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机械产品失效分析的意义
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  • 2021-03-30
  • 来源:中科检测
  • 失效分析检测机械失效分析失效分析意义
失效分析是一门跨学科的综合性技术,近年开始从军工向普通企业普及。机械产品在服役中。因应力、时间、介质、温度和操作失误等因素的作用,失去了其原有的功能。这时通过失效分析,分析和验证,模拟重现失效的现象,找出失效的原因,挖掘出失效的机理的活动。
 
机械失效的表现:
1. 完全不能工作,如发动机中曲轴、连杆的断裂;
2.虽然能工作,但不能完全规定的功能,就是功能衰退,如发动机气缸套、活塞环严重磨损,间隙增大等;
3.能工作和完成规定功能,但是不能确保安全,应更换维修,如经长期高温运行的压力容器及其管道,内部组织发生变化,继续工作存在开裂的危险。
 
由于机械零件的失效,会使机床失去加工精度、输气管道发生泄漏、飞机出现故障等,严重的威胁人生命和生产的安全,造成巨大的经济损失。
1944年10月20日,美国东俄亥俄州燃气公司液化天然气设备,直径21.3m,高12.8m的圆筒形储气罐,由于在1/3~1/2的高度处壳体破裂而喷出气体和液体,随后爆炸起火,20min后,另一台内径为17.4m的球罐因受热倒塌而爆炸,由此造成128人死亡,当时经济损失达680万美元,131人死亡。因此,机械零件的失效分析、研究失效机理、提出失效的预防措施具有十分重要的意义。
 
什么时候会出现失效?
1. 加工环节:冶炼、合成、浇铸、热轧、冷轧、热处理、焊接、切割、及加工等。
2. 使用过程:过载载荷、恶劣环境、正常使用。
 
失效形式:
1、变形失效:变形失效包括扭曲、拉长、涨大、蠕变等,引发的主要原因是零件在一定载荷条件下发生过量变形;有弹性变形失效和塑性变形失效。
2、断裂失效:断裂失效是机械零件失效的主要形式,可以分为韧性断裂失效和脆性断裂失效。一般来说,材料断面收缩率大于5%为韧性断裂,小于5%为脆性断裂。
3、表面损伤失效:由于磨损、疲劳、腐蚀等原因,使机械零件表面失去正常工作所以需要的形状、尺寸和表面粗糙度造成的失效,成为表面损伤失效。
磨损失效:磨损是由于机械作用、化学反应(包括热化学、电化学、力化学等反应),材料表面物质不断损失或产生残余变形和断裂的现象。提高材料耐磨性的主要途径是进行表面强化。
腐蚀失效:腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀而造成机械零件尺寸和性能的改变而导致的。合理的选用耐腐蚀材料,在材料表面涂覆防护层,采用电化学保护及采用缓蚀剂可以有效提高材料的抗腐蚀能力。
表面疲劳失效:表面疲劳失效是指两个相互接触的机械零件相对运动时,在交变接触应力作用下,机械零件表面层材料发生疲劳而脱落所造成的失效。
4、材料的老化
高分子材料在储存和使用过程中发生变脆、变硬或变软、变黏等现象,从而失去原有性能指标的现象,成为材料的老化。
 
失效原因:
1、设计不合理:机械零件设计不合理主要表现在机械零件尺寸和结构设计上。例如过度圆角太小、尖锐的缺口、尖角等会造成较大的应力集中而导致失效;另外,对机械零件的工作条件及过载情况估计不足,设计承载能力不够,忽略或低估温度、介质等因素的影响,也会造成零件失效。
2、选材错误
选材所依据的性能指标,不能反映材料对实际失效形式的抗力,不能满足工作条件的要求,错误地选择了材料。另外,材料地冶金质量太差,如存在夹杂物、偏析等缺陷,也是失效地源头。
3、加工工艺不当
在加工或加工过程中,由于采用的工艺不当而产生地这种质量缺陷,例如较深地切削刀痕、磨削裂纹等,都有可能引发失效。而处理时,冷却速率不够、表现脱碳、淬火变形和开裂,也是引发失效地重要原因。
4、装配使用不当
在装配成机器或装置地过程中,由于装配不当、对中不好、过紧过过松都会使零件产生附近能力或振动,造成失效。使用维护不良,不按工艺规程操作,也会造成失效。
 
中科检测是具备CMA、CNAS资质认证的第三方检测机构,累计数十年检测经验和资源团队,能对失效原因进行检测分析,并根据失效分析和根因为产品物料优选、设计改进和失效预防提供技术解决方案。

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