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大专机械专业毕业论文
大专机械专业的毕业论文如何写?下面是小编整理的几篇范文，供大家阅读参考。
手机液晶屏生产工艺的探讨
摘要：液晶显示器具有驱动电压和功耗低、体积小、重量轻、无X辐射等一系列优点，受到了广泛的重视，发展非常迅速，已经成为平板显示器的主流技术。
在液晶显示技术中，低温多晶硅是新一代薄膜晶体管液晶显示器的制造工艺，是多晶硅技术的一个重要分支。
本文在介绍了统宝在液晶屏组装的方法及工艺的基础上，讨论了Defect对工厂带来不良影响及Defect的处理和改良方法。
关键词：液晶屏 生产工艺 探讨
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 绪论
1.1 液晶屏的发展概述
液晶显示器件(LCD)在中国已有二十余年的发展历史。
二十年来，液晶显示器件从实验室走向大规模生产，形成了独立的产业部门。
现在，液晶显示几乎已经应用于生产、生活的各个领域，人们几乎时时处处都要与这一种神奇而又普通的面孔打交道。
LCD液晶屏显示产品是世界上最省电的显示产品之一。
在便携式显示器中，LCD时最佳的选择。
目前还没找到一个显示产品能代替LCD在计算机、计算器、 BP机手机、电子词典、电子笔记本、PDA、GPS、电子照相机、电子摄像机、便携式计算机、便携式智能仪表等产品上的应用。
随着世界经济科技的发展和个人生活水平的提高，个人对显示器的需求将是五花八门，日新月异。
LCD在这方面的市场开拓十分宽广。
目前，显示技术和显示工业的迅速发展。
它一方面是建立在现代社会信息的告诉发展上，另一方面也是建立在电子工业和材料基础上。
信息社会中随着信息量的增加和信息交换越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。
而电子工业，特别是集成电路，计算机的发展使电光转化、信息处理，器件制造越来越容易。
显示技术是传递视觉信息的技术，显示器件技术的基础。
几十年的发展，显示器件已成为一个大家庭。
利用不同的光电原理，具有不同的结构、特点，适应不同的环境和条件的各种显示器件构成了一个大家庭。
其中低温多晶硅显示屏有着很大的优势。
低温多晶硅薄膜晶体管不仅能够当做一般的阵列开关，随着薄膜晶体管性能的提升，广泛应用于静态随机存储器、非挥发性存储器(Nonvolatile Memories)、影像传感器(Linear Image Sensor)、光探测放大器(Photo-Detector Amplifier)、打印机印字头(Printer Head)、人工指纹(Artificial Fingerprint)、与平面显示器等的应用。
低温多晶硅显示技术的应用，小至0.33英寸的电子式取景框(EVF: Electronic View-Finders)、数码相机(DSC: Digital Still Cameras)、个人数字助理(PDA: Personal Digital Assistant )、导航系统(Navigation System)与投影机(Projector)，大至14英寸的台式电脑、笔记本电脑与22英寸液晶电视等，充分满足当代资讯产品的需求。
而且在元件缩小化、面板开口率、画面与清晰度上有绝对的优势。
1.2 液晶的基础知识及显示屏的显示原理
既然LCD的优点有如此之多，那么我们接下来就去了解一下作为制造LCD的主要材料—液晶的基本知识。
液晶是指在一定温度内，具有晶体所有的各向异性造成的双折射，同时也具有液体的流动性的物质。
一般我们常见的物质有三态，及固态、液态、气态。
这三态之间是可以随着温度变化而变化的。
固态变为液态的温度点为融化点。
液态与气态的温度临界点是沸点。
而液晶就是介于固态与液态之间的一种形态。
所以它同时具有液态和晶体的性质。
液晶的相态结构可分为3种，分别为向列相(见图1)、近晶相(见图2)、胆甾相(见图3)。
它们的结构特点各有不同。
图1 向列相示意图
向列相的结构如上图所示：由棒状分子组成，分子质心没有长程有序性能，具有普通流动性，分子不排列成层，能上、下、左、右滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近似平行，分子间短程作用力微弱。
图2 近晶相示意图
近晶相的结构如上图所示：由棒状分子组成，分子可排列成层，层内分子长轴
互相平行，其方向可以垂直于层平面，也可以与层平面成倾斜排列。
图3 胆甾相示意图
胆甾相饿结构如上图所示：分子排列成层，层内分子互相平行，分子长轴平行于层平面，不同层内的分子长轴方向稍微有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。
液晶的基本知识我们已经有所了解，下面我们就来了解一下液晶的应用，及液晶盒的组成(见图4)。
图4 液晶盒示意图
Spacer又称树脂粉，是为了保证液晶层间隙的均匀性，而在封框中掺加一定比
例的玻璃纤维，两者共同作用来保证盒间隙的一致性。
偏光片顾名思义，就是用来使光的震动发生变化的胶片。
通过偏光片的光，将会只沿一个方向振动。
玻璃板是制造一个可以存放液晶的空间，它由上下两块玻璃板组成。
再加上边框胶就可以支撑出一个空间来存放液晶了。
液晶是液晶屏的主要材料。
它可以扭曲光线的传播方向。
是液晶屏显示原理的核心性能。
2 液晶显示屏的生产工艺
2. 液晶屏制作的工艺
2.1.1 偏贴段工艺简介
从灌晶处收料，然后开始M1的工艺制作。
由于在灌晶结束后有一道工序为封胶。
机器封胶时，容易将封口胶溢到上下玻璃板上。
它会影响偏光片的贴附，更加会影响成品的显示效果。
一般的处理方法是：用刀片蘸取酒精用刀刃处于玻璃板呈45°角进行刮洗。
具体操作方法如下：
(1)从板面的右上角开始逐步开始刮洗。
要保持刀片的倾斜，以免刮伤板边玻璃(无需担心把玻璃面压碎，个人实践，如果不是故意搞破坏)。
以右下角为结束位置，中途用力方向要与刀垂直，使刀刃受力均匀。
(2)用无尘布迅速自上而下擦拭板面上残留的酒精。
因为酒精的挥发性很好，所以在你查实完的时候，板面即会风干。
检查是否有胶残留，若无，反面相同操作。
结束后，从45°方向检查板面。
这里要提醒一下，无尘布在用过一定次数后要更换，以确保其对板面有清洁作用。
(3)确认无误后由专门人员放入贴偏光机内贴偏光片。
在入口处有绿光区，其作用是再次检查板面是否干净。
在绿光下，残留的胶粒会散射光线，从而使其很明显。
偏贴段注意事项包括：在刮液晶盒时不要刮花液晶盒，更不要误伤到自己或他人;在每种料号或下班时，要把报废或多余的偏光片收集起来，以减少成本;清点PNL数量。
2.1.2 FPC与液晶盒结合段工艺简介
结合段的工艺相对来说比较简单。
主要作用就是在液晶盒上安装一个绕性电路板(FPC)与液晶盒的端子部相连。
从偏贴段传来的PNL在经过收料员清点后，开始结合段的作业。
把事先准备好
的FPC与液晶盒的端子部连接在一起，然后放入专用的压合机中压合。
使其连接更加牢固。
由于压合的FPC与端子部都是裸露的，容易产生一系列的问题。
所以要在其上涂覆一层UV胶。
UV胶可以防止漏电、氧化的目的，还可以增加两者的连接牢固性。
UV胶需要在一定的温度下才会固化，所以要放入小型烘烤箱中热红一下。
UV胶涂覆制程后，是较之偏贴段复杂的点灯测试和外观检(生产段详解)。
结合段已经开始出现质量检测了。
质量检测的目的是再次确保PNL的质量，防止不良品流到客户手里。
质量检测后就是收料了，并准备生产段的制程。
结合段的注意事项包括：压合是应该注意压力的控制，以防端子部破损;遇到薄的液晶盒是，要用吸嘴拿取，避免不必要的破碎;清点PNL的数量。
2.2 型号N98手机显示屏在生产段的工艺流程
下面是生产段N98型号手机显示屏的制作工艺流程(见图4)，次流程是在一个流水线上依次完成的。
每一站完成，就要把PNL放入流水线上，以方便下一站的制作。
图4 手机显示屏的制作工艺流程
(1)背光与液晶盒的卡接。
前面已经介绍过液晶及液晶盒的基本构造。
我们可以轻易的看出，液晶盒并不具备发光的能力。
它的作用仅是改变光线的传播方向。
为了让液晶盒能够起到显示的目的，我们需要给它加一个光源。
这个光源就是我现在要介绍的背光盒。
背光并不是一个整个的光源，也不是矩阵光源(由一个个小的光源排列在一起的光源)，而是由背光盒下部几个很少的电光源再加一种可以把光线传到整个盒面的特殊材料制成的光源盒。
这样既减轻了产品重量，也可以起到节能的作用。
卡背光盒的时候，要先把背光盒点亮，揭去其上的保护膜。
并以45°角方
向检查盒面是否有异物。
若无，将液晶盒下面偏光片上的保护膜撕下，同样检查下偏光片上是否有异物。
确认无误后，将液晶盒正确的卡进背光盒里，并用手将各个边缘卡紧。
(2)手工焊接背光与FPC连接处。
卡完背光的液晶盒已经基本成型。
但背光与液晶盒都需要电源才能工作。
为了减少线路数量，节约成本，我们需要将背光与液晶盒的电源线路连接在一起。
连接的方法就是焊锡。
焊锡分为手动焊锡盒自动焊锡。
根据焊锡的方法还可分为普通焊锡盒拉锡。
普通焊锡一般是焊接一到两个焊点的电路。
拉锡则是用来焊接多个焊点的焊接。
N98液晶显示屏需要焊接的点一共有两个。
所以可以采用手工普通焊锡。
在背光盒的电源线上有一个用于保护手指端的小胶片，用镊子将小胶片去下，并涂上助焊剂，然后用烙铁将锡条融化并均匀的涂覆在焊点上。
(3)手工焊接的检测。
这一站主要对前一站焊锡的检测。
检测内容包括锡高度是否符合、焊点有无锡尖、焊点有无污染等。
(4)OTP。
OTP就是往新组装好的PIN上烧入一个短小的程序，以方便后续点灯测试的使用。
测试时只要通过即为良品。
(5)贴小黄胶。
黄色半透明的小胶片，其作用是保护焊点，防止氧化等不良问题的出现。
小黄胶、铜箔、小黑胶都是事先裁好形状的胶片。
将流水线上的PNL取下，放入贴胶用的专用治具内。
用镊子夹取胶片，正确贴附在相应的位置，最后用治具自带的工具轻压胶片。
(6)贴铜箔。
是用来保护FPC与端子部连接处，其它与小黄胶相同。
(7)贴小黑胶：覆盖UV胶，保护整个端子部，其它注意事项与小黄胶相同。
(8)电灯方式测试液晶屏不良(电灯测试)。
点灯测试是用来检测已组装好的PNL是否有不良的一道工序。
其中的不良成为Defect。
点灯使用一种类似 OTP测试的治具，将一组画面依次显现出来，然后由操作员目试检查出其中的不良。
点灯的不良分为很多种，它们有着自己的Defect对照表。
所以对点灯人员的基本要求就是要熟记Defect对照表中经常出现的几种Defect。
Defect缺陷包括面缺陷(见图5)、线缺陷(见图6)、点缺陷(见图7)等。
如上图5所示，在黑色画面上有一个小小的白点。
这就是面缺陷中的一种MM07—白点。
图5 面缺陷示意图
图6 线缺陷示意图
如上图6所示，在灰色画面下有一条白色的线条。
这是线缺陷中的一种ML02—横全亮线。
图7 点缺陷示意图
如上图7所示，在灰色画面上有多个白点。
这是点缺陷中的一种MD11—满天星。
在点灯的时候，要注意力集中。
因为缺陷都很小，很容易遗漏。
尤其是在灰色画面下。
在其他画面下，缺陷是很明显的，只要盯着屏幕就可以发现。
但是在灰色画的缺陷在直视的情况下不能全部查处。
比如MD01—亮点，因为是灰色画面白色原本就不是很明显。
它需要在倾斜45°的情况下才能被发现。
对发现的缺陷用油性笔在背面记下Defect代码，以待专业人员处理。
(9)便利胶片的贴附(易撕贴)。
一种长方形的白色胶条。
把它贴在上偏光片上，方便手动撕去保护膜。
贴的时候注意不要漏贴、贴歪即可。
(10)目检获借助放大镜检查不良(外观检)。
检查外观缺陷的一道工序。
它和点灯测试差不多，都有着自己的Defect对照表。
但是这一工序全是靠操作人员的能力，没有治具的帮助。
主要检查四边和反正面是否正常。
外观检的详细项目如Defect对照表1所示。
表1 外观检验对照表
(11)质量检测。
公司里自己组织的，以客户身份对产品进行检测的人员。
他们负责复检，主要以抽检为主。
其中包括点灯、外观检。
(12)收料。
给每一个PNL贴上标签，然后扫描记录。
这样可以上每片PNL都可以有指定的标签，方面查询。
3 手机液晶屏生产段问题及解决措施
在生产组装阶段，乃至整个流程都有或大或小的问题。
如果每一次的缺陷全都打报废，那么产品的成本将会大大的提升。
本着节约的成本，增加利润的原则，对那些有缺陷的产品要进行重工。
而且有专门的重工课。
但也不是多有的不良都会被送到重工课去的。
对于那些常见而且容易修复的缺陷，则由每个站别的技术人员修复。
3.1 焊锡中的Defect解决方法
焊锡站的不良大都被下一站锡高测试检测出来。
所以焊锡不良会被当场解决。
焊锡检测站就再焊锡站的下一站。
对那些检测出来的不良品，会先放在一个盘子里，等焊锡人员有空闲时就拿给他们。
无需向本站技术人员请示。
3.2 OTP中的Defect解决方法
OTP测试相对比较简单，只要测试器显示PASS，测试就通过。
以后也不会有什么不良。
对于那些没有测过的PNL，一般的方法是换其它机子测试，知道其通过为止。
只要有一次过即为良品。
有时候个别PNL始终不过，那就留待下班前再次测试。
总之，次数不管，只要过一次就可。
OTP不良的大都是漏测，只需再次测试就可以了。
3.3 贴胶中的Defect解决方法
小黄胶、铜箔、小黑胶同属于贴附类胶片，它们的不良无非是翘起，帖偏等。
对于这些不良最简单对直接的方法就是重贴。
因为三种胶是有重叠部分存在的，所以在重工一种胶片不良时容易造成其它胶片的不良。
因此，重工时要特别小心以免引起不必要的麻烦。
3.4 点灯测试中的Defect解决方法
点灯中发现的不良种类很多。
对于简单的技术人员可以自己修复，但是大多数是无法在产线修复的。
对于这些无法修复的PNL，最后统一送到重工课重工。
产线上可以重工的不良有异物亮、等。
异物亮是指背光上面有粉尘的存在。
处理方法是把背光盒打开，将粉尘清除就可以了。
MV01是由OTP没过引起的。
重工方法是送到OTP站再次测试OTP。
3.5 外观检中的Defect解决方法
常见不良一般是背光盒变形、液晶盒破碎等。
对于液晶盒破碎PNL直接报废，不用送重工课。
背光盒变形的PNL，要先送到焊锡站将锡解掉，再换背光盒。
3.6 液晶品生产中不良的总体预防措施
粉尘对于液晶屏生产有着很大的影响。
从另一方面考虑，减少粉尘就是减少成本，曾加良率，提高利润。
所以，液晶屏的生产必须在无尘室内。
工作人员须穿无尘衣等无尘室必备装备。
这样可以最大化的减少粉尘对液晶屏的影响。
除了粉尘，还有另一大杀手对液晶屏及生产作业有着很大的威胁。
它就是静电。
静电会使液晶屏上的FPC产生短路，断路的不良现象。
而且静电还容易引起火灾。
这样的例子在世界上已经屡见不鲜了。
因此，防静电是液晶屏生产的重中之重
结 论
液晶显示屏是一种高精密产品，它以轻、薄、短、小著称。
对于这类产品，它的生产环境对其产品有着致命性的影响。
所以，生产环境的好坏直接决定了产品等级。
无尘室的等级和无尘室的环境管理是产品良率控制的关键。
现在的液晶屏生产还不尽完美，完美在购买相关产品时，要具备一些基本常识。
以便我们判断常见的不良，让完美在购买价格上更合理。
致 谢
在论文的完成过程中，陈和祥老师在论文的选题、修改以及论文的实验过程中给予了我悉心的指点和无私的帮助。
同时，感谢统宝光电(南京)有限公司提供的相关信息和对我论文的支持。
参考文献
[1] 金鸿,陈森.印制电路技术.北京：化学工业出版社,2003.12.
[2] 王桂花.液晶显示屏 (LCD)用三醋酸纤维素(TAC)薄膜的发展现状与前景.影像技术,2005(3):15-18.
[3] 陈聪,华雷广.液晶显示屏及其驱动原理.无线电,2007(1):22-24.
大专机械专业毕业论文范文【2】
绪论 1. 失效分析的意义 机械产品种类繁多,规格不一,功能千差万别。
衡量机械产品的标准是多方面的?如功能、寿命、大小、重量、外观、安全性和经济性等?其中功能是最主要的?因为衡量场品质量的优劣?首先要看它能否很还地实现规定的功能。
在工程实践中?由于种种原因?产品丧失其原有功能的现象经常发生。
按照通常的说法?将“产品丧失其规定功能的现象”称之为失效。
机械产品的失效大致可分为三种类型? ?1?完全丧失其规定的功能? ?2?部分丧失其规定的功能?虽仍能工作?但已不能圆满地完成规定的任务? ?3?严重损伤?再不能安全地继续工作?此时应及时调换或修补。
机械产品的失效形式主要有过量的变形、断裂和表面损伤等。
提高机械产品信誉?必须使机械产品牢固可靠?可是在技术上要求机械产品达到 100?的可靠性是不可能的?所以要求尽可能地降低机械产品的事故率。
因为机械产品在使用过程中常常发生断裂、变形、磨损、腐蚀等失效现象的发生?找出失效原因和提出改进措施?必须开展失效分析实例的研究。
目前?随着现代科学技术的飞跃发展?失效分析已经成为一门综合性学科。
它不仅与断裂力学、断裂物理、断口学等学科相关联?而且还涉及产品质量全面管理等领域。
引起失效的因素是复杂的?大致可归纳为两个方面?既材料方面的因素和环境方面的因素。
前者为内因?包括材料品质及加工工艺方面的各种因素?后者为外因?包括受载条件、时间、温度及环境介质等因素。
任何产品的失效都是在材料或零件的强度?韧性?与应力因素和环境条件不相适应的条件下发生的。
失效总是从产品对服役条件最不适应的环节开始的?而且失效产品或零件的残骸上必然会保留有失效过程的信息。
通过对失效残骸的研究?可查明失效的机理和过程?并对失效的原因做出判断?从而可有针对性地采取改进和预防措施?避免同类失效的再发生?达到改进产品质量、延长使用寿命、提高服役安全性和可靠性的目的。
正是通过失效分析?揭示了失效的本质?找到了失效的原因?提出了防止措施和改进办法?才为工业发展扫清了障碍?同时也促进了相关学科和工程自身的发展。
2.失效分析促进产品质量提高 失效分析是指分析研究机械构件的断裂、变形、磨损、腐蚀等失效过程的特征或规律?并从中找出损坏的原因的一门新的分析技术?称为“失效分析”或“失效分析学” ?还有人称之为“事故分析”或“故障分析”等。
失效分析是一门涉及多学科的边缘学科?它包括断裂力学、断裂物理、材料学、化学、工艺学、断口学及其检验方法等知识。
从事失效分析的工程技术人员不仅要正确地掌握这些知识?而且还必须将各专业知识和技术准确地用到失效分析工作中去?因此说失效分析工作是一项综合性的分析技术工作。
机械产品在运行过程中常常发生断裂失效现象?从而造成不同程度的损失?尤其是突然断裂失效。
例如?低应力脆性断裂失效、疲劳断裂失效、应力腐蚀断裂失效等造成的损失就更大。
因此人们对断裂失效现象比较重视。
黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 5 页 长期以来?在断裂失效方面做了大量的工作?国内外均有专著及论文报道。
在断裂失效中? 疲劳断裂失效居首位? 它占失效实例总数的 60??70?作右?环境断裂失效居第二位?它占失效实例总数的 20??30?左右?由其他原因引起的断裂失效约占失效实例总数的 10?左右。
任何机械产品都应该保证在其寿命其内的服役功能和安全可靠性?并且技术先进、价格低廉。
为此?机械产品必须遵循一套完整的生产和科学质量管理规程?即从产品设计开始?经选材、冷热加工到零件检验和装配等生产过程?最终制成质量合格的机械产品。
在上述过程的每一个环节中的缺陷?都将对产品质量有影响并可能构成产品服役中失效的原因。
如果产品在服役过程中发生故障?便应进行失效分析?找出失效原因?提出防止失效的措施?然后将信息反馈到有关部门?使其进一步完善生产或科学管理规程?以提高产品的质量、可靠性和耐久性。
这时一个完整的循环过程?失效分析在机械产品生产中的地位是相当重要的。
由失效分析结果向产品设计、制造、使用和维修及管理等部门反馈的信息?是制定防止同类失效措施最直接和有效的依据。
1.1向设计部门反馈?可改进产品设计?完善技术规范。
1.2向制造部门反馈?可改进生产工艺?创制和推广新工艺。
1.3向材料部门反馈?可合理化选材?开发和研制新材料。
1.4向用户反馈?可健全和完善使用、维修制度。
第二章 常见失效形式及特征和诊断 1. 失效的形式及其类型 失效的分类比较复杂? 在这里不可能一一作介绍? 本文按失效机理将失效分为?断裂失效?变形失效?磨损失效?腐蚀失效等四种类型。
1.1 断裂失效(其中包括破断失效) 断裂是指金属?或合金材料?或机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程。
它是个动态的变化过程?包括裂纹的萌生及扩展过程。
断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。
1.2 断裂失效类型有如下几种? ①解理断裂失效?②韧窝破断失效?③准解理断裂失效?④滑移分离失效?⑤疲劳断裂失效?⑥蠕变断裂失效?⑦应力腐蚀断裂失效?⑧液态或固态金属脆性断裂失效?⑨氢脆断裂失效?⑩沿晶断裂失效? ○效等。
1.3 变形失效 所谓变形通常是指机械构件在外力作用下?其形状和尺寸发生变化的现象。
从微观上讲是指金属材料在外力作用下? 其晶格产生畸变。
若外力消除?晶格畸变亦消除时? 这种变形为弹性变形? 若外力消除? 晶格不能恢复原样?11其他断裂失 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 6 页 即畸变不能消除时?称这种变形为塑性变形。
变形失效是指机械构件在使用过程中产生过量变形?即不能满足原设计要求时的变形量。
一般情况下将变形失效分为弹性变形失效和塑性变形失效两种。
弹性变形失效将使机械构件表面不留任何损伤痕迹?仅是金属材料的弹性模量发生变化?而与机械构件的尺寸和形状无关?塑性变形失效将导致机械构件表面损伤?其机械构件的形状与尺寸均发生变化。
1.4 磨损失效 磨损是指金属或合金的两个相互紧密结合的面相对运动时?因相互接触而损伤的现象。
在微观范围内?金属表面是不存在完全光滑的平面?它们总是粗糙的。
当两个金属表面在很小的压力作用下使两面相接触?面之间只有少数的凸出质点或线接触?在发生相对运动时?一个面上的凸出质点首先要碰到另一个面上的凸出质点?这时容易变形的部分软化?沿运动方向变形或挤出。
磨损失效是指由于磨损现象的发生使机械零部件不能达到原设计功效?即不能达到原设计水平。
磨损失效的类型有? ①粘着磨损失效? ②磨粒磨损失效? ③腐蚀磨损失效? ④变形磨损失效?⑤表面疲劳磨损失效?⑥冲击磨损失效?⑦微振磨损失效等。
1.5 腐蚀失效 腐蚀是指金属或合金材料表面因发生化学或电化学反应而引起的损伤现象。
金属腐蚀虽然在酸洗、化学电源、电解加工、金相浸蚀等方面起着有益于人类的作用?但是它在国民经济上所造成的损失是相当严重的。
然而?就其总的功过而论却是破坏性的。
由于腐蚀作用使机械构件丧失原设计功能的现象称为腐蚀失效。
腐蚀失效的类型有? ①直接化学腐蚀失效?②电化学腐蚀失效?③点腐蚀失效?④局部腐蚀失效?⑤沿晶腐蚀失效?⑥选择性腐蚀失效?⑦缝隙腐蚀失效?⑧生物腐蚀失效?⑨磨损腐蚀失效?⑩氢损伤失效?○等。
11应力腐蚀失效?○12微振腐蚀失效2. 过量弹性变形失效 零件受机械应力或热应力作用产生弹性变形?应力σ 与应变ε 之间服从Hooke定律 σ =E*ε (2.1) 式中E为弹性模。
这种变形为弹性变形,是受力作用时的必然结果,一般不会引起麻烦.但在一些精密机械中,对零件的尺寸和匹配关系要求严格,当弹性变形超过规定的限量(在弹性极限以内)时,会造成零件的不正常匹配关系.例如,航天火箭中惯性制导的陀螺元件,如果对弹性变形问题处理不当,就会因漂移过大而失效. 2.1特征及判断 弹性变形失效的判断往往比较困难.这时因为,虽然应力或(和)温度在工作状态下曾引起变形并导致失效,但是在解剖或测量零件尺寸时,变形已经消失.为了判断是否因弹性变形引起失效,要综合考虑以下几个因素: (1)失效产品是否有严格的尺寸匹配要求,是否有高温或低温工作经历. (2)在失效分析时,应注意观察在正常工作下相互接触的配合表面上是否有划 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 7 页 伤擦痕或磨损等痕迹.例如,高速旋转的转子,在离心力及温度的作用下,会弹性胀大,当胀大量大于它与壳体的间隙时,就会引起表面擦伤.因此,已观察到了到了这种擦伤,而在不工作时却仍保持有正常的间隙,则这种擦伤就可能是由弹性变形造成的. (3)在设计时是否考虑了弹性变形(包括热胀变形)的影响,并采取了相应的措施. (4)通过计算来验证是否有弹性变形失效的可能. 2.2预防措施 由应力和(或)温度引起的弹性变形而导致失效的责任,几乎全部在于设计者的考虑不周、计算错误或选材不当,故防止措施主要应从设计方面考虑. (1)选择合适的材料或结构 如果由机械应力引起的弹性变形是主要问题,则可以根据具体的要求选用适当的材料. (2)确定适当的匹配尺寸 有应力和温度引起的弹性变形量是可以计算的.这种尺寸的变化应当在设计时加以考虑.在很低温度下工作的机件,是在常温下制造测量和装配的,其间隙不仅应保证在常温下正常工作,而且还要确保在低温下尺寸变化后仍能正常工作.对于几何形状复杂难于计算的零件可通过试验来解决. (3)采用减少变形影响的转接件 在许多系统中,采用软管等柔性构件,可以显著减少弹性变形的有害影响. 2. 3 过载压痕损伤—屈服失效的一种特殊形式 如果在两个互相接触的曲面之间?存在有静压应力?可使匹配的一方或双方产生局部屈服形成局部的凹陷?严重者会影响其正常工作?这称为过载压痕损伤。
例如?滚珠轴承在开始运转前?如果竟载过大?钢球将压入滚道?使其型面受到破坏。
这样的轴承在随后的工作中就会使振动加剧而导致早期失效。
过载压痕损伤?实质上是屈服失效的一种特殊形式。
应当指出?过载压痕损伤作为单独的一种失效形式?在失效分析实践中较少出现?它往往是作为其他失效形式如磨损、接触疲劳等的诱因而出现的。
2.4 防止和改进措施 1.降低实际应力 零件所承受的实际应力包括工作应力、残余应力和应力集中三部分。
(1)降低工作应力。
降低工作应力可从曾加零件的有效截面积和减少工作载荷两个方面考虑?要视具体情况而定。
重要的是需要准确地确定零件的工作载荷?正确地进行应力计算?合理地选取安全系数?并注意不要在使用中超载。
(2)减少残余应力。
残余应力的大小与工艺因素有关。
应根据零件和材料的具体特点和要求?合理地制定工艺流程采取相应的措施?以便将残余应力控制在最低限度。
(3)降低应力集中。
应力集中对塑性变形和断裂失效都很重要。
3.提高材料的屈服强度 零件的实际屈服强度与选用的材料、状态以及冶金质量有关?因此?必须依据情况合理选材?严格控制材质?正确制定和严格控制工艺过程。
具体问题要具体分析?要依据失效分析的结果有针对性地采取相应的措施。
黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 8 页 4.塑性断裂失效 当零件所受实际应力高于材料的屈服强度时?将产生塑性变形。
如果应力进一步增加?并且该零件与其他零部件的匹配关系又允许时?塑性变形将继续进行?就可能发生断裂?破裂? 。
这种形式的失效称为塑性断裂失效。
塑性断裂失效的特点是在零件断裂之前有一定程度的塑性变形。
塑性断裂本质上属微孔集型断裂?裂纹的形成与扩展有赖于微孔的形成、长大和连接。
在塑性金属光滑试样的拉伸断裂中?微孔首先在颈缩部位的中心形成?缺口试样或零件受载荷作用后?塑性变形首先应在集中部位或某些薄弱环节开始。
材料组织中的夹杂物或第二相阻碍滑移? 在其与基体的界面处造成应变集中?当塑性应变达到某一临界值时?基体与夹杂物或第二相间的界面开裂?或者第二相折断?形成微孔。
无论那一种情况下形成的微孔?都是材料在变形中产生的不连续因素。
以后的变形在微孔附近集中进行?促使已形成的微孔长大?同时在其附近形成新的微孔并长大。
相邻微孔之间的材料犹如“颈缩试样” ?称为“内颈缩” 。
随着变形的继续进行?微孔借助于“内颈缩”而长大?至“颈缩试样”断裂时?相邻微孔便连接起来?多个微孔的连接形成微裂纹。
同样?微裂纹的扩展也是借助于微孔形成、长大与连接实现的。
上述微孔形成、长大与连接?以及裂纹形成与扩展都是塑性变形积累的结果?在这一过程中材料吸收了大量塑性变形功。
裂纹源部位的宏观断口呈现纤维状?暗灰色?无金属光泽。
当裂纹亚临界扩展至临界尺寸时?裂纹失稳?快速扩展?在断口上留下放射状花样。
当裂纹前沿接近试样或零件表面时?应力状态由内部的三向应力状态转变为平面应力状态?塑性变形充分、自由地发展形成断口上的剪切唇。
剪切唇与主应力成 45°方向。
5.特征及判断 5.1 塑性断裂的主要特征 (1)在裂纹或断口附近有宏观塑性变形?或者在塑性变形?截面收缩?处有用肉眼或探伤仪能检测出的裂纹。
(2)用扫描电镜观察?断口上存在大面积的韧窝。
(3)用高倍金相显微镜观察?裂纹或断口附近的组织有明显的塑性变形层。
5.2.判断依据 当零件断裂或出现裂纹? 同时又有下列特征之一者? 可判定为塑性断裂。
(1)有肉眼可看见的 塑性变形特征?如扭角、挠曲、变曲、变粗?颈缩和鼓包等形状变化。
(2)零件表面覆盖的脆性膜开裂。
(3)断口两侧不能拼和。
(4)裂纹源区断口粗糙?成纤维状?色泽灰暗。
5.3 改进措施 塑性断裂的改进与屈服失效相同? 但因断裂是更为严重的失效? 应尽可能使塑性变形不继续发展成为断裂?可以在设计上采用变形限位装置或者增加变形保护报警系统等。
6.脆性断裂失效 6.1 脆性断裂 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 9 页 脆性断裂是指断裂前没有明显塑性变形的断裂形式。
断裂应力低于材料屈服强度?因此称为低应力脆断。
低应力脆断主要包括以下几种形式。
(1).低温脆性断裂 低温脆性断裂主要发生于体心立方和密排六方金属材料中?这些材料称为低温脆性材料?低碳钢是其典型代表。
(2)冶金缺陷引起的低应力脆断 金属材料在加热过程中?有时因工艺偏差造成组织缺陷。
例如?过热引起晶粒异常长大?非金属夹杂物颗粒沿晶界析出?过烧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点共晶?回火脆性引起有害杂质元素沿晶界偏聚?减少了晶界结合力等。
含有冶金缺陷的材料在一定条件下也表现为低应力脆断。
6.2 特征及判断 脆性断裂的主要特征为? (1)断裂部位在宏观上几乎看不出或者完全没有塑性变形?碎块断口可以拼合复原。
(2)起裂部位常在变截面处即应力集中部位?或者存在表面缺陷或内部缺陷处。
(3)形成平断口?断口平面与主应力方向垂直。
(4)断口称细瓷状?较光亮?对着光线转动?可看到闪光刻面?无剪切唇。
(5)断裂常发生于低温条件下?或受冲击载荷作用时。
(6)断裂过程瞬时完成?无预兆。
6.3 防止和改进措施 (1)从设计上考虑?应保证工作温度高于材料的脆性转变温度?对在低温下工作的零件应选用脆性转变温度比工作温度更低的材料?尽量避免三向应力的工作条件?减缓应力集中。
(2)从工艺上考虑?应正确执行工艺规程?避免诸如过热、过烧、回火催性、焊接裂纹及淬火裂纹等。
热加工后需要回火?消除内应力。
对于电镀件应及时进行去氧处理。
(3)从操作上考虑?应遵守设计规定的使用条件?操作平稳?尽量避免冲击载荷。
第三章 设计阶段的失误与失效 1. 机械设计与失效 1.1 机械设计的基本内容与失效 机械设计包括方案设计、结构设计和工艺设计三个阶段?其中机械设计中的失误打通包括以下几方面? (1)设计观点中有基本错误。
(2)选材不当?或未考虑发挥材料的性能潜力。
(3)结构设计或工艺规范不合理。
(4)对应力集中的作用估计不足。
(5)对工作环境条件如低温、腐蚀和高速载荷等缺乏充分估计。
1.2 设计失误与失效 在设计引起的失效案例中? 部分失效是由于设计失误直接引起的? 部分则 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 10 页 是由于规定的热处理或精整工艺与设计不相适应引起的。
1.应力集中的作用 在有设计引起的失效中?尖角和半径太小的圆角等的应力集中引起的疲劳断裂占有很高的比例。
零件或组件通常含有缺口、圆角、孔或类似的应力集中因素?零件及加工表面的刀痕也往往成为应力集中源?这些应力集中因素如果出现在高应力区?则可能造成足以引起失效的损害。
2.材料的各项异性 钢锭经轧制后?产生纤维结果?使钢材带上方向性?沿纤维方向?轧向或称纵向?取样的机械性能?特别是塑性和冲击韧性?值? ?比垂直于纤维方向?横向?取样的要高。
同样的情况?纵向试样的疲劳强度也比横向试样高。
材料的强度越高?这种差别越大。
此外钢的含硫量越高?锻造比越大?纵、横向试样的疲劳强度的方向性也越大。
结构的优良设计不但要求能承担载荷?而且要结构紧凑、重量轻、出版低。
因此设计时合理利用材料的各项异性? 使最大应力方向与纤维方向一致?是设计考虑的一个重要因素?也是保证安全、减轻重量的重要方法。
零件中金属纤维方向考虑的原则是?(1)力求使纤维方向与主应力方向平行?(2)力求使纤维线沿零件轮廓封闭走向?不被切断。
如果设计能实现这些原则?则可达到设计与加工的最好配合。
1.3 设计不当引起的失效 很多重要的结构件是经过锻造和热处理以及精整加工而成的。
在热加工过程中?金属经受高温变形以及剧烈的热加与冷却。
因此?这些零件的设计?不但要考虑与工作条件有关的性能要求?而且还应根据工作条件考虑钢种、坯料尺寸、 锻造比和热处理工艺等问题.尤其对冷作模具? 其上往往带有尖角、孔等?如果考虑不周?很容易造成加工过程中开裂。
2 零件结构与失效 2. 缺口效应 受载零件内部存在的不连续缺陷?会严重影响零件的应力状态和断裂特征?这些不连续性缺陷常作为应力集中因素?萌生裂纹并成为断裂源。
零件自由表面的不连续处如轴肩、台阶、圆角和孔等?也是作为集中因素存在的?表面的这些不连续因素都起到缺口的作用?均可简化为缺口。
结构零件的失效?在很多情况下是在这些缺口处开始的。
2.1 应力集中 缺口引起的应力集中效应用理论应力集中系数 Κ t=1+2式中 a 为缺口深度?ρ 为缺口跟部半径。
可见理论应力集中系数是只与缺口几何形状有关的参数。
受载零件缺口跟部集中应力的水平为 Б max=Κ t*Б ?3.2? 式中 Б 为名义应力。
可见缺口越尖锐?应力集中系数越大?应力集中程度越高。
当缺口跟部的应力水平超过材料的屈服强度时? 会发生局部塑性流动?使缺口变钝?降低局部的应力集中水平。
2.2 三向应力状态 除应力集中效应外?在缺口界面附近?还会产生三向应力状态。
例如缺 3.1? 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 11 页 口试件受拉伸应力后?缺口处的“壁”是自由的?不受应力作用。
当缺口跟部的材料在拉应力作用下伸长?缺口界面收缩?时?受到缺口“壁”的自由金属的约束。
对于板状试样来说?这种约束作用使板宽方向和板厚方向的收缩均受到限制?对于圆住形试样来说?则约束使径向和圆周方向的收缩受到限制。
因此?特殊作用产生的横向力作用于与拉应力垂直的平面上?并且与拉应力垂直?形成三向应力状态。
对于薄板试样?板厚方向上的约束很小?缺口跟部也会产生三向应力状态?但板厚方向的应力很小?一般可以不计。
因此在薄板情况下的缺口试样?只有两个方向上的应力?称为平面应力状态。
在厚度较大时?缺口截面内部为三向应力状态?板厚方向上的应力的作用为抑制板厚方向的变形?如果该应力充分发挥作用?使板厚方向的变形完全受到抑制的话?则出现只有两个方向发生变形的状态?称为平面应力状态。
2.3 缺口强化效应 缺口跟部三向应力状态的出现?使该局部应力状态变硬?使变形受到抑制?塑性变形也被推迟到更高的应力水平。
对于光滑试样受拉伸时屈服条件为 式中τ 和Б s 分别为用切应力和正应力表示的屈服强度。
对于缺口试样的情况?考虑到三向应力?上式成为 τ s=Б 1-Б 2?2=Б s?2 ?3.4? 式中Б 1 和Б 3 分别为三向应力中的最大应力?轴向应力?和最小应力?径向应力? 。
可见缺口试样屈服应力高于材料的屈服强度。
缺口引起的三向应力效应?使屈服推迟?即屈服应力升高的现象称为缺口效应。
缺口强化效应与物理强化效应不同?是一种纯几何效应 τ s=Б s?2 (3.3) 第四章 失效分析的目的 1 防止同类失效现象重复发生 通过对失效机械产品的分析研究?可以测定机械产品的失效原因及其影响因素?并且根据这些测定结果制定改进措施?以防同类失效现象的重复发生。
例如通过对汽轮机第一级动叶片断裂失效分析?可确定动叶片断裂是由于共振现象引起的?所以要改进叶片的激振频率?使它不落入叶片的自振频率范围之内。
这样改进后的动叶片就不发生由于共振所引起的断裂失效?确保汽轮机组的安全运行。
2 失效分析是机械产品设计、制造的依据 失效分析在整个机械产品生产过程中占据着重要地位?尤其是机械产品的设计、制造、加工、选材、装配及使用条件等的确定均由失效分析提供依据。
有关失效分析与机械产品的设计、制造等因素的关系如图 4?1 所示 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 12 页 图 4?1 失效分析与设计、制造等因素的关系 3 消除隐患?确保产品安全可靠 失效分析可以几时发现产品的缺陷?并且将隐患消除在事故的萌发阶段。
特别是利用“故障树”预测系统的安全性和可靠性更为有利。
“故障树”是失效分析中的一种方法?它主要由各种可能引起系统失效的事故和连接这些事故的逻辑门组成的图形?并显示出他们之间的相互关系。
4 失效分析可以提高产品的信誉 机械产品的信誉主要是由产品的质量、寿命及可靠性等指标来保证的?同时也要求产品价廉物美?经久耐用。
因此要提高产品的信誉就必须使产品达到质量好、寿命长、可靠性高?而这些指标是由失效分析来保证的。
实效分析不仅可以提高产品的质量和延长产品的使用寿命?而且还能进行技术反馈?提高企业的经济效益。
机械产品的信誉提高与失效分析的关系?如图 4?2 所示。
另外?实效分析还能为产品的仲裁、索赔?制定指令性文件等提供重要依据。
失效分析对质量控制、材料的发展及规划、仪器设备的正确维护和使用等也可提供合理化意见。
经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 经济性 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 13 页 图 4?2 机械产品的信誉与失效分析的关系 第五章 失效分析方法 机械构件在使用过程中常常发生磨损、腐蚀、变形和断裂等损坏现象?造成严重事故的例子是举不胜举的。
人们为了防止机械构件的损坏?特别是突然断裂损坏现象的发生及提高材料的使用寿命?很早就开始对机械构件损坏的原因进行分析和研究?并据此提出防止类似事故再度发生的改进措施。
这样就形成了一门新的分析技术?称之为“失效分析”或“事故分析” 。
在进行失效分析时?首先要了解失效分析程序。
现简介如下? 因为机械构件多数是在运行过程中发生断裂失效的?每当一个零部件断裂损坏时? 它和别的零部件、 周围环境和操作人员等均有着十分密切的关系。
查找原因时要从设计水平、材料质量、加工状态、维修情况、装配精度、工作环境、服役条件和操作方法等因素中找出造成损坏的主要原因?并根据损坏的原因、机理、类型和阶段?进行分析判断?制定出改进措施。
断裂过程是个动态变化过程?对断裂直接进行观察分析是比较难的?而断口是断裂的静态反映?如果对断口进行仔细观察和分析就能找出断裂的原因、机理等。
因为断口如实地反映了机械构件断裂的全过程?及机械构件裂纹的萌生与扩展过程?因此断口分析是机械构件断裂失效分析的一个重要手段。
为了取得更好的分析效果?对这一分析手段还必须辅以一系列其他的检验方法?如无损检测、机械性能试验、金相检验、化学分析、X 射线分析、断裂韧性试验、电子能谱分析、模拟试验等。
最后将上述分析和试验的结果与数据进行综合分析?并提出改进措施?写出失效分析报告。
1 原始资料的收集 原始资料是指构件服役前的全部经历?构件的服役历史和断裂时的现场机械产品 事故 试制产品 失效分析 高信誉的机械产品 实物试验 故障再现 试验分析 环境调查 工艺制定等等 数据处理 最 佳 工艺 、 材料、形状 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 14 页 情况等。
此外?还要从散落的失效残骸中选择有分析价值的断口和供做其它检测用的试样材料。
1.1 构件服役前的经历 首先要了解构件的设计依据? 参数和图纸? 其次是了解构件的制造和加工工艺?然后了解构件的物理性质、力学性能和化学成分分析的检验报告?最后还要了解构件的安装情况和试车情况等。
1.2 构件的服役历史 (1)查阅操作人员的工作记录? (2)构件的实际运行情况? (3)构件所处的环境条件。
可是?实际上是很难知道构件的全部服役历史的。
这时必须从零星的使用情况分析构件服役时的负载变化? 尽量从使用条件中得出一些分析依据。
1.3 场记录及残骸的收集 断裂失效现象发生后? 分析人员要亲临现场? 深入了解失效发生时各种条件和事故过程。
对散落的碎片?均应观察其所处的位置、环境和取向?经详细记录或摄影后? 方可移动。
同时还应注意损坏构件与其他构件之间的关系和相互影响?并予以记录。
收集的碎片应尽可能齐全? 尤其是首先断裂的部分。
除沾着的腐蚀介质应即时清洗去掉外?对断口上的其他沉积和粘附物质?甚至砂粒或污物等?一般均暂不清除? 待进行细致的断口观察后再作处理? 因为这些物质对断裂原因的分析常常能提供有用的线索 2 碎片?或断片?的选择与保存 断片时断裂失效分析的第一手资料? 是断口分析的依据? 在断裂事故发生后应小心谨慎收集?妥为保存。
2.1 主裂纹的判别 机械构件断裂事故大多数是在运行中发生的?经常是一个构件断裂后?其断片击断其它构件。
例如汽轮机运行时?若一片叶片断裂时?其叶片的断片将会击断或碰伤其它叶片?造成较大的断裂事故发生。
因此在进行断口分析时?首先要选择最先开裂的构件断口。
有时一个构件在断裂过程中形成几个断片时?例如高压容器或锅炉爆炸事故等? ?也要选择最先断裂的断口?即主裂纹所形成的断口。
经常使用的主裂纹的判别方法有?T 型法?分枝法?变形法和氧化法等四种方法。
T 型法 将散落的断片按相匹配的断口合并在一起?其裂纹形成 T 型。
在一般情况下?横贯裂纹 A 为首先开裂的?A 型纹阻止 B 裂纹扩展或者 B裂纹的扩展受到 A 裂纹的阻止时?A 裂纹为主裂纹?B 裂纹为二次裂纹。
分枝法 将散落断片按相匹配断口合并?其裂纹形成树枝型。
在断裂失效中?往往在出现一个裂纹后?产生很多的分叉或分枝裂纹。
裂纹的分枝或分叉方向通常为裂纹的局部扩展方向?其相反方向指向裂源?即分枝裂纹为二次裂纹?汇合裂纹为主裂纹。
变形法 将散落断片按相匹配断口合并?构成原来机械构件的几何外形?测量其几何形状的变化情况?其变形量较大的部位为主裂纹?其它部位为二次裂纹。
黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 15 页 氧化法 在受环境因素影响较大的断裂失效中?检验断口各个部位的氧化程度?其中氧化程度最严重者为最先断裂者即主裂纹所形成的断口?因为氧化严重者说明断裂的时间较长?而氧化轻者或未被氧化者为最后断裂所形成的断口。
上述四种判别方法请参阅图 5?1 所列的四种示意图。
图 5—1 判别主裂纹方法的示意图 2.2 二次裂纹的选择 在断裂失效分析过程中?主裂纹所形成的断口损伤很严重而不能提供断裂形貌特征时?要分析研究二次裂纹所形成的断口。
二次裂纹的判别方法如上所述。
二次裂纹的类型有?分枝的二次裂纹?横向取向的二次裂纹?即与主裂纹垂直的二次裂纹和独立的二次裂纹等。
利用二次裂纹选取断口试样主要是下面几种情况? (1)主裂纹化学腐蚀严重。
例如环境断裂条件下?主裂纹不能提供断口形貌特征时?必须研究二次裂纹所形成的断口? (2)机械擦伤严重的主裂纹断口不能反映出断裂形貌特征?亦必须研究二次裂纹。
(3)在高温条件下所形成的主裂纹断口?往往有一层较厚的氧化膜?这时也要研究二次裂纹所形成的断口? (4)分析研究断裂机理、断口精细形貌特征时?则要详细地观察断口形貌 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 16 页 特征?这时二次裂纹断口比主裂纹断口能提供更多的信息。
(5)断口的保。
存在分析损坏现象时?材料断裂的发生及传播过程与断口形貌的对应关系是很重要的。
根据材料断裂的条件和断口形貌特征可分析出材料的断裂原因。
因此?对断口表面必须保护得非常完整?不能碰伤?严防用手抚摸断口表面?以保持断裂时的原有状态。
特别是在机械构件断裂失效后?往往会使构件断面擦伤和锈蚀?所以在分析过程中要十分注意对断口的保存。
2.3 失效件或断口的保存方法? ①使失效件或断口表面保持干燥?在移动过程中?尽量使断口表面不要相互磨损?若失效件或断口较小时?将失效件或断口放入干燥皿里或塑料袋里保存。
②应用防锈漆或者其它涂料将失效部位或断口保护起来。
但是在应用这种方法时要注意?所使用的防锈漆或其它涂料要对断裂表面不发生腐蚀?并且容易去除。
为了全面地进行实效分析?除了断口分析所需的试样之外?其它分析检验项目还需要各种试样?如机械性能试样、化学分析样品、电子探针试样、金相试样、表面分析试样、断裂韧性试样和模拟试验用的试样等。
这些试样均要在选择断片时考虑进去?要从构件有代表性的部位上截取。
在截取之前都应在构件上画好截取的部位?用草图和照相记录?标明是哪种试样?以免弄混而导致错误的分析结论。
截取试样时要小心保护断口或裂纹?使截取下的试样不受损伤?不改变断口形貌及微观组织形态?不受高温的影响或者其它的化学腐蚀?使断片或断口保持干燥。
无论用什么方法截取试样时?都要远离断口表面?要避免断口受到损伤?尤其时裂源更要加强保护。
如果将裂源损伤?则将很难进行断口分析。
3 断口分析 在机械构件断裂事故中?一般都要形成断口?因此断口分析是断裂失效分析的最重要的分析手段。
在断口分析技术中?最关键的两项工作是?①断口的选择?②断口的观察。
对于断裂原因的正确分析及断口形貌的正确解释?在很大程度上依靠与断口样品的正确选择及断口形貌的清晰程度 断口观察包括宏观观察和微观观察。
断口宏观观察主要是确定裂源位置及裂纹的扩展方向?断口微观观察是在宏观观察基础上?对裂源区、裂纹扩展区及最终断裂区进行检验。
通常是应用电子显微镜、电子探针、离子探针及俄歇谱仪等工具来观察或检查微观形貌特征?微量或痕量元素对断裂的影响等?进一步判断和证实断裂的性质及方式。
在断口分析中必须注意这二者的结合并用。
3.1 断口的宏观观察 断口的宏观观察是指用肉眼、放大镜、光学显微镜及扫描电镜的低倍观 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 17 页 察。
首先用肉眼或放大镜观察断裂构件的外貌?应特别注意构件断片的表面观察?看一看是否有加工缺陷?例如刀痕、折叠等和变形及缩颈、弯曲等?是否存在着产生应力集中的薄弱环节?例如尖角、油孔等?以及表面损伤如化学腐蚀、机械磨损等。
接着?根据断口的宏观特征来确定裂源及其裂纹的扩展方向。
在此基础上将断口按裂源区、裂纹缓慢扩展区和裂纹快速扩展区进行光学显微镜和扫描电子显微镜的低倍观察?特别是裂源区要用双的筒立体显微镜进行反复观察?因为裂源往往与材料缺陷有联系。
3.2 断口的微观观察 断口的微观观察通常是应用电子显微镜。
断口的微观观察是在断口的宏观观察的基础上进行的。
通过对断口的微观观察除可进一步澄清断裂的路径、断裂的性质、环境对断裂的影响等之外?还将找出断裂的原因及其断裂机理等因素。
但是?在进行微观观察时?要注意防止片面性?不能从局部的特征轻易地作出结论。
例如在脆性断口上?亦可找到局部呈现韧窝花样的区域?或者在韧性断口?也可找到呈现解理或准解理的河流花样等区域。
因此?必须进行反复多次的观察?对于各种显微形貌特征?要有个数量的概念或统计的概念?并且还要与宏观观察的情况结合起来?才能得出正确的判断。
断口的微观观察除作定性的分析研究之外?还可以作定量的分析研究。
例如分析研究断口显微参量与断裂力学参数之间的定量关系等。
应用透射电子显微镜不能直接检查断口表面?需要制作塑料?碳复型?且用重金属投影增强反差。
用于萃取复型的一个有效的辅助方法?是通过电子衍射技术鉴别第二相离子或者腐蚀产物等。
应用扫描电镜可直接检查实物断口表面?它可以进行连续放大观察。
电子图象立体感强?其分辨本领可达 15nm 左右?他是断裂失效分析的最有力的工具。
4 其它检验分析 在失效分析中?为更好地获得分析结果?除了进行断口分析之外?还必须进行化学、力学、物理等试验分析。
4.1 化学分析 在失效分析中?为了查明材料是否符合规定要求?必须进行化学成分分析。
实际使用的材料成分与规定成分稍有偏差?在失效分析中并不太重要。
只有很少数的服役失效是由于材料使用不当或者有缺陷而引起的。
因此?从化学成分分析的结果去找到失效的原因是很少见的。
在某些特殊失效分析中?特别是包含着腐蚀和应力腐蚀的失效案例?则很需要对腐蚀表面沉积物、氧化物或者腐蚀产物以及与被腐蚀材料接触的介质进行化学分析?以助于初步确定失效的原因。
黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 18 页 学分析?包括常规的、局部的、表面的和微区的化学分析。
在分析中应当注意常规成分报告中那些没有规定限量的有害元素?例如?砷、锑、铅、锡、铋等是否超过限量。
另外?还要注意气体含量?例如氢、氧、氮等也不能超过一定的限量。
在失效分析中?经常使用电子探针、俄歇谱仪、离子探针等仪器来检测腐蚀产物、表面化学元素组成、化学成分的局部偏析、微量及痕量元素等。
4.2 金相检验 相检验在构件断裂失效分析中也是经常应用的一种重要手段?有些损坏构件往往只需作金相检验就可以查明损坏的原因。
例如由加工工艺、材质缺陷和环境介质等因素所导致的损坏?均可通过金相检验来判别损坏的原因。
金相检验的内容?主要由晶粒的大小、组织形态、第二相粒子的大小及分布、晶界的变化、夹杂物、疏松、裂纹、脱碳等缺陷。
特别应注意晶界的检验?是否有析出相、腐蚀及变化等现象发生。
当检查裂纹时?往往能从裂纹尖端的试样得到最有价值的情报。
由于它受到环境介质的影响较小?容易判别裂纹扩展路径的方式——穿晶型或沿晶型。
4.3 结构分析 断口上经常有夹杂物、第二相、腐蚀产物等析出或生成?它们对构件断裂尤其是沿晶断裂影响显著。
因此?对它们进行结构分析?通常使用 X 射线衍射仪及电子显微镜的选区电子衍射?以确定其结构及化学组成是很有必要的。
(1)断裂力学分析 断裂力学对于金属材料的研究、机械构件的设计、构件安全寿命的预测及剩余寿命的估算等方面?均起着重要的作用。
在机械构件设计时?不能单纯追求材料的强度指标?尤其是大截面或零部件处于平面应变条件下的情况?必须认真考虑构件的应力强度因子 K 和材料的断裂韧性 K值的大小?如果构件处于腐蚀介质环境中?还需要考虑 K 值?才能确定构件安全使用所能允许的裂缝尺寸?以及确定含有裂纹构件的剩余寿命等。
目前?常用的评价断裂韧性的方法有?①平面应变断裂韧性测试?②动态撕裂测试?③J 积分断裂判据?④裂纹张开位移?⑤动态断裂韧性测试等。
(2)模拟试验 所谓“模拟试验” ?是指把在已知条件下断裂的断口形貌与未知条件下断裂者进行比较?从而验证初步判断或分析是否正确?也有人称之为对比试验?亦即通过试验方法再现失效构件断口。
在失效分析进入最后阶段时?可能需要对被认为导致失效的实效条件进行模拟试验。
但是模拟试验往往不是全部能办到的?因为需要复杂 黑龙江建筑职业技术学院毕业文 第 19 页 的设备?而且即使可行?所有的服役备件也不可能是十分清楚和容易模拟的。
例如?腐蚀失效就很难在实验室再现的?很多企图再现腐蚀失效的试验?最终都导致错误的结果。
要想对实际失效现象进行全部模拟是很难实现的?但是对其中一个或两个参数或参量进行模拟?还是可以办到的。
例如对温度、介质浓度等环境因素对失效的影响的模拟等。
5 综合分析 失效分析进行到一定阶段?需要对从各种检查和试验所获得的结果和基本试验数据进行全面的分析研究。
如果遇到失效原因捉摸不定的情况?可查阅已发表的同类实例报告?也许有助于获得新的线索。
一般而言?可以从各种检验结果、试验数据和记录的综合分析中?得出失效的一种和几种主要原因?并且提出改进措施 失效分析报告应该写得清晰、简练和合乎逻辑。
其具体内容如下?
5.1 失效构件的描述?
5.2 失效时的服役条件?
5.3 失效前的服役条件?
5.4 构件制造及热处理过程?
5.5 失效构件材料的冶金质量评定?
5.6 各种物理、化学、力学试验?
5.7 失效的主要原因及其影响因素?
5.8 预防措施及改进建议等。
主要参考文献
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2 陈南平,顾守仁,沈万慈.脆断失效分析.北京: 机械工业出版社,1993
3 陈南平,顾守仁,沈万慈.机械零件失效分析.北京:清华大学出版社,1988
4 刘民治,钟明勋.失效分析的思路与诊断.北京: 机械工业出版社,1993
5 《金属断口分析》编写组.金属断口分析.:北京:国防工业出版社,1979
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