大專機械專業畢業論文

　　大專機械專業的畢業論文如何寫?下面是小編整理的幾篇范文，供大家閱讀參考。

　　手機液晶屏生產工藝的探討

　　摘要：液晶顯示器具有驅動電壓和功耗低、體積小、重量輕、無X輻射等一系列優點，受到了廣泛的重視，發展非常迅速，已經成為平板顯示器的主流技術。

　　在液晶顯示技術中，低溫多晶硅是新一代薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝，是多晶硅技術的一個重要分支。

　　本文在介紹了統寶在液晶屏組裝的方法及工藝的基礎上，討論了Defect對工廠帶來不良影響及Defect的處理和改良方法。

　　關鍵詞：液晶屏 生產工藝 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 液晶屏的發展概述

　　液晶顯示器件(LCD)在中國已有二十余年的發展歷史。

　　二十年來，液晶顯示器件從實驗室走向大規模生產，形成了獨立的產業部門。

　　現在，液晶顯示幾乎已經應用于生產、生活的各個領域，人們幾乎時時處處都要與這一種神奇而又普通的面孔打交道。

　　LCD液晶屏顯示產品是世界上最省電的顯示產品之一。

　　在便攜式顯示器中，LCD時最佳的選擇。

　　目前還沒找到一個顯示產品能代替LCD在計算機、計算器、 BP機手機、電子詞典、電子筆記本、PDA、GPS、電子照相機、電子攝像機、便攜式計算機、便攜式智能儀表等產品上的應用。

　　隨著世界經濟科技的發展和個人生活水平的提高，個人對顯示器的需求將是五花八門，日新月異。

　　LCD在這方面的市場開拓十分寬廣。

　　目前，顯示技術和顯示工業的迅速發展。

　　它一方面是建立在現代社會信息的告訴發展上，另一方面也是建立在電子工業和材料基礎上。

　　信息社會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，特別是集成電路，計算機的發展使電光轉化、信息處理，器件制造越來越容易。

　　顯示技術是傳遞視覺信息的技術，顯示器件技術的基礎。

　　幾十年的發展，顯示器件已成為一個大家庭。

　　利用不同的光電原理，具有不同的結構、特點，適應不同的環境和條件的各種顯示器件構成了一個大家庭。

　　其中低溫多晶硅顯示屏有著很大的優勢。

　　低溫多晶硅薄膜晶體管不僅能夠當做一般的陣列開關，隨著薄膜晶體管性能的提升，廣泛應用于靜態隨機存儲器、非揮發性存儲器(Nonvolatile Memories)、影像傳感器(Linear Image Sensor)、光探測放大器(Photo-Detector Amplifier)、打印機印字頭(Printer Head)、人工指紋(Artificial Fingerprint)、與平面顯示器等的應用。

　　低溫多晶硅顯示技術的應用，小至0.33英寸的電子式取景框(EVF: Electronic View-Finders)、數碼相機(DSC: Digital Still Cameras)、個人數字助理(PDA: Personal Digital Assistant )、導航系統(Navigation System)與投影機(Projector)，大至14英寸的臺式電腦、筆記本電腦與22英寸液晶電視等，充分滿足當代資訊產品的需求。

　　而且在元件縮小化、面板開口率、畫面與清晰度上有絕對的優勢。

　　1.2 液晶的基礎知識及顯示屏的顯示原理

　　既然LCD的優點有如此之多，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。

　　液晶是指在一定溫度內，具有晶體所有的各向異性造成的雙折射，同時也具有液體的流動性的物質。

　　一般我們常見的物質有三態，及固態、液態、氣態。

　　這三態之間是可以隨著溫度變化而變化的。

　　固態變為液態的溫度點為融化點。

　　液態與氣態的溫度臨界點是沸點。

　　而液晶就是介于固態與液態之間的一種形態。

　　所以它同時具有液態和晶體的性質。

　　液晶的相態結構可分為3種，分別為向列相(見圖1)、近晶相(見圖2)、膽甾相(見圖3)。

　　它們的結構特點各有不同。

　　圖1 向列相示意圖

　　向列相的結構如上圖所示：由棒狀分子組成，分子質心沒有長程有序性能，具有普通流動性，分子不排列成層，能上、下、左、右滑動，只在分子長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

　　近晶相的結構如上圖所示：由棒狀分子組成，分子可排列成層，層內分子長軸

　　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

　　膽甾相餓結構如上圖所示：分子排列成層，層內分子互相平行，分子長軸平行于層平面，不同層內的分子長軸方向稍微有變化，沿層的法線方向排列成螺旋狀結構。

　　液晶的基本知識我們已經有所了解，下面我們就來了解一下液晶的應用，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發生變化的膠片。

　　通過偏光片的光，將會只沿一個方向振動。

　　玻璃板是制造一個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 液晶顯示屏的生產工藝

　　2. 液晶屏制作的工藝

　　2.1.1 偏貼段工藝簡介

　　從灌晶處收料，然后開始M1的工藝制作。

　　由于在灌晶結束后有一道工序為封膠。

　　機器封膠時，容易將封口膠溢到上下玻璃板上。

　　它會影響偏光片的貼附，更加會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(無需擔心把玻璃面壓碎，個人實踐，如果不是故意搞破壞)。

　　以右下角為結束位置，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。

　　因為酒精的揮發性很好，所以在你查實完的時候，板面即會風干。

　　檢查是否有膠殘留，若無，反面相同操作。

　　結束后，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后要更換，以確保其對板面有清潔作用。

　　(3)確認無誤后由專門人員放入貼偏光機內貼偏光片。

　　在入口處有綠光區，其作用是再次檢查板面是否干凈。

　　在綠光下，殘留的膠粒會散射光線，從而使其很明顯。

　　偏貼段注意事項包括：在刮液晶盒時不要刮花液晶盒，更不要誤傷到自己或他人;在每種料號或下班時，要把報廢或多余的偏光片收集起來，以減少成本;清點PNL數量。

　　2.1.2 FPC與液晶盒結合段工藝簡介

　　結合段的工藝相對來說比較簡單。

　　主要作用就是在液晶盒上安裝一個繞性電路板(FPC)與液晶盒的端子部相連。

　　從偏貼段傳來的PNL在經過收料員清點后，開始結合段的作業。

　　把事先準備好

　　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，是較之偏貼段復雜的點燈測試和外觀檢(生產段詳解)。

　　結合段已經開始出現質量檢測了。

　　質量檢測的目的是再次確保PNL的質量，防止不良品流到客戶手里。

　　質量檢測后就是收料了，并準備生產段的制程。

　　結合段的注意事項包括：壓合是應該注意壓力的控制，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PNL的數量。

　　2.2 型號N98手機顯示屏在生產段的工藝流程

　　下面是生產段N98型號手機顯示屏的制作工藝流程(見圖4)，次流程是在一個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 手機顯示屏的制作工藝流程

　　(1)背光與液晶盒的卡接。

　　前面已經介紹過液晶及液晶盒的基本構造。

　　我們可以輕易的看出，液晶盒并不具備發光的能力。

　　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光源。

　　這個光源就是我現在要介紹的背光盒。

　　背光并不是一個整個的光源，也不是矩陣光源(由一個個小的光源排列在一起的光源)，而是由背光盒下部幾個很少的電光源再加一種可以把光線傳到整個盒面的特殊材料制成的光源盒。

　　這樣既減輕了產品重量，也可以起到節能的作用。

　　卡背光盒的時候，要先把背光盒點亮，揭去其上的保護膜。

　　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膜撕下，同樣檢查下偏光片上是否有異物。

　　確認無誤后，將液晶盒正確的卡進背光盒里，并用手將各個邊緣卡緊。

　　(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。

　　為了減少線路數量，節約成本，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。

　　焊錫分為手動焊錫盒自動焊錫。

　　根據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焊點的電路。

　　拉錫則是用來焊接多個焊點的焊接。

　　N98液晶顯示屏需要焊接的點一共有兩個。

　　所以可以采用手工普通焊錫。

　　在背光盒的電源線上有一個用于保護手指端的小膠片，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上。

　　(3)手工焊接的檢測。

　　這一站主要對前一站焊錫的檢測。

　　檢測內容包括錫高度是否符合、焊點有無錫尖、焊點有無污染等。

　　(4)OTP。

　　OTP就是往新組裝好的PIN上燒入一個短小的程序，以方便后續點燈測試的使用。

　　測試時只要通過即為良品。

　　(5)貼小黃膠。

　　黃色半透明的小膠片，其作用是保護焊點，防止氧化等不良問題的出現。

　　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。

　　用鑷子夾取膠片，正確貼附在相應的位置，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，保護整個端子部，其它注意事項與小黃膠相同。

　　(8)電燈方式測試液晶屏不良(電燈測試)。

　　點燈測試是用來檢測已組裝好的PNL是否有不良的一道工序。

　　其中的不良成為Defect。

　　點燈使用一種類似 OTP測試的治具，將一組畫面依次顯現出來，然后由操作員目試檢查出其中的不良。

　　點燈的不良分為很多種，它們有著自己的Defect對照表。

　　所以對點燈人員的基本要求就是要熟記Defect對照表中經常出現的幾種Defect。

　　Defect缺陷包括面缺陷(見圖5)、線缺陷(見圖6)、點缺陷(見圖7)等。

　　如上圖5所示，在黑色畫面上有一個小小的白點。

　　這就是面缺陷中的一種MM07—白點。

　　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 點缺陷示意圖

　　如上圖7所示，在灰色畫面上有多個白點。

　　這是點缺陷中的一種MD11—滿天星。

　　在點燈的時候，要注意力集中。

　　因為缺陷都很小，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現。

　　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，因為是灰色畫面白色原本就不是很明顯。

　　它需要在傾斜45°的情況下才能被發現。

　　對發現的缺陷用油性筆在背面記下Defect代碼，以待專業人員處理。

　　(9)便利膠片的貼附(易撕貼)。

　　一種長方形的白色膠條。

　　把它貼在上偏光片上，方便手動撕去保護膜。

　　貼的時候注意不要漏貼、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。

　　它和點燈測試差不多，都有著自己的Defect對照表。

　　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。

　　外觀檢的詳細項目如Defect對照表1所示。

　　表1 外觀檢驗對照表

　　(11)質量檢測。

　　公司里自己組織的，以客戶身份對產品進行檢測的人員。

　　他們負責復檢，主要以抽檢為主。

　　其中包括點燈、外觀檢。

　　(12)收料。

　　給每一個PNL貼上標簽，然后掃描記錄。

　　這樣可以上每片PNL都可以有指定的標簽，方面查詢。

　　3 手機液晶屏生產段問題及解決措施

　　在生產組裝階段，乃至整個流程都有或大或小的問題。

　　如果每一次的缺陷全都打報廢，那么產品的成本將會大大的提升。

　　本著節約的成本，增加利潤的原則，對那些有缺陷的產品要進行重工。

　　而且有專門的重工課。

　　但也不是多有的不良都會被送到重工課去的。

　　對于那些常見而且容易修復的缺陷，則由每個站別的技術人員修復。

　　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試檢測出來。

　　所以焊錫不良會被當場解決。

　　焊錫檢測站就再焊錫站的下一站。

　　對那些檢測出來的不良品，會先放在一個盤子里，等焊錫人員有空閑時就拿給他們。

　　無需向本站技術人員請示。

　　3.2 OTP中的Defect解決方法

　　OTP測試相對比較簡單，只要測試器顯示PASS，測試就通過。

　　以后也不會有什么不良。

　　對于那些沒有測過的PNL，一般的方法是換其它機子測試，知道其通過為止。

　　只要有一次過即為良品。

　　有時候個別PNL始終不過，那就留待下班前再次測試。

　　總之，次數不管，只要過一次就可。

　　OTP不良的大都是漏測，只需再次測試就可以了。

　　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。

　　對于這些不良最簡單對直接的方法就是重貼。

　　因為三種膠是有重疊部分存在的，所以在重工一種膠片不良時容易造成其它膠片的不良。

　　因此，重工時要特別小心以免引起不必要的麻煩。

　　3.4 點燈測試中的Defect解決方法

　　點燈中發現的不良種類很多。

　　對于簡單的技術人員可以自己修復，但是大多數是無法在產線修復的。

　　對于這些無法修復的PNL，最后統一送到重工課重工。

　　產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。

　　對于液晶盒破碎PNL直接報廢，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 液晶品生產中不良的總體預防措施

　　粉塵對于液晶屏生產有著很大的影響。

　　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，液晶屏的生產必須在無塵室內。

　　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液晶屏的影響。

　　除了粉塵，還有另一大殺手對液晶屏及生產作業有著很大的威脅。

　　它就是靜電。

　　靜電會使液晶屏上的FPC產生短路，斷路的不良現象。

　　而且靜電還容易引起火災。

　　這樣的例子在世界上已經屢見不鮮了。

　　因此，防靜電是液晶屏生產的重中之重

　　結 論

　　液晶顯示屏是一種高精密產品，它以輕、薄、短、小著稱。

　　對于這類產品，它的生產環境對其產品有著致命性的影響。

　　所以，生產環境的好壞直接決定了產品等級。

　　無塵室的等級和無塵室的環境管理是產品良率控制的關鍵。

　　現在的液晶屏生產還不盡完美，完美在購買相關產品時，要具備一些基本常識。

　　以便我們判斷常見的不良，讓完美在購買價格上更合理。

　　致 謝

　　在論文的完成過程中，陳和祥老師在論文的選題、修改以及論文的實驗過程中給予了我悉心的指點和無私的幫助。

　　同時，感謝統寶光電(南京)有限公司提供的相關信息和對我論文的支持。

　　參考文獻

　　[1] 金鴻,陳森.印制電路技術.北京：化學工業出版社,2003.12.

　　[2] 王桂花.液晶顯示屏 (LCD)用三醋酸纖維素(TAC)薄膜的發展現狀與前景.影像技術,2005(3):15-18.

　　[3] 陳聰,華雷廣.液晶顯示屏及其驅動原理.無線電,2007(1):22-24.

　　大專機械專業畢業論文范文【2】

　　緒論 1. 失效分析的意義 機械產品種類繁多,規格不一,功能千差萬別。

　　衡量機械產品的標準是多方面的?如功能、壽命、大小、重量、外觀、安全性和經濟性等?其中功能是最主要的?因為衡量場品質量的優劣?首先要看它能否很還地實現規定的功能。

　　在工程實踐中?由于種種原因?產品喪失其原有功能的現象經常發生。

　　按照通常的說法?將“產品喪失其規定功能的現象”稱之為失效。

　　機械產品的失效大致可分為三種類型? ?1?完全喪失其規定的功能? ?2?部分喪失其規定的功能?雖仍能工作?但已不能圓滿地完成規定的任務? ?3?嚴重損傷?再不能安全地繼續工作?此時應及時調換或修補。

　　機械產品的失效形式主要有過量的變形、斷裂和表面損傷等。

　　提高機械產品信譽?必須使機械產品牢固可靠?可是在技術上要求機械產品達到 100?的可靠性是不可能的?所以要求盡可能地降低機械產品的事故率。

　　因為機械產品在使用過程中常常發生斷裂、變形、磨損、腐蝕等失效現象的發生?找出失效原因和提出改進措施?必須開展失效分析實例的研究。

　　目前?隨著現代科學技術的飛躍發展?失效分析已經成為一門綜合性學科。

　　它不僅與斷裂力學、斷裂物理、斷口學等學科相關聯?而且還涉及產品質量全面管理等領域。

　　引起失效的因素是復雜的?大致可歸納為兩個方面?既材料方面的因素和環境方面的因素。

　　前者為內因?包括材料品質及加工工藝方面的各種因素?后者為外因?包括受載條件、時間、溫度及環境介質等因素。

　　任何產品的失效都是在材料或零件的強度?韌性?與應力因素和環境條件不相適應的條件下發生的。

　　失效總是從產品對服役條件最不適應的環節開始的?而且失效產品或零件的殘骸上必然會保留有失效過程的信息。

　　通過對失效殘骸的研究?可查明失效的機理和過程?并對失效的原因做出判斷?從而可有針對性地采取改進和預防措施?避免同類失效的再發生?達到改進產品質量、延長使用壽命、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?找到了失效的原因?提出了防止措施和改進辦法?才為工業發展掃清了障礙?同時也促進了相關學科和工程自身的發展。

　　2.失效分析促進產品質量提高 失效分析是指分析研究機械構件的斷裂、變形、磨損、腐蝕等失效過程的特征或規律?并從中找出損壞的原因的一門新的分析技術?稱為“失效分析”或“失效分析學” ?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科的邊緣學科?它包括斷裂力學、斷裂物理、材料學、化學、工藝學、斷口學及其檢驗方法等知識。

　　從事失效分析的工程技術人員不僅要正確地掌握這些知識?而且還必須將各專業知識和技術準確地用到失效分析工作中去?因此說失效分析工作是一項綜合性的分析技術工作。

　　機械產品在運行過程中常常發生斷裂失效現象?從而造成不同程度的損失?尤其是突然斷裂失效。

　　例如?低應力脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效、應力腐蝕斷裂失效等造成的損失就更大。

　　因此人們對斷裂失效現象比較重視。

　　黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 5 頁 長期以來?在斷裂失效方面做了大量的工作?國內外均有專著及論文報道。

　　在斷裂失效中? 疲勞斷裂失效居首位? 它占失效實例總數的 60??70?作右?環境斷裂失效居第二位?它占失效實例總數的 20??30?左右?由其他原因引起的斷裂失效約占失效實例總數的 10?左右。

　　任何機械產品都應該保證在其壽命其內的服役功能和安全可靠性?并且技術先進、價格低廉。

　　為此?機械產品必須遵循一套完整的生產和科學質量管理規程?即從產品設計開始?經選材、冷熱加工到零件檢驗和裝配等生產過程?最終制成質量合格的機械產品。

　　在上述過程的每一個環節中的缺陷?都將對產品質量有影響并可能構成產品服役中失效的原因。

　　如果產品在服役過程中發生故障?便應進行失效分析?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部門?使其進一步完善生產或科學管理規程?以提高產品的質量、可靠性和耐久性。

　　這時一個完整的循環過程?失效分析在機械產品生產中的地位是相當重要的。

　　由失效分析結果向產品設計、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。

　　1.1向設計部門反饋?可改進產品設計?完善技術規范。

　　1.2向制造部門反饋?可改進生產工藝?創制和推廣新工藝。

　　1.3向材料部門反饋?可合理化選材?開發和研制新材料。

　　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 失效的分類比較復雜? 在這里不可能一一作介紹? 本文按失效機理將失效分為?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?或機械產品的一個具有有限面積的幾何表面的分離過程。

　　它是個動態的變化過程?包括裂紋的萌生及擴展過程。

　　斷裂失效是指機械構件由于斷裂而引起的機械設備產品不能完成原設計所指定的功能。

　　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應力腐蝕斷裂失效?⑧液態或固態金屬脆性斷裂失效?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械構件在外力作用下?其形狀和尺寸發生變化的現象。

　　從微觀上講是指金屬材料在外力作用下? 其晶格產生畸變。

　　若外力消除?晶格畸變亦消除時? 這種變形為彈性變形? 若外力消除? 晶格不能恢復原樣?11其他斷裂失 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 6 頁 即畸變不能消除時?稱這種變形為塑性變形。

　　變形失效是指機械構件在使用過程中產生過量變形?即不能滿足原設計要求時的變形量。

　　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械構件表面不留任何損傷痕跡?僅是金屬材料的彈性模量發生變化?而與機械構件的尺寸和形狀無關?塑性變形失效將導致機械構件表面損傷?其機械構件的形狀與尺寸均發生變化。

　　1.4 磨損失效 磨損是指金屬或合金的兩個相互緊密結合的面相對運動時?因相互接觸而損傷的現象。

　　在微觀范圍內?金屬表面是不存在完全光滑的平面?它們總是粗糙的。

　　當兩個金屬表面在很小的壓力作用下使兩面相接觸?面之間只有少數的凸出質點或線接觸?在發生相對運動時?一個面上的凸出質點首先要碰到另一個面上的凸出質點?這時容易變形的部分軟化?沿運動方向變形或擠出。

　　磨損失效是指由于磨損現象的發生使機械零部件不能達到原設計功效?即不能達到原設計水平。

　　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生化學或電化學反應而引起的損傷現象。

　　金屬腐蝕雖然在酸洗、化學電源、電解加工、金相浸蝕等方面起著有益于人類的作用?但是它在國民經濟上所造成的損失是相當嚴重的。

　　然而?就其總的功過而論卻是破壞性的。

　　由于腐蝕作用使機械構件喪失原設計功能的現象稱為腐蝕失效。

　　腐蝕失效的類型有? ①直接化學腐蝕失效?②電化學腐蝕失效?③點腐蝕失效?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 零件受機械應力或熱應力作用產生彈性變形?應力σ 與應變ε 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,是受力作用時的必然結果,一般不會引起麻煩.但在一些精密機械中,對零件的尺寸和匹配關系要求嚴格,當彈性變形超過規定的限量(在彈性極限以內)時,會造成零件的不正常匹配關系.例如,航天火箭中慣性制導的陀螺元件,如果對彈性變形問題處理不當,就會因漂移過大而失效. 2.1特征及判斷 彈性變形失效的判斷往往比較困難.這時因為,雖然應力或(和)溫度在工作狀態下曾引起變形并導致失效,但是在解剖或測量零件尺寸時,變形已經消失.為了判斷是否因彈性變形引起失效,要綜合考慮以下幾個因素: (1)失效產品是否有嚴格的尺寸匹配要求,是否有高溫或低溫工作經歷. (2)在失效分析時,應注意觀察在正常工作下相互接觸的配合表面上是否有劃 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 7 頁 傷擦痕或磨損等痕跡.例如,高速旋轉的轉子,在離心力及溫度的作用下,會彈性脹大,當脹大量大于它與殼體的間隙時,就會引起表面擦傷.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)在設計時是否考慮了彈性變形(包括熱脹變形)的影響,并采取了相應的措施. (4)通過計算來驗證是否有彈性變形失效的可能. 2.2預防措施 由應力和(或)溫度引起的彈性變形而導致失效的責任,幾乎全部在于設計者的考慮不周、計算錯誤或選材不當,故防止措施主要應從設計方面考慮. (1)選擇合適的材料或結構 如果由機械應力引起的彈性變形是主要問題,則可以根據具體的要求選用適當的材料. (2)確定適當的匹配尺寸 有應力和溫度引起的彈性變形量是可以計算的.這種尺寸的變化應當在設計時加以考慮.在很低溫度下工作的機件,是在常溫下制造測量和裝配的,其間隙不僅應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.對于幾何形狀復雜難于計算的零件可通過試驗來解決. (3)采用減少變形影響的轉接件 在許多系統中,采用軟管等柔性構件,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 如果在兩個互相接觸的曲面之間?存在有靜壓應力?可使匹配的一方或雙方產生局部屈服形成局部的凹陷?嚴重者會影響其正常工作?這稱為過載壓痕損傷。

　　例如?滾珠軸承在開始運轉前?如果竟載過大?鋼球將壓入滾道?使其型面受到破壞。

　　這樣的軸承在隨后的工作中就會使振動加劇而導致早期失效。

　　過載壓痕損傷?實質上是屈服失效的一種特殊形式。

　　應當指出?過載壓痕損傷作為單獨的一種失效形式?在失效分析實踐中較少出現?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的。

　　2.4 防止和改進措施 1.降低實際應力 零件所承受的實際應力包括工作應力、殘余應力和應力集中三部分。

　　(1)降低工作應力。

　　降低工作應力可從曾加零件的有效截面積和減少工作載荷兩個方面考慮?要視具體情況而定。

　　重要的是需要準確地確定零件的工作載荷?正確地進行應力計算?合理地選取安全系數?并注意不要在使用中超載。

　　(2)減少殘余應力。

　　殘余應力的大小與工藝因素有關。

　　應根據零件和材料的具體特點和要求?合理地制定工藝流程采取相應的措施?以便將殘余應力控制在最低限度。

　　(3)降低應力集中。

　　應力集中對塑性變形和斷裂失效都很重要。

　　3.提高材料的屈服強度 零件的實際屈服強度與選用的材料、狀態以及冶金質量有關?因此?必須依據情況合理選材?嚴格控制材質?正確制定和嚴格控制工藝過程。

　　具體問題要具體分析?要依據失效分析的結果有針對性地采取相應的措施。

　　黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 8 頁 4.塑性斷裂失效 當零件所受實際應力高于材料的屈服強度時?將產生塑性變形。

　　如果應力進一步增加?并且該零件與其他零部件的匹配關系又允許時?塑性變形將繼續進行?就可能發生斷裂?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是在零件斷裂之前有一定程度的塑性變形。

　　塑性斷裂本質上屬微孔集型斷裂?裂紋的形成與擴展有賴于微孔的形成、長大和連接。

　　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?塑性變形首先應在集中部位或某些薄弱環節開始。

　　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變集中?當塑性應變達到某一臨界值時?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生的不連續因素。

　　以后的變形在微孔附近集中進行?促使已形成的微孔長大?同時在其附近形成新的微孔并長大。

　　相鄰微孔之間的材料猶如“頸縮試樣” ?稱為“內頸縮” 。

　　隨著變形的繼續進行?微孔借助于“內頸縮”而長大?至“頸縮試樣”斷裂時?相鄰微孔便連接起來?多個微孔的連接形成微裂紋。

　　同樣?微裂紋的擴展也是借助于微孔形成、長大與連接實現的。

　　上述微孔形成、長大與連接?以及裂紋形成與擴展都是塑性變形積累的結果?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纖維狀?暗灰色?無金屬光澤。

　　當裂紋亞臨界擴展至臨界尺寸時?裂紋失穩?快速擴展?在斷口上留下放射狀花樣。

　　當裂紋前沿接近試樣或零件表面時?應力狀態由內部的三向應力狀態轉變為平面應力狀態?塑性變形充分、自由地發展形成斷口上的剪切唇。

　　剪切唇與主應力成 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 當零件斷裂或出現裂紋? 同時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)斷口兩側不能拼和。

　　(4)裂紋源區斷口粗糙?成纖維狀?色澤灰暗。

　　5.3 改進措施 塑性斷裂的改進與屈服失效相同? 但因斷裂是更為嚴重的失效? 應盡可能使塑性變形不繼續發展成為斷裂?可以在設計上采用變形限位裝置或者增加變形保護報警系統等。

　　6.脆性斷裂失效 6.1 脆性斷裂 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 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。

　　斷裂應力低于材料屈服強度?因此稱為低應力脆斷。

　　低應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力脆斷 金屬材料在加熱過程中?有時因工藝偏差造成組織缺陷。

　　例如?過熱引起晶粒異常長大?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共晶?回火脆性引起有害雜質元素沿晶界偏聚?減少了晶界結合力等。

　　含有冶金缺陷的材料在一定條件下也表現為低應力脆斷。

　　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原。

　　(2)起裂部位常在變截面處即應力集中部位?或者存在表面缺陷或內部缺陷處。

　　(3)形成平斷口?斷口平面與主應力方向垂直。

　　(4)斷口稱細瓷狀?較光亮?對著光線轉動?可看到閃光刻面?無剪切唇。

　　(5)斷裂常發生于低溫條件下?或受沖擊載荷作用時。

　　(6)斷裂過程瞬時完成?無預兆。

　　6.3 防止和改進措施 (1)從設計上考慮?應保證工作溫度高于材料的脆性轉變溫度?對在低溫下工作的零件應選用脆性轉變溫度比工作溫度更低的材料?盡量避免三向應力的工作條件?減緩應力集中。

　　(2)從工藝上考慮?應正確執行工藝規程?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?消除內應力。

　　對于電鍍件應及時進行去氧處理。

　　(3)從操作上考慮?應遵守設計規定的使用條件?操作平穩?盡量避免沖擊載荷。

　　第三章 設計階段的失誤與失效 1. 機械設計與失效 1.1 機械設計的基本內容與失效 機械設計包括方案設計、結構設計和工藝設計三個階段?其中機械設計中的失誤打通包括以下幾方面? (1)設計觀點中有基本錯誤。

　　(2)選材不當?或未考慮發揮材料的性能潛力。

　　(3)結構設計或工藝規范不合理。

　　(4)對應力集中的作用估計不足。

　　(5)對工作環境條件如低溫、腐蝕和高速載荷等缺乏充分估計。

　　1.2 設計失誤與失效 在設計引起的失效案例中? 部分失效是由于設計失誤直接引起的? 部分則 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 10 頁 是由于規定的熱處理或精整工藝與設計不相適應引起的。

　　1.應力集中的作用 在有設計引起的失效中?尖角和半徑太小的圓角等的應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、孔或類似的應力集中因素?零件及加工表面的刀痕也往往成為應力集中源?這些應力集中因素如果出現在高應力區?則可能造成足以引起失效的損害。

　　2.材料的各項異性 鋼錠經軋制后?產生纖維結果?使鋼材帶上方向性?沿纖維方向?軋向或稱縱向?取樣的機械性能?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?縱向試樣的疲勞強度也比橫向試樣高。

　　材料的強度越高?這種差別越大。

　　此外鋼的含硫量越高?鍛造比越大?縱、橫向試樣的疲勞強度的方向性也越大。

　　結構的優良設計不但要求能承擔載荷?而且要結構緊湊、重量輕、出版低。

　　因此設計時合理利用材料的各項異性? 使最大應力方向與纖維方向一致?是設計考慮的一個重要因素?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。

　　如果設計能實現這些原則?則可達到設計與加工的最好配合。

　　1.3 設計不當引起的失效 很多重要的結構件是經過鍛造和熱處理以及精整加工而成的。

　　在熱加工過程中?金屬經受高溫變形以及劇烈的熱加與冷卻。

　　因此?這些零件的設計?不但要考慮與工作條件有關的性能要求?而且還應根據工作條件考慮鋼種、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 零件結構與失效 2. 缺口效應 受載零件內部存在的不連續缺陷?會嚴重影響零件的應力狀態和斷裂特征?這些不連續性缺陷常作為應力集中因素?萌生裂紋并成為斷裂源。

　　零件自由表面的不連續處如軸肩、臺階、圓角和孔等?也是作為集中因素存在的?表面的這些不連續因素都起到缺口的作用?均可簡化為缺口。

　　結構零件的失效?在很多情況下是在這些缺口處開始的。

　　2.1 應力集中 缺口引起的應力集中效應用理論應力集中系數 Κ t=1+2式中 a 為缺口深度?ρ 為缺口跟部半徑。

　　可見理論應力集中系數是只與缺口幾何形狀有關的參數。

　　受載零件缺口跟部集中應力的水平為 Б max=Κ t*Б ?3.2? 式中 Б 為名義應力。

　　可見缺口越尖銳?應力集中系數越大?應力集中程度越高。

　　當缺口跟部的應力水平超過材料的屈服強度時? 會發生局部塑性流動?使缺口變鈍?降低局部的應力集中水平。

　　2.2 三向應力狀態 除應力集中效應外?在缺口界面附近?還會產生三向應力狀態。

　　例如缺 3.1? 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 11 頁 口試件受拉伸應力后?缺口處的“壁”是自由的?不受應力作用。

　　當缺口跟部的材料在拉應力作用下伸長?缺口界面收縮?時?受到缺口“壁”的自由金屬的約束。

　　對于板狀試樣來說?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?特殊作用產生的橫向力作用于與拉應力垂直的平面上?并且與拉應力垂直?形成三向應力狀態。

　　對于薄板試樣?板厚方向上的約束很小?缺口跟部也會產生三向應力狀態?但板厚方向的應力很小?一般可以不計。

　　因此在薄板情況下的缺口試樣?只有兩個方向上的應力?稱為平面應力狀態。

　　在厚度較大時?缺口截面內部為三向應力狀態?板厚方向上的應力的作用為抑制板厚方向的變形?如果該應力充分發揮作用?使板厚方向的變形完全受到抑制的話?則出現只有兩個方向發生變形的狀態?稱為平面應力狀態。

　　2.3 缺口強化效應 缺口跟部三向應力狀態的出現?使該局部應力狀態變硬?使變形受到抑制?塑性變形也被推遲到更高的應力水平。

　　對于光滑試樣受拉伸時屈服條件為 式中τ 和Б s 分別為用切應力和正應力表示的屈服強度。

　　對于缺口試樣的情況?考慮到三向應力?上式成為 τ s=Б 1-Б 2?2=Б s?2 ?3.4? 式中Б 1 和Б 3 分別為三向應力中的最大應力?軸向應力?和最小應力?徑向應力? 。

　　可見缺口試樣屈服應力高于材料的屈服強度。

　　缺口引起的三向應力效應?使屈服推遲?即屈服應力升高的現象稱為缺口效應。

　　缺口強化效應與物理強化效應不同?是一種純幾何效應 τ s=Б s?2 (3.3) 第四章 失效分析的目的 1 防止同類失效現象重復發生 通過對失效機械產品的分析研究?可以測定機械產品的失效原因及其影響因素?并且根據這些測定結果制定改進措施?以防同類失效現象的重復發生。

　　例如通過對汽輪機第一級動葉片斷裂失效分析?可確定動葉片斷裂是由于共振現象引起的?所以要改進葉片的激振頻率?使它不落入葉片的自振頻率范圍之內。

　　這樣改進后的動葉片就不發生由于共振所引起的斷裂失效?確保汽輪機組的安全運行。

　　2 失效分析是機械產品設計、制造的依據 失效分析在整個機械產品生產過程中占據著重要地位?尤其是機械產品的設計、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。

　　有關失效分析與機械產品的設計、制造等因素的關系如圖 4?1 所示 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 12 頁 圖 4?1 失效分析與設計、制造等因素的關系 3 消除隱患?確保產品安全可靠 失效分析可以幾時發現產品的缺陷?并且將隱患消除在事故的萌發階段。

　　特別是利用“故障樹”預測系統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系。

　　4 失效分析可以提高產品的信譽 機械產品的信譽主要是由產品的質量、壽命及可靠性等指標來保證的?同時也要求產品價廉物美?經久耐用。

　　因此要提高產品的信譽就必須使產品達到質量好、壽命長、可靠性高?而這些指標是由失效分析來保證的。

　　實效分析不僅可以提高產品的質量和延長產品的使用壽命?而且還能進行技術反饋?提高企業的經濟效益。

　　機械產品的信譽提高與失效分析的關系?如圖 4?2 所示。

　　另外?實效分析還能為產品的仲裁、索賠?制定指令性文件等提供重要依據。

　　失效分析對質量控制、材料的發展及規劃、儀器設備的正確維護和使用等也可提供合理化意見。

　　經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 經濟性 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 13 頁 圖 4?2 機械產品的信譽與失效分析的關系 第五章 失效分析方法 機械構件在使用過程中常常發生磨損、腐蝕、變形和斷裂等損壞現象?造成嚴重事故的例子是舉不勝舉的。

　　人們為了防止機械構件的損壞?特別是突然斷裂損壞現象的發生及提高材料的使用壽命?很早就開始對機械構件損壞的原因進行分析和研究?并據此提出防止類似事故再度發生的改進措施。

　　這樣就形成了一門新的分析技術?稱之為“失效分析”或“事故分析” 。

　　在進行失效分析時?首先要了解失效分析程序。

　　現簡介如下? 因為機械構件多數是在運行過程中發生斷裂失效的?每當一個零部件斷裂損壞時? 它和別的零部件、 周圍環境和操作人員等均有著十分密切的關系。

　　查找原因時要從設計水平、材料質量、加工狀態、維修情況、裝配精度、工作環境、服役條件和操作方法等因素中找出造成損壞的主要原因?并根據損壞的原因、機理、類型和階段?進行分析判斷?制定出改進措施。

　　斷裂過程是個動態變化過程?對斷裂直接進行觀察分析是比較難的?而斷口是斷裂的靜態反映?如果對斷口進行仔細觀察和分析就能找出斷裂的原因、機理等。

　　因為斷口如實地反映了機械構件斷裂的全過程?及機械構件裂紋的萌生與擴展過程?因此斷口分析是機械構件斷裂失效分析的一個重要手段。

　　為了取得更好的分析效果?對這一分析手段還必須輔以一系列其他的檢驗方法?如無損檢測、機械性能試驗、金相檢驗、化學分析、X 射線分析、斷裂韌性試驗、電子能譜分析、模擬試驗等。

　　最后將上述分析和試驗的結果與數據進行綜合分析?并提出改進措施?寫出失效分析報告。

　　1 原始資料的收集 原始資料是指構件服役前的全部經歷?構件的服役歷史和斷裂時的現場機械產品 事故 試制產品 失效分析 高信譽的機械產品 實物試驗 故障再現 試驗分析 環境調查 工藝制定等等 數據處理 最 佳 工藝 、 材料、形狀 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 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值的斷口和供做其它檢測用的試樣材料。

　　1.1 構件服役前的經歷 首先要了解構件的設計依據? 參數和圖紙? 其次是了解構件的制造和加工工藝?然后了解構件的物理性質、力學性能和化學成分分析的檢驗報告?最后還要了解構件的安裝情況和試車情況等。

　　1.2 構件的服役歷史 (1)查閱操作人員的工作記錄? (2)構件的實際運行情況? (3)構件所處的環境條件。

　　可是?實際上是很難知道構件的全部服役歷史的。

　　這時必須從零星的使用情況分析構件服役時的負載變化? 盡量從使用條件中得出一些分析依據。

　　1.3 場記錄及殘骸的收集 斷裂失效現象發生后? 分析人員要親臨現場? 深入了解失效發生時各種條件和事故過程。

　　對散落的碎片?均應觀察其所處的位置、環境和取向?經詳細記錄或攝影后? 方可移動。

　　同時還應注意損壞構件與其他構件之間的關系和相互影響?并予以記錄。

　　收集的碎片應盡可能齊全? 尤其是首先斷裂的部分。

　　除沾著的腐蝕介質應即時清洗去掉外?對斷口上的其他沉積和粘附物質?甚至砂粒或污物等?一般均暫不清除? 待進行細致的斷口觀察后再作處理? 因為這些物質對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 斷片時斷裂失效分析的第一手資料? 是斷口分析的依據? 在斷裂事故發生后應小心謹慎收集?妥為保存。

　　2.1 主裂紋的判別 機械構件斷裂事故大多數是在運行中發生的?經常是一個構件斷裂后?其斷片擊斷其它構件。

　　例如汽輪機運行時?若一片葉片斷裂時?其葉片的斷片將會擊斷或碰傷其它葉片?造成較大的斷裂事故發生。

　　因此在進行斷口分析時?首先要選擇最先開裂的構件斷口。

　　有時一個構件在斷裂過程中形成幾個斷片時?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 裂紋擴展或者 B裂紋的擴展受到 A 裂紋的阻止時?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?往往在出現一個裂紋后?產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?構成原來機械構件的幾何外形?測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。

　　黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 15 頁 氧化法 在受環境因素影響較大的斷裂失效中?檢驗斷口各個部位的氧化程度?其中氧化程度最嚴重者為最先斷裂者即主裂紋所形成的斷口?因為氧化嚴重者說明斷裂的時間較長?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重而不能提供斷裂形貌特征時?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)主裂紋化學腐蝕嚴重。

　　例如環境斷裂條件下?主裂紋不能提供斷口形貌特征時?必須研究二次裂紋所形成的斷口? (2)機械擦傷嚴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?這時也要研究二次裂紋所形成的斷口? (4)分析研究斷裂機理、斷口精細形貌特征時?則要詳細地觀察斷口形貌 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 16 頁 特征?這時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。

　　存在分析損壞現象時?材料斷裂的發生及傳播過程與斷口形貌的對應關系是很重要的。

　　根據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?對斷口表面必須保護得非常完整?不能碰傷?嚴防用手撫摸斷口表面?以保持斷裂時的原有狀態。

　　特別是在機械構件斷裂失效后?往往會使構件斷面擦傷和銹蝕?所以在分析過程中要十分注意對斷口的保存。

　　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?將失效件或斷口放入干燥皿里或塑料袋里保存。

　　②應用防銹漆或者其它涂料將失效部位或斷口保護起來。

　　但是在應用這種方法時要注意?所使用的防銹漆或其它涂料要對斷裂表面不發生腐蝕?并且容易去除。

　　為了全面地進行實效分析?除了斷口分析所需的試樣之外?其它分析檢驗項目還需要各種試樣?如機械性能試樣、化學分析樣品、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用的試樣等。

　　這些試樣均要在選擇斷片時考慮進去?要從構件有代表性的部位上截取。

　　在截取之前都應在構件上畫好截取的部位?用草圖和照相記錄?標明是哪種試樣?以免弄混而導致錯誤的分析結論。

　　截取試樣時要小心保護斷口或裂紋?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?不受高溫的影響或者其它的化學腐蝕?使斷片或斷口保持干燥。

　　無論用什么方法截取試樣時?都要遠離斷口表面?要避免斷口受到損傷?尤其時裂源更要加強保護。

　　如果將裂源損傷?則將很難進行斷口分析。

　　3 斷口分析 在機械構件斷裂事故中?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。

　　在斷口分析技術中?最關鍵的兩項工作是?①斷口的選擇?②斷口的觀察。

　　對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展方向?斷口微觀觀察是在宏觀觀察基礎上?對裂源區、裂紋擴展區及最終斷裂區進行檢驗。

　　通常是應用電子顯微鏡、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?微量或痕量元素對斷裂的影響等?進一步判斷和證實斷裂的性質及方式。

　　在斷口分析中必須注意這二者的結合并用。

　　3.1 斷口的宏觀觀察 斷口的宏觀觀察是指用肉眼、放大鏡、光學顯微鏡及掃描電鏡的低倍觀 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 17 頁 察。

　　首先用肉眼或放大鏡觀察斷裂構件的外貌?應特別注意構件斷片的表面觀察?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?是否存在著產生應力集中的薄弱環節?例如尖角、油孔等?以及表面損傷如化學腐蝕、機械磨損等。

　　接著?根據斷口的宏觀特征來確定裂源及其裂紋的擴展方向。

　　在此基礎上將斷口按裂源區、裂紋緩慢擴展區和裂紋快速擴展區進行光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡的低倍觀察?特別是裂源區要用雙的筒立體顯微鏡進行反復觀察?因為裂源往往與材料缺陷有聯系。

　　3.2 斷口的微觀觀察 斷口的微觀觀察通常是應用電子顯微鏡。

　　斷口的微觀觀察是在斷口的宏觀觀察的基礎上進行的。

　　通過對斷口的微觀觀察除可進一步澄清斷裂的路徑、斷裂的性質、環境對斷裂的影響等之外?還將找出斷裂的原因及其斷裂機理等因素。

　　但是?在進行微觀觀察時?要注意防止片面性?不能從局部的特征輕易地作出結論。

　　例如在脆性斷口上?亦可找到局部呈現韌窩花樣的區域?或者在韌性斷口?也可找到呈現解理或準解理的河流花樣等區域。

　　因此?必須進行反復多次的觀察?對于各種顯微形貌特征?要有個數量的概念或統計的概念?并且還要與宏觀觀察的情況結合起來?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參數之間的定量關系等。

　　應用透射電子顯微鏡不能直接檢查斷口表面?需要制作塑料?碳復型?且用重金屬投影增強反差。

　　用于萃取復型的一個有效的輔助方法?是通過電子衍射技術鑒別第二相離子或者腐蝕產物等。

　　應用掃描電鏡可直接檢查實物斷口表面?它可以進行連續放大觀察。

　　電子圖象立體感強?其分辨本領可達 15nm 左右?他是斷裂失效分析的最有力的工具。

　　4 其它檢驗分析 在失效分析中?為更好地獲得分析結果?除了進行斷口分析之外?還必須進行化學、力學、物理等試驗分析。

　　4.1 化學分析 在失效分析中?為了查明材料是否符合規定要求?必須進行化學成分分析。

　　實際使用的材料成分與規定成分稍有偏差?在失效分析中并不太重要。

　　只有很少數的服役失效是由于材料使用不當或者有缺陷而引起的。

　　因此?從化學成分分析的結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力腐蝕的失效案例?則很需要對腐蝕表面沉積物、氧化物或者腐蝕產物以及與被腐蝕材料接觸的介質進行化學分析?以助于初步確定失效的原因。

　　黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 18 頁 學分析?包括常規的、局部的、表面的和微區的化學分析。

　　在分析中應當注意常規成分報告中那些沒有規定限量的有害元素?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?經常使用電子探針、俄歇譜儀、離子探針等儀器來檢測腐蝕產物、表面化學元素組成、化學成分的局部偏析、微量及痕量元素等。

　　4.2 金相檢驗 相檢驗在構件斷裂失效分析中也是經常應用的一種重要手段?有些損壞構件往往只需作金相檢驗就可以查明損壞的原因。

　　例如由加工工藝、材質缺陷和環境介質等因素所導致的損壞?均可通過金相檢驗來判別損壞的原因。

　　金相檢驗的內容?主要由晶粒的大小、組織形態、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。

　　特別應注意晶界的檢驗?是否有析出相、腐蝕及變化等現象發生。

　　當檢查裂紋時?往往能從裂紋尖端的試樣得到最有價值的情報。

　　由于它受到環境介質的影響較小?容易判別裂紋擴展路徑的方式——穿晶型或沿晶型。

　　4.3 結構分析 斷口上經常有夾雜物、第二相、腐蝕產物等析出或生成?它們對構件斷裂尤其是沿晶斷裂影響顯著。

　　因此?對它們進行結構分析?通常使用 X 射線衍射儀及電子顯微鏡的選區電子衍射?以確定其結構及化學組成是很有必要的。

　　(1)斷裂力學分析 斷裂力學對于金屬材料的研究、機械構件的設計、構件安全壽命的預測及剩余壽命的估算等方面?均起著重要的作用。

　　在機械構件設計時?不能單純追求材料的強度指標?尤其是大截面或零部件處于平面應變條件下的情況?必須認真考慮構件的應力強度因子 K 和材料的斷裂韌性 K值的大小?如果構件處于腐蝕介質環境中?還需要考慮 K 值?才能確定構件安全使用所能允許的裂縫尺寸?以及確定含有裂紋構件的剩余壽命等。

　　目前?常用的評價斷裂韌性的方法有?①平面應變斷裂韌性測試?②動態撕裂測試?③J 積分斷裂判據?④裂紋張開位移?⑤動態斷裂韌性測試等。

　　(2)模擬試驗 所謂“模擬試驗” ?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行比較?從而驗證初步判斷或分析是否正確?也有人稱之為對比試驗?亦即通過試驗方法再現失效構件斷口。

　　在失效分析進入最后階段時?可能需要對被認為導致失效的實效條件進行模擬試驗。

　　但是模擬試驗往往不是全部能辦到的?因為需要復雜 黑龍江建筑職業技術學院畢業文 第 19 頁 的設備?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驗室再現的?很多企圖再現腐蝕失效的試驗?最終都導致錯誤的結果。

　　要想對實際失效現象進行全部模擬是很難實現的?但是對其中一個或兩個參數或參量進行模擬?還是可以辦到的。

　　例如對溫度、介質濃度等環境因素對失效的影響的模擬等。

　　5 綜合分析 失效分析進行到一定階段?需要對從各種檢查和試驗所獲得的結果和基本試驗數據進行全面的分析研究。

　　如果遇到失效原因捉摸不定的情況?可查閱已發表的同類實例報告?也許有助于獲得新的線索。

　　一般而言?可以從各種檢驗結果、試驗數據和記錄的綜合分析中?得出失效的一種和幾種主要原因?并且提出改進措施 失效分析報告應該寫得清晰、簡練和合乎邏輯。

　　其具體內容如下?

　　5.1 失效構件的描述?

　　5.2 失效時的服役條件?

　　5.3 失效前的服役條件?

　　5.4 構件制造及熱處理過程?

　　5.5 失效構件材料的冶金質量評定?

　　5.6 各種物理、化學、力學試驗?

　　5.7 失效的主要原因及其影響因素?

　　5.8 預防措施及改進建議等。

　　主要參考文獻

　　1 涂銘旌,鄢文彬.機械零件失效分析與預防.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: 機械工業出版社,1993

　　3 陳南平,顧守仁,沈萬慈.機械零件失效分析.北京:清華大學出版社,1988

　　4 劉民治,鐘明勛.失效分析的思路與診斷.北京: 機械工業出版社,1993

　　5 《金屬斷口分析》編寫組.金屬斷口分析.:北京:國防工業出版社,1979

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