脆性斷裂是指斷裂前沒有明顯塑性變形的斷裂形式。
斷裂應(yīng)力低于材料屈服強(qiáng)度?因此稱為低應(yīng)力脆斷。
低應(yīng)力脆斷主要包括以下幾種形式。
(1).低溫脆性斷裂 低溫脆性斷裂主要發(fā)生于體心立方和密排六方金屬材料中?這些材料稱為低溫脆性材料?低碳鋼是其典型代表。
(2)冶金缺陷引起的低應(yīng)力脆斷 金屬材料在加熱過程中?有時(shí)因工藝偏差造成組織缺陷。
例如?過熱引起晶粒異常長(zhǎng)大?非金屬夾雜物顆粒沿晶界析出?過燒不但引起晶粒粗大而且有晶界融化、氧化或在晶界形成低熔點(diǎn)共晶?回火脆性引起有害雜質(zhì)元素沿晶界偏聚?減少了晶界結(jié)合力等。
含有冶金缺陷的材料在一定條件下也表現(xiàn)為低應(yīng)力脆斷。
6.2 特征及判斷 脆性斷裂的主要特征為? (1)斷裂部位在宏觀上幾乎看不出或者完全沒有塑性變形?碎塊斷口可以拼合復(fù)原。
(2)起裂部位常在變截面處即應(yīng)力集中部位?或者存在表面缺陷或內(nèi)部缺陷處。
(3)形成平斷口?斷口平面與主應(yīng)力方向垂直。
(4)斷口稱細(xì)瓷狀?較光亮?對(duì)著光線轉(zhuǎn)動(dòng)?可看到閃光刻面?無剪切唇。
(5)斷裂常發(fā)生于低溫條件下?或受沖擊載荷作用時(shí)。
(6)斷裂過程瞬時(shí)完成?無預(yù)兆。
6.3 防止和改進(jìn)措施 (1)從設(shè)計(jì)上考慮?應(yīng)保證工作溫度高于材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度?對(duì)在低溫下工作的零件應(yīng)選用脆性轉(zhuǎn)變溫度比工作溫度更低的材料?盡量避免三向應(yīng)力的工作條件?減緩應(yīng)力集中。
(2)從工藝上考慮?應(yīng)正確執(zhí)行工藝規(guī)程?避免諸如過熱、過燒、回火催性、焊接裂紋及淬火裂紋等。
熱加工后需要回火?消除內(nèi)應(yīng)力。
對(duì)于電鍍件應(yīng)及時(shí)進(jìn)行去氧處理。
(3)從操作上考慮?應(yīng)遵守設(shè)計(jì)規(guī)定的使用條件?操作平穩(wěn)?盡量避免沖擊載荷。
第三章 設(shè)計(jì)階段的失誤與失效 1. 機(jī)械設(shè)計(jì)與失效 1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與失效 機(jī)械設(shè)計(jì)包括方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)三個(gè)階段?其中機(jī)械設(shè)計(jì)中的失誤打通包括以下幾方面? (1)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)中有基本錯(cuò)誤。
(2)選材不當(dāng)?或未考慮發(fā)揮材料的性能潛力。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或工藝規(guī)范不合理。
(4)對(duì)應(yīng)力集中的作用估計(jì)不足。
(5)對(duì)工作環(huán)境條件如低溫、腐蝕和高速載荷等缺乏充分估計(jì)。
1.2 設(shè)計(jì)失誤與失效 在設(shè)計(jì)引起的失效案例中? 部分失效是由于設(shè)計(jì)失誤直接引起的? 部分則 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 10 頁 是由于規(guī)定的熱處理或精整工藝與設(shè)計(jì)不相適應(yīng)引起的。
1.應(yīng)力集中的作用 在有設(shè)計(jì)引起的失效中?尖角和半徑太小的圓角等的應(yīng)力集中引起的疲勞斷裂占有很高的比例。
零件或組件通常含有缺口、圓角、孔或類似的應(yīng)力集中因素?零件及加工表面的刀痕也往往成為應(yīng)力集中源?這些應(yīng)力集中因素如果出現(xiàn)在高應(yīng)力區(qū)?則可能造成足以引起失效的損害。
2.材料的各項(xiàng)異性 鋼錠經(jīng)軋制后?產(chǎn)生纖維結(jié)果?使鋼材帶上方向性?沿纖維方向?軋向或稱縱向?取樣的機(jī)械性能?特別是塑性和沖擊韌性?值? ?比垂直于纖維方向?橫向?取樣的要高。
同樣的情況?縱向試樣的疲勞強(qiáng)度也比橫向試樣高。
材料的強(qiáng)度越高?這種差別越大。
此外鋼的含硫量越高?鍛造比越大?縱、橫向試樣的疲勞強(qiáng)度的方向性也越大。
結(jié)構(gòu)的優(yōu)良設(shè)計(jì)不但要求能承擔(dān)載荷?而且要結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、出版低。
因此設(shè)計(jì)時(shí)合理利用材料的各項(xiàng)異性? 使最大應(yīng)力方向與纖維方向一致?是設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)重要因素?也是保證安全、減輕重量的重要方法。
零件中金屬纖維方向考慮的原則是?(1)力求使纖維方向與主應(yīng)力方向平行?(2)力求使纖維線沿零件輪廓封閉走向?不被切斷。
如果設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)這些原則?則可達(dá)到設(shè)計(jì)與加工的最好配合。
1.3 設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的失效 很多重要的結(jié)構(gòu)件是經(jīng)過鍛造和熱處理以及精整加工而成的。
在熱加工過程中?金屬經(jīng)受高溫變形以及劇烈的熱加與冷卻。
因此?這些零件的設(shè)計(jì)?不但要考慮與工作條件有關(guān)的性能要求?而且還應(yīng)根據(jù)工作條件考慮鋼種、坯料尺寸、 鍛造比和熱處理工藝等問題.尤其對(duì)冷作模具? 其上往往帶有尖角、孔等?如果考慮不周?很容易造成加工過程中開裂。
2 零件結(jié)構(gòu)與失效 2. 缺口效應(yīng) 受載零件內(nèi)部存在的不連續(xù)缺陷?會(huì)嚴(yán)重影響零件的應(yīng)力狀態(tài)和斷裂特征?這些不連續(xù)性缺陷常作為應(yīng)力集中因素?萌生裂紋并成為斷裂源。
零件自由表面的不連續(xù)處如軸肩、臺(tái)階、圓角和孔等?也是作為集中因素存在的?表面的這些不連續(xù)因素都起到缺口的作用?均可簡(jiǎn)化為缺口。
結(jié)構(gòu)零件的失效?在很多情況下是在這些缺口處開始的。
2.1 應(yīng)力集中 缺口引起的應(yīng)力集中效應(yīng)用理論應(yīng)力集中系數(shù) Κ t=1+2式中 a 為缺口深度?ρ 為缺口跟部半徑。
可見理論應(yīng)力集中系數(shù)是只與缺口幾何形狀有關(guān)的參數(shù)。
受載零件缺口跟部集中應(yīng)力的水平為 Б max=Κ t*Б ?3.2? 式中 Б 為名義應(yīng)力。
可見缺口越尖銳?應(yīng)力集中系數(shù)越大?應(yīng)力集中程度越高。
當(dāng)缺口跟部的應(yīng)力水平超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)? 會(huì)發(fā)生局部塑性流動(dòng)?使缺口變鈍?降低局部的應(yīng)力集中水平。
2.2 三向應(yīng)力狀態(tài) 除應(yīng)力集中效應(yīng)外?在缺口界面附近?還會(huì)產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)。
例如缺 3.1? 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 11 頁 口試件受拉伸應(yīng)力后?缺口處的“壁”是自由的?不受應(yīng)力作用。
當(dāng)缺口跟部的材料在拉應(yīng)力作用下伸長(zhǎng)?缺口界面收縮?時(shí)?受到缺口“壁”的自由金屬的約束。
對(duì)于板狀試樣來說?這種約束作用使板寬方向和板厚方向的收縮均受到限制?對(duì)于圓住形試樣來說?則約束使徑向和圓周方向的收縮受到限制。
因此?特殊作用產(chǎn)生的橫向力作用于與拉應(yīng)力垂直的平面上?并且與拉應(yīng)力垂直?形成三向應(yīng)力狀態(tài)。
對(duì)于薄板試樣?板厚方向上的約束很小?缺口跟部也會(huì)產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)?但板厚方向的應(yīng)力很小?一般可以不計(jì)。
因此在薄板情況下的缺口試樣?只有兩個(gè)方向上的應(yīng)力?稱為平面應(yīng)力狀態(tài)。
在厚度較大時(shí)?缺口截面內(nèi)部為三向應(yīng)力狀態(tài)?板厚方向上的應(yīng)力的作用為抑制板厚方向的變形?如果該應(yīng)力充分發(fā)揮作用?使板厚方向的變形完全受到抑制的話?則出現(xiàn)只有兩個(gè)方向發(fā)生變形的狀態(tài)?稱為平面應(yīng)力狀態(tài)。
2.3 缺口強(qiáng)化效應(yīng) 缺口跟部三向應(yīng)力狀態(tài)的出現(xiàn)?使該局部應(yīng)力狀態(tài)變硬?使變形受到抑制?塑性變形也被推遲到更高的應(yīng)力水平。
對(duì)于光滑試樣受拉伸時(shí)屈服條件為 式中τ 和Б s 分別為用切應(yīng)力和正應(yīng)力表示的屈服強(qiáng)度。
對(duì)于缺口試樣的情況?考慮到三向應(yīng)力?上式成為 τ s=Б 1-Б 2?2=Б s?2 ?3.4? 式中Б 1 和Б 3 分別為三向應(yīng)力中的最大應(yīng)力?軸向應(yīng)力?和最小應(yīng)力?徑向應(yīng)力? 。
可見缺口試樣屈服應(yīng)力高于材料的屈服強(qiáng)度。
缺口引起的三向應(yīng)力效應(yīng)?使屈服推遲?即屈服應(yīng)力升高的現(xiàn)象稱為缺口效應(yīng)。
缺口強(qiáng)化效應(yīng)與物理強(qiáng)化效應(yīng)不同?是一種純幾何效應(yīng) τ s=Б s?2 (3.3) 第四章 失效分析的目的 1 防止同類失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生 通過對(duì)失效機(jī)械產(chǎn)品的分析研究?可以測(cè)定機(jī)械產(chǎn)品的失效原因及其影響因素?并且根據(jù)這些測(cè)定結(jié)果制定改進(jìn)措施?以防同類失效現(xiàn)象的重復(fù)發(fā)生。
例如通過對(duì)汽輪機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉片斷裂失效分析?可確定動(dòng)葉片斷裂是由于共振現(xiàn)象引起的?所以要改進(jìn)葉片的激振頻率?使它不落入葉片的自振頻率范圍之內(nèi)。
這樣改進(jìn)后的動(dòng)葉片就不發(fā)生由于共振所引起的斷裂失效?確保汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。
2 失效分析是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的依據(jù) 失效分析在整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中占據(jù)著重要地位?尤其是機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、加工、選材、裝配及使用條件等的確定均由失效分析提供依據(jù)。
有關(guān)失效分析與機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造等因素的關(guān)系如圖 4?1 所示 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 12 頁 圖 4?1 失效分析與設(shè)計(jì)、制造等因素的關(guān)系 3 消除隱患?確保產(chǎn)品安全可靠 失效分析可以幾時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷?并且將隱患消除在事故的萌發(fā)階段。
特別是利用“故障樹”預(yù)測(cè)系統(tǒng)的安全性和可靠性更為有利。
“故障樹”是失效分析中的一種方法?它主要由各種可能引起系統(tǒng)失效的事故和連接這些事故的邏輯門組成的圖形?并顯示出他們之間的相互關(guān)系。
4 失效分析可以提高產(chǎn)品的信譽(yù) 機(jī)械產(chǎn)品的信譽(yù)主要是由產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命及可靠性等指標(biāo)來保證的?同時(shí)也要求產(chǎn)品價(jià)廉物美?經(jīng)久耐用。
因此要提高產(chǎn)品的信譽(yù)就必須使產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量好、壽命長(zhǎng)、可靠性高?而這些指標(biāo)是由失效分析來保證的。
實(shí)效分析不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命?而且還能進(jìn)行技術(shù)反饋?提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
機(jī)械產(chǎn)品的信譽(yù)提高與失效分析的關(guān)系?如圖 4?2 所示。
另外?實(shí)效分析還能為產(chǎn)品的仲裁、索賠?制定指令性文件等提供重要依據(jù)。
失效分析對(duì)質(zhì)量控制、材料的發(fā)展及規(guī)劃、儀器設(shè)備的正確維護(hù)和使用等也可提供合理化意見。
經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 13 頁 圖 4?2 機(jī)械產(chǎn)品的信譽(yù)與失效分析的關(guān)系 第五章 失效分析方法 機(jī)械構(gòu)件在使用過程中常常發(fā)生磨損、腐蝕、變形和斷裂等損壞現(xiàn)象?造成嚴(yán)重事故的例子是舉不勝舉的。
人們?yōu)榱朔乐箼C(jī)械構(gòu)件的損壞?特別是突然斷裂損壞現(xiàn)象的發(fā)生及提高材料的使用壽命?很早就開始對(duì)機(jī)械構(gòu)件損壞的原因進(jìn)行分析和研究?并據(jù)此提出防止類似事故再度發(fā)生的改進(jìn)措施。
這樣就形成了一門新的分析技術(shù)?稱之為“失效分析”或“事故分析” 。
在進(jìn)行失效分析時(shí)?首先要了解失效分析程序。
現(xiàn)簡(jiǎn)介如下? 因?yàn)闄C(jī)械構(gòu)件多數(shù)是在運(yùn)行過程中發(fā)生斷裂失效的?每當(dāng)一個(gè)零部件斷裂損壞時(shí)? 它和別的零部件、 周圍環(huán)境和操作人員等均有著十分密切的關(guān)系。
查找原因時(shí)要從設(shè)計(jì)水平、材料質(zhì)量、加工狀態(tài)、維修情況、裝配精度、工作環(huán)境、服役條件和操作方法等因素中找出造成損壞的主要原因?并根據(jù)損壞的原因、機(jī)理、類型和階段?進(jìn)行分析判斷?制定出改進(jìn)措施。
斷裂過程是個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程?對(duì)斷裂直接進(jìn)行觀察分析是比較難的?而斷口是斷裂的靜態(tài)反映?如果對(duì)斷口進(jìn)行仔細(xì)觀察和分析就能找出斷裂的原因、機(jī)理等。
因?yàn)閿嗫谌鐚?shí)地反映了機(jī)械構(gòu)件斷裂的全過程?及機(jī)械構(gòu)件裂紋的萌生與擴(kuò)展過程?因此斷口分析是機(jī)械構(gòu)件斷裂失效分析的一個(gè)重要手段。
為了取得更好的分析效果?對(duì)這一分析手段還必須輔以一系列其他的檢驗(yàn)方法?如無損檢測(cè)、機(jī)械性能試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、化學(xué)分析、X 射線分析、斷裂韌性試驗(yàn)、電子能譜分析、模擬試驗(yàn)等。
最后將上述分析和試驗(yàn)的結(jié)果與數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析?并提出改進(jìn)措施?寫出失效分析報(bào)告。
1 原始資料的收集 原始資料是指構(gòu)件服役前的全部經(jīng)歷?構(gòu)件的服役歷史和斷裂時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械產(chǎn)品 事故 試制產(chǎn)品 失效分析 高信譽(yù)的機(jī)械產(chǎn)品 實(shí)物試驗(yàn) 故障再現(xiàn) 試驗(yàn)分析 環(huán)境調(diào)查 工藝制定等等 數(shù)據(jù)處理 最 佳 工藝 、 材料、形狀 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 14 頁 情況等。
此外?還要從散落的失效殘骸中選擇有分析價(jià)值的斷口和供做其它檢測(cè)用的試樣材料。
1.1 構(gòu)件服役前的經(jīng)歷 首先要了解構(gòu)件的設(shè)計(jì)依據(jù)? 參數(shù)和圖紙? 其次是了解構(gòu)件的制造和加工工藝?然后了解構(gòu)件的物理性質(zhì)、力學(xué)性能和化學(xué)成分分析的檢驗(yàn)報(bào)告?最后還要了解構(gòu)件的安裝情況和試車情況等。
1.2 構(gòu)件的服役歷史 (1)查閱操作人員的工作記錄? (2)構(gòu)件的實(shí)際運(yùn)行情況? (3)構(gòu)件所處的環(huán)境條件。
可是?實(shí)際上是很難知道構(gòu)件的全部服役歷史的。
這時(shí)必須從零星的使用情況分析構(gòu)件服役時(shí)的負(fù)載變化? 盡量從使用條件中得出一些分析依據(jù)。
1.3 場(chǎng)記錄及殘骸的收集 斷裂失效現(xiàn)象發(fā)生后? 分析人員要親臨現(xiàn)場(chǎng)? 深入了解失效發(fā)生時(shí)各種條件和事故過程。
對(duì)散落的碎片?均應(yīng)觀察其所處的位置、環(huán)境和取向?經(jīng)詳細(xì)記錄或攝影后? 方可移動(dòng)。
同時(shí)還應(yīng)注意損壞構(gòu)件與其他構(gòu)件之間的關(guān)系和相互影響?并予以記錄。
收集的碎片應(yīng)盡可能齊全? 尤其是首先斷裂的部分。
除沾著的腐蝕介質(zhì)應(yīng)即時(shí)清洗去掉外?對(duì)斷口上的其他沉積和粘附物質(zhì)?甚至砂�；蛭畚锏�?一般均暫不清除? 待進(jìn)行細(xì)致的斷口觀察后再作處理? 因?yàn)檫@些物質(zhì)對(duì)斷裂原因的分析常常能提供有用的線索 2 碎片?或斷片?的選擇與保存 斷片時(shí)斷裂失效分析的第一手資料? 是斷口分析的依據(jù)? 在斷裂事故發(fā)生后應(yīng)小心謹(jǐn)慎收集?妥為保存。
2.1 主裂紋的判別 機(jī)械構(gòu)件斷裂事故大多數(shù)是在運(yùn)行中發(fā)生的?經(jīng)常是一個(gè)構(gòu)件斷裂后?其斷片擊斷其它構(gòu)件。
例如汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)?若一片葉片斷裂時(shí)?其葉片的斷片將會(huì)擊斷或碰傷其它葉片?造成較大的斷裂事故發(fā)生。
因此在進(jìn)行斷口分析時(shí)?首先要選擇最先開裂的構(gòu)件斷口。
有時(shí)一個(gè)構(gòu)件在斷裂過程中形成幾個(gè)斷片時(shí)?例如高壓容器或鍋爐爆炸事故等? ?也要選擇最先斷裂的斷口?即主裂紋所形成的斷口。
經(jīng)常使用的主裂紋的判別方法有?T 型法?分枝法?變形法和氧化法等四種方法。
T 型法 將散落的斷片按相匹配的斷口合并在一起?其裂紋形成 T 型。
在一般情況下?橫貫裂紋 A 為首先開裂的?A 型紋阻止 B 裂紋擴(kuò)展或者 B裂紋的擴(kuò)展受到 A 裂紋的阻止時(shí)?A 裂紋為主裂紋?B 裂紋為二次裂紋。
分枝法 將散落斷片按相匹配斷口合并?其裂紋形成樹枝型。
在斷裂失效中?往往在出現(xiàn)一個(gè)裂紋后?產(chǎn)生很多的分叉或分枝裂紋。
裂紋的分枝或分叉方向通常為裂紋的局部擴(kuò)展方向?其相反方向指向裂源?即分枝裂紋為二次裂紋?匯合裂紋為主裂紋。
變形法 將散落斷片按相匹配斷口合并?構(gòu)成原來機(jī)械構(gòu)件的幾何外形?測(cè)量其幾何形狀的變化情況?其變形量較大的部位為主裂紋?其它部位為二次裂紋。
黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 15 頁 氧化法 在受環(huán)境因素影響較大的斷裂失效中?檢驗(yàn)斷口各個(gè)部位的氧化程度?其中氧化程度最嚴(yán)重者為最先斷裂者即主裂紋所形成的斷口?因?yàn)檠趸瘒?yán)重者說明斷裂的時(shí)間較長(zhǎng)?而氧化輕者或未被氧化者為最后斷裂所形成的斷口。
上述四種判別方法請(qǐng)參閱圖 5?1 所列的四種示意圖。
圖 5—1 判別主裂紋方法的示意圖 2.2 二次裂紋的選擇 在斷裂失效分析過程中?主裂紋所形成的斷口損傷很嚴(yán)重而不能提供斷裂形貌特征時(shí)?要分析研究二次裂紋所形成的斷口。
二次裂紋的判別方法如上所述。
二次裂紋的類型有?分枝的二次裂紋?橫向取向的二次裂紋?即與主裂紋垂直的二次裂紋和獨(dú)立的二次裂紋等。
利用二次裂紋選取斷口試樣主要是下面幾種情況? (1)主裂紋化學(xué)腐蝕嚴(yán)重。
例如環(huán)境斷裂條件下?主裂紋不能提供斷口形貌特征時(shí)?必須研究二次裂紋所形成的斷口? (2)機(jī)械擦傷嚴(yán)重的主裂紋斷口不能反映出斷裂形貌特征?亦必須研究二次裂紋。
(3)在高溫條件下所形成的主裂紋斷口?往往有一層較厚的氧化膜?這時(shí)也要研究二次裂紋所形成的斷口? (4)分析研究斷裂機(jī)理、斷口精細(xì)形貌特征時(shí)?則要詳細(xì)地觀察斷口形貌 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 16 頁 特征?這時(shí)二次裂紋斷口比主裂紋斷口能提供更多的信息。
(5)斷口的保。
存在分析損壞現(xiàn)象時(shí)?材料斷裂的發(fā)生及傳播過程與斷口形貌的對(duì)應(yīng)關(guān)系是很重要的。
根據(jù)材料斷裂的條件和斷口形貌特征可分析出材料的斷裂原因。
因此?對(duì)斷口表面必須保護(hù)得非常完整?不能碰傷?嚴(yán)防用手撫摸斷口表面?以保持?jǐn)嗔褧r(shí)的原有狀態(tài)。
特別是在機(jī)械構(gòu)件斷裂失效后?往往會(huì)使構(gòu)件斷面擦傷和銹蝕?所以在分析過程中要十分注意對(duì)斷口的保存。
2.3 失效件或斷口的保存方法? ①使失效件或斷口表面保持干燥?在移動(dòng)過程中?盡量使斷口表面不要相互磨損?若失效件或斷口較小時(shí)?將失效件或斷口放入干燥皿里或塑料袋里保存。
�、趹�(yīng)用防銹漆或者其它涂料將失效部位或斷口保護(hù)起來。
但是在應(yīng)用這種方法時(shí)要注意?所使用的防銹漆或其它涂料要對(duì)斷裂表面不發(fā)生腐蝕?并且容易去除。
為了全面地進(jìn)行實(shí)效分析?除了斷口分析所需的試樣之外?其它分析檢驗(yàn)項(xiàng)目還需要各種試樣?如機(jī)械性能試樣、化學(xué)分析樣品、電子探針試樣、金相試樣、表面分析試樣、斷裂韌性試樣和模擬試驗(yàn)用的試樣等。
這些試樣均要在選擇斷片時(shí)考慮進(jìn)去?要從構(gòu)件有代表性的部位上截取。
在截取之前都應(yīng)在構(gòu)件上畫好截取的部位?用草圖和照相記錄?標(biāo)明是哪種試樣?以免弄混而導(dǎo)致錯(cuò)誤的分析結(jié)論。
截取試樣時(shí)要小心保護(hù)斷口或裂紋?使截取下的試樣不受損傷?不改變斷口形貌及微觀組織形態(tài)?不受高溫的影響或者其它的化學(xué)腐蝕?使斷片或斷口保持干燥。
無論用什么方法截取試樣時(shí)?都要遠(yuǎn)離斷口表面?要避免斷口受到損傷?尤其時(shí)裂源更要加強(qiáng)保護(hù)。
如果將裂源損傷?則將很難進(jìn)行斷口分析。
3 斷口分析 在機(jī)械構(gòu)件斷裂事故中?一般都要形成斷口?因此斷口分析是斷裂失效分析的最重要的分析手段。
在斷口分析技術(shù)中?最關(guān)鍵的兩項(xiàng)工作是?①斷口的選擇?②斷口的觀察。
對(duì)于斷裂原因的正確分析及斷口形貌的正確解釋?在很大程度上依靠與斷口樣品的正確選擇及斷口形貌的清晰程度 斷口觀察包括宏觀觀察和微觀觀察。
斷口宏觀觀察主要是確定裂源位置及裂紋的擴(kuò)展方向?斷口微觀觀察是在宏觀觀察基礎(chǔ)上?對(duì)裂源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)及最終斷裂區(qū)進(jìn)行檢驗(yàn)。
通常是應(yīng)用電子顯微鏡、電子探針、離子探針及俄歇譜儀等工具來觀察或檢查微觀形貌特征?微量或痕量元素對(duì)斷裂的影響等?進(jìn)一步判斷和證實(shí)斷裂的性質(zhì)及方式。
在斷口分析中必須注意這二者的結(jié)合并用。
3.1 斷口的宏觀觀察 斷口的宏觀觀察是指用肉眼、放大鏡、光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡的低倍觀 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 17 頁 察。
首先用肉眼或放大鏡觀察斷裂構(gòu)件的外貌?應(yīng)特別注意構(gòu)件斷片的表面觀察?看一看是否有加工缺陷?例如刀痕、折疊等和變形及縮頸、彎曲等?是否存在著產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)?例如尖角、油孔等?以及表面損傷如化學(xué)腐蝕、機(jī)械磨損等。
接著?根據(jù)斷口的宏觀特征來確定裂源及其裂紋的擴(kuò)展方向。
在此基礎(chǔ)上將斷口按裂源區(qū)、裂紋緩慢擴(kuò)展區(qū)和裂紋快速擴(kuò)展區(qū)進(jìn)行光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡的低倍觀察?特別是裂源區(qū)要用雙的筒立體顯微鏡進(jìn)行反復(fù)觀察?因?yàn)榱言赐c材料缺陷有聯(lián)系。
3.2 斷口的微觀觀察 斷口的微觀觀察通常是應(yīng)用電子顯微鏡。
斷口的微觀觀察是在斷口的宏觀觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
通過對(duì)斷口的微觀觀察除可進(jìn)一步澄清斷裂的路徑、斷裂的性質(zhì)、環(huán)境對(duì)斷裂的影響等之外?還將找出斷裂的原因及其斷裂機(jī)理等因素。
但是?在進(jìn)行微觀觀察時(shí)?要注意防止片面性?不能從局部的特征輕易地作出結(jié)論。
例如在脆性斷口上?亦可找到局部呈現(xiàn)韌窩花樣的區(qū)域?或者在韌性斷口?也可找到呈現(xiàn)解理或準(zhǔn)解理的河流花樣等區(qū)域。
因此?必須進(jìn)行反復(fù)多次的觀察?對(duì)于各種顯微形貌特征?要有個(gè)數(shù)量的概念或統(tǒng)計(jì)的概念?并且還要與宏觀觀察的情況結(jié)合起來?才能得出正確的判斷。
斷口的微觀觀察除作定性的分析研究之外?還可以作定量的分析研究。
例如分析研究斷口顯微參量與斷裂力學(xué)參數(shù)之間的定量關(guān)系等。
應(yīng)用透射電子顯微鏡不能直接檢查斷口表面?需要制作塑料?碳復(fù)型?且用重金屬投影增強(qiáng)反差。
用于萃取復(fù)型的一個(gè)有效的輔助方法?是通過電子衍射技術(shù)鑒別第二相離子或者腐蝕產(chǎn)物等。
應(yīng)用掃描電鏡可直接檢查實(shí)物斷口表面?它可以進(jìn)行連續(xù)放大觀察。
電子圖象立體感強(qiáng)?其分辨本領(lǐng)可達(dá) 15nm 左右?他是斷裂失效分析的最有力的工具。
4 其它檢驗(yàn)分析 在失效分析中?為更好地獲得分析結(jié)果?除了進(jìn)行斷口分析之外?還必須進(jìn)行化學(xué)、力學(xué)、物理等試驗(yàn)分析。
4.1 化學(xué)分析 在失效分析中?為了查明材料是否符合規(guī)定要求?必須進(jìn)行化學(xué)成分分析。
實(shí)際使用的材料成分與規(guī)定成分稍有偏差?在失效分析中并不太重要。
只有很少數(shù)的服役失效是由于材料使用不當(dāng)或者有缺陷而引起的。
因此?從化學(xué)成分分析的結(jié)果去找到失效的原因是很少見的。
在某些特殊失效分析中?特別是包含著腐蝕和應(yīng)力腐蝕的失效案例?則很需要對(duì)腐蝕表面沉積物、氧化物或者腐蝕產(chǎn)物以及與被腐蝕材料接觸的介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析?以助于初步確定失效的原因。
黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 18 頁 學(xué)分析?包括常規(guī)的、局部的、表面的和微區(qū)的化學(xué)分析。
在分析中應(yīng)當(dāng)注意常規(guī)成分報(bào)告中那些沒有規(guī)定限量的有害元素?例如?砷、銻、鉛、錫、鉍等是否超過限量。
另外?還要注意氣體含量?例如氫、氧、氮等也不能超過一定的限量。
在失效分析中?經(jīng)常使用電子探針、俄歇譜儀、離子探針等儀器來檢測(cè)腐蝕產(chǎn)物、表面化學(xué)元素組成、化學(xué)成分的局部偏析、微量及痕量元素等。
4.2 金相檢驗(yàn) 相檢驗(yàn)在構(gòu)件斷裂失效分析中也是經(jīng)常應(yīng)用的一種重要手段?有些損壞構(gòu)件往往只需作金相檢驗(yàn)就可以查明損壞的原因。
例如由加工工藝、材質(zhì)缺陷和環(huán)境介質(zhì)等因素所導(dǎo)致的損壞?均可通過金相檢驗(yàn)來判別損壞的原因。
金相檢驗(yàn)的內(nèi)容?主要由晶粒的大小、組織形態(tài)、第二相粒子的大小及分布、晶界的變化、夾雜物、疏松、裂紋、脫碳等缺陷。
特別應(yīng)注意晶界的檢驗(yàn)?是否有析出相、腐蝕及變化等現(xiàn)象發(fā)生。
當(dāng)檢查裂紋時(shí)?往往能從裂紋尖端的試樣得到最有價(jià)值的情報(bào)。
由于它受到環(huán)境介質(zhì)的影響較小?容易判別裂紋擴(kuò)展路徑的方式——穿晶型或沿晶型。
4.3 結(jié)構(gòu)分析 斷口上經(jīng)常有夾雜物、第二相、腐蝕產(chǎn)物等析出或生成?它們對(duì)構(gòu)件斷裂尤其是沿晶斷裂影響顯著。
因此?對(duì)它們進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析?通常使用 X 射線衍射儀及電子顯微鏡的選區(qū)電子衍射?以確定其結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成是很有必要的。
(1)斷裂力學(xué)分析 斷裂力學(xué)對(duì)于金屬材料的研究、機(jī)械構(gòu)件的設(shè)計(jì)、構(gòu)件安全壽命的預(yù)測(cè)及剩余壽命的估算等方面?均起著重要的作用。
在機(jī)械構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)?不能單純追求材料的強(qiáng)度指標(biāo)?尤其是大截面或零部件處于平面應(yīng)變條件下的情況?必須認(rèn)真考慮構(gòu)件的應(yīng)力強(qiáng)度因子 K 和材料的斷裂韌性 K值的大小?如果構(gòu)件處于腐蝕介質(zhì)環(huán)境中?還需要考慮 K 值?才能確定構(gòu)件安全使用所能允許的裂縫尺寸?以及確定含有裂紋構(gòu)件的剩余壽命等。
目前?常用的評(píng)價(jià)斷裂韌性的方法有?①平面應(yīng)變斷裂韌性測(cè)試?②動(dòng)態(tài)撕裂測(cè)試?③J 積分?jǐn)嗔雅袚?jù)?④裂紋張開位移?⑤動(dòng)態(tài)斷裂韌性測(cè)試等。
(2)模擬試驗(yàn) 所謂“模擬試驗(yàn)” ?是指把在已知條件下斷裂的斷口形貌與未知條件下斷裂者進(jìn)行比較?從而驗(yàn)證初步判斷或分析是否正確?也有人稱之為對(duì)比試驗(yàn)?亦即通過試驗(yàn)方法再現(xiàn)失效構(gòu)件斷口。
在失效分析進(jìn)入最后階段時(shí)?可能需要對(duì)被認(rèn)為導(dǎo)致失效的實(shí)效條件進(jìn)行模擬試驗(yàn)。
但是模擬試驗(yàn)往往不是全部能辦到的?因?yàn)樾枰獜?fù)雜 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)文 第 19 頁 的設(shè)備?而且即使可行?所有的服役備件也不可能是十分清楚和容易模擬的。
例如?腐蝕失效就很難在實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)的?很多企圖再現(xiàn)腐蝕失效的試驗(yàn)?最終都導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。
要想對(duì)實(shí)際失效現(xiàn)象進(jìn)行全部模擬是很難實(shí)現(xiàn)的?但是對(duì)其中一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)或參量進(jìn)行模擬?還是可以辦到的。
例如對(duì)溫度、介質(zhì)濃度等環(huán)境因素對(duì)失效的影響的模擬等。
5 綜合分析 失效分析進(jìn)行到一定階段?需要對(duì)從各種檢查和試驗(yàn)所獲得的結(jié)果和基本試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析研究。
如果遇到失效原因捉摸不定的情況?可查閱已發(fā)表的同類實(shí)例報(bào)告?也許有助于獲得新的線索。
一般而言?可以從各種檢驗(yàn)結(jié)果、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和記錄的綜合分析中?得出失效的一種和幾種主要原因?并且提出改進(jìn)措施 失效分析報(bào)告應(yīng)該寫得清晰、簡(jiǎn)練和合乎邏輯。
其具體內(nèi)容如下?
5.1 失效構(gòu)件的描述?
5.2 失效時(shí)的服役條件?
5.3 失效前的服役條件?
5.4 構(gòu)件制造及熱處理過程?
5.5 失效構(gòu)件材料的冶金質(zhì)量評(píng)定?
5.6 各種物理、化學(xué)、力學(xué)試驗(yàn)?
5.7 失效的主要原因及其影響因素?
5.8 預(yù)防措施及改進(jìn)建議等。
主要參考文獻(xiàn)
1 涂銘旌,鄢文彬.機(jī)械零件失效分析與預(yù)防.北京:高等教育出版社,1993
2 陳南平,顧守仁,沈萬慈.脆斷失效分析.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1993
3 陳南平,顧守仁,沈萬慈.機(jī)械零件失效分析.北京:清華大學(xué)出版社,1988
4 劉民治,鐘明勛.失效分析的思路與診斷.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1993
5 《金屬斷口分析》編寫組.金屬斷口分析.:北京:國防工業(yè)出版社,1979
【大專機(jī)械專業(yè)畢業(yè)論文】相關(guān)文章：
機(jī)械畢業(yè)論文大專10-06
大專機(jī)械畢業(yè)論文10-05
機(jī)械制造大專畢業(yè)論文09-30
機(jī)械專業(yè)畢業(yè)論文10-02
大專機(jī)械類畢業(yè)論文09-30
大專畢業(yè)論文旅游專業(yè)10-05
大專建筑專業(yè)畢業(yè)論文10-26