Анализ неисправных металлических деталей должен следовать логике "сначала макроскопическое, затем микроскопическое; сначала явление, затем сущность; сначала качественное, затем количественноеЕе суть заключается в выявлении способа отказа (например, перелома, коррозии, износа, деформации) посредством многомерного тестирования, а затем отслеживания основной причины отказа (конструкция, материал, процесс,среда обслуживанияНиже приведена систематическая система анализа, охватывающая 6 основных этапов:
Предусловным условием анализа неисправностей является понимание "информации о полном жизненном цикле" детали; в противном случае легко отклониться от правильного направления.
- Основная информация о деталях
- Наименование части, применение (например, вал, решетка, сосуд под давлением), чертеж конструкционного проекта (фокус на областях концентрации напряжения, таких как филе и отверстия);
- Качество материала (например, 45 сталь, 304 нержавеющая сталь, титановый сплав TC4) и первоначальные параметры производительности (жесткость, прочность на протяжении, коррозионная стойкость и т.д.).
- Производственные и перерабатывающие процессы
- Процессы формования (литье, ковка, сварка, 3D-печать), термическая обработка (угасление и закаливание, старение раствора), обработка поверхности (хромирование, карбуризация);
- наличие дефектов при обработке (например, пор сварочных, трещин при ковчеге, деформации при термической обработке).
- Условия обслуживания и эксплуатации
- рабочая нагрузка (статическая/динамическая/ударная нагрузка, величина и направление нагрузки);
- Параметры окружающей среды (температура: комнатная/высокая/низкая температура; среда: воздух, вода, масло, кислотно-основной раствор, пыль; наличие циклов вибрации или усталости);
- Рабочее состояние до отказа (например, произошел ли ненормальный шум, утечка или ухудшение точности; произошел ли отказ внезапно или постепенно).
- Исторические записи о техническом обслуживании
- Была ли деталь отремонтирована или заменена; были ли подобные неисправности раньше; была ли неправильная эксплуатация во время технического обслуживания (например, использование с перегрузкой, недостаточная смазка).
Макроскопический анализ включает наблюдение за внешним видом, переломом,характеристики и деформации неисправной части невооруженным глазом или с помощью увеличителя с низким увеличением (≤100x) для первоначального определения типа неисправности и ключевых областейОн служит "навигацией" для последующего микроскопического анализа.
- Локализация места сбоя
- Если отказ произошел в "чувствительной к напряжению зоне" (например, плече вала, ключевой путь, корень нити), "слабой зоне процесса" (например, сварный соединение, литейный подъемник) или "зоне дефекта материала" (например,включения, пористость);
- Пример: если вал ломается на плечевом филе вала, это, вероятно, связано с концентрацией напряжения; если трубопровод протекает на сварке, качество сварки должно быть приоритетным для проверки.
- Наблюдение за внешними характеристиками
- Неудача перелома: Наблюдать цвет перелома (присутствие оксида, чтобы определить, произошел ли перелом при высокой температуре), плоскость (плоский = хрупкий перелом, грубый = пластичный перелом),и присутствие радиальных линий (типичная черта усталости), с отправной точкой радиальных линий источником трещины);
- Неисправность коррозии: Определить тип коррозии (погребение: мелкие местные отверстия; равномерная коррозия: общая истонченность; межзернистая коррозия: трещины вдоль границ зерна; коррозия под давлением:сопровождается трещинами и следами коррозии);
- Неисправность износа: Следите за тем, есть ли на изношенной поверхности абразивные царапины (абразивный износ), адгезионные следы (адгезионный износ, например, "захват" металлических поверхностей) или усталость (контактная усталость, например,расщепление поверхностей зубов редукторов);
- Неудача деформации: Измерять ключевые габариты детали (например, диаметр вала, плоскость пластины), чтобы определить, превышают ли они допустимые допустимые значения (например, "термодеформация" при высоких температурах,"пластическая деформация" при перегрузке).
- Проверка макроскопических механических свойств
- Пробовать "неисправную область" неисправной части для проверки твердости, прочности на растяжение, прочности на удаление и т.д.и сравнить с требованиями к конструкции, чтобы определить, была ли неисправность вызвана недостаточными свойствами материала (e.г. недостаточная твердость после термической обработки).
После сужения области с помощью макроскопического анализа, микроскопические методы испытаний используются для наблюдения за микроструктурой материала, деталями перелома и распределением элементов,раскрывая "микроскопический механизм" сбоя (Например, хрупкие переломы из-за грубых зерен, трещины из-за межгранулярной коррозии).
- Если SEM обнаруживает большое количество "ямочек" (подобных яме) на переломе, он указывает надюктильный перелом, которые могут быть вызваны перегрузкой (нагрузка, превышающая прочность материала);
- Если перелом имеет "расколочные плоскости" (плоские небольшие кристаллические плоскости) или "межзернистые переломы" (полоски, распространяющиеся вдоль границ зерна), это указываетхрупкий перелом, которые могут быть вызваны низкой температурой, включениями материала или межзернистой коррозией;
- Если у перелома есть "утомляющие полоски" (параллельные полоски), это указываетперелом от усталости, которые могут быть вызваны повторяющимися переменными нагрузками (например, вращающимися вибрациями вала) или поверхностными источниками трещин (например, царапинами при обработке).
Механизм отказа относится к "физическому/химическому процессу, приводящему к отказу части". Необходимо объединить результаты макроскопического + микроскопического анализа для выяснения основной причины отказа.Общие механизмы сбоев и соответствующие сценарии::
- Механические механизмы отказов
- Перегрузочный перелом: нагрузка превышает предельную прочность материала, с ямками на переломе;
- Перелом от усталости: повторяющиеся чередующиеся нагрузки, с переломами от усталости + источниками трещин на переломе;
- Пластическая деформация: нагрузка превышает предел выносливости материала или материал смягчается при высоких температурах;
- Износ: потеря материала в результате трения при контакте с поверхностью (износ с помощью абразива, износ с помощью клея, износ при контакте с усталостью).
- Механизмы химического сбоя
- Коррозия: Химическая реакция между металлом и средой окружающей среды (например, ржавчина углеродной стали в влажной среде, ржавчина нержавеющей стали в среде Cl−);
- Окисление: реакция между металлом и кислородом при высоких температурах (например, сталь, образующая окислительную шкалу выше 800 °C, что приводит к снижению точности измерений).
- Механизмы тепловых сбоев
- Тепловое смягчение: высокие температуры приводят к снижению прочности/жесткости материала, что приводит к деформации или перелому;
- Тепловая усталость: повторяющиеся циклы нагрева-охлаждения вызывают циклы теплового напряжения и образование трещин (например, трубы котла, блоки двигателя).
Основываясь на механизме сбоя, рассмотрим причину из пяти звеньев: "проектирование, материал, производство, использование, обслуживание", избегая остановки на "описании явления":
- Ссылка на дизайн
- Недостатки: Конструкция концентрации напряжения (например, чрезмерно маленький радиус филета), недостаточный фактор безопасности (ошибка расчета нагрузки), неправильный выбор материала (например,использование обычной углеродной стали вместо нержавеющей стали в коррозионных средах);
- Пример: Химическая трубопроводная труба, использующая сталь Q235 (не устойчивую к кислотам) для транспортировки соляной кислоты, приводит к утечке коррозии, основной причиной которой является "неправильный выбор материала".
- Материальная связь
- Дефекты: несоответствующий стандарту состав материала (например, недостаточное содержание легирующих элементов), внутренние включения (например, включения сульфидов в стали), металлургические дефекты (например, пористость литья,ковка трещин);
- Пример: решетка из стали 20CrMnTi переломалась у корня зуба из-за чрезмерного содержания серы во время плавки, что приводит к включениям.
- Производственная связь
- Дефекты: Неправильный процесс тепловой обработки (например, недостаточная твердость из-за низкой температуры охлаждения), неправильный процесс сварки (например, н
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!