失效分析

失效分析（精选12篇）

失效分析 篇1

摘要：随着社会的不断发展, 工业上的机械化也在不断的进步。特别是近几十年, 科学技术的蓬勃发展, 更带动了工业上的迅速发展。在现代化的机电行业中, 轴承这个基础工件的应用最为广泛。不管是最普通的机械设备, 还是高端的机电领域, 轴承都是不可或缺的基础工件。所以, 在机械化建设的现代, 能够确保轴承的正常工作是非常重要的, 一定要保证轴承的设计能跟上机械化事业的进程。

关键词：轴承失效,失效原因,案例分析

随着社会经济的不断发展, 工业领域也取得了飞跃式的进步。在现代化的机械行业中, 轴承的应用最广泛, 从最普通的设备到高端的机电领域, 都离不开轴承的支持, 所以轴承能在各种不同的环境中保证正常的工作是相关的技术人员热切关注的问题之一。为了跟上时代的进步, 工业领域也在不断的发展、进步, 轴承的应用技术也取得了相应的发展。目前, 国内的机械化生产中引进一些新型的轴承设计, 推动了机械工程的发展, 但同时, 这些新型的轴承依然存在一些问题, 比如轴承的早期失效。

1 轴承早期失效的主要原因及其形式

1.1 轴承与其他工件之间的接触疲劳会造成轴承的早期失效。

轴承的这种接触疲劳主要发生在轴承的表面。接触疲劳经常伴随着裂纹的产生, 这种早期失效通常先从表面的最大切应力的地方开始, 然后向其他部位扩展, 造成整个表面的脱落, 加速了轴承的早期失效。

1.2 各个工件之间的摩擦力会造成轴承的早期失效。

机械的运作会导致工件之间的磨损逐渐加剧, 逐个损坏轴承的零件, 最终会导致轴承失去尺寸上的精度, 工件之间的磨损也会影响到工件形状的变化, 失去工作中的精确度, 影响工作的效果。这种因为磨损造成轴承的早期失效是最普遍的失效方式之一, 从形式上来看, 这种方式主要分为磨粒磨损造成的失效和粘着磨损引起的轴承早期失效。

1.3 由于工件本身的缺陷以及载重过大造成轴承的断裂而引起的轴承早期失效。

如果机器出现突发状况或者安装、使用不当等等都会造成工件的缺陷断裂, 所以在以后的工作、设计中, 一定要注意加强轴承的质量控制。到目前为止, 轴承的早期失效大部分都是由负载过大造成的。

1.4 轴承在工作的时候, 通常会因为外界因素的影响, 使得原本的

结构、形状、各部分之间的空隙等等都会发生改变, 降低工件工作时的精度, 从而引起轴承工件的早期失效。外界因素中, 能够影响轴承早期失效的外界因素主要有负载过大、温度、安装不合适等等, 影响早期失效的内在因素主要有:剩下的应力一直都处于不稳定的状态, 通过影响轴承工件之间的空隙, 引起轴承的早期失效。

在轴承的早期失效中主要有以下几点失效模式:

(1) 由于轴承的安装不规范, 或者是工作过程中出现的突发状况而造成的沟道的单侧处工件的剥落, 引起轴承的早期失效。 (2) 如果轴承的外壳的半径过大, 那么轴承会在负载物的作用下, 内圈和外圈都会发生不同程度上的表层脱落, 从而造成轴承的早期失效。 (3) 如果轴承工件是在倾斜的状态下工作, 一旦工件的倾斜角超过一定的限制条件, 就会导致轴承工件表层的脱落, 加剧轴承的早期失效。 (4) 轴承早期失效模式还有一种很少见的套圈断裂导致轴承的失效, 这种情况的发生主要是因为突发性的超载。套圈断裂这种现象产生的原因有很多, 比如材料自身的缺陷、锻造过程出现的误差、加工过程中造成的工件断裂、主机安装不当、温度等等。 (5) 保持架的断裂也会造成轴承的早期失效, 这种现象的发生很偶然, 而且属于非正常模式。它的形成原因也很复杂, 比如:支架的安装不当、负载过大、轴承在运作过程中润滑不良、外界因素的干扰等等。

轴承工件的早期失效对工业的施工产生很大的影响, 只有找到影响轴承早期失效的原因, 从根本上采取预防轴承的早期失效才能发挥到很好的作用。

2 影响轴承早期失效的因素以及预防措施

轴承是机械化工业中不可或缺的工件之一, 而且轴承也特别容易损坏。轴承根据使用方式的不同主要分为滑动轴承、滚动轴承两大类。影响轴承工件失效的因素有很多, 只用采取正确、科学的防护措施, 才能更好的预防轴承早期失效的发生。

2.1 轴承工件的表面受外界因素的影响发生微动的腐蚀, 这样轴承

在运作过程中特别容易发生断裂, 使得轴承失去自身的功能价值, 导致工件的失效。这种现象的发生主要是受外力因素的影响。

2.2 轴承各部分之间如果空隙过大, 各部分之间的配合不密切, 轴

承在工作过程中会做相对的转动, 导致工件表面的摩擦受损, 影响轴承的使用年限, 造成轴承的失效。

2.3 如果工件各部分之间的润滑不是很好, 工作时工件的配合不密

切, 或者是操作人员技术不规范, 都会造成轴承接触面的相互摩擦, 最后导致轴承工件的早期失效。

影响轴承失效的因素还有很多, 只有采用对应正确的防护措施, 才能降低轴承早期失效的概率, 增加轴承的使用年限。这就需要工作人员掌握相关的技术规范, 工作中正确的使用、保护轴承:

(1) 购买工件时, 根据工件的规格合理地选择轴承的工件; (2) 工件之间的配合尽量紧密, 工件的座孔应该选用刚度相对比较高的工件, 减少工作中轴承的变形; (3) 适当调节机械工作时的温度; (4) 改进轴承工件的结构设计, 提高质量。

3 轴承工件的失效案例分析

为了更加精确的研究轴承早期失效的主要原因, 相关工作人员主要通过分析典型的案例对轴承失效的具体原因进行了讨论。

本次实验主要是针对圆锥滚子的30307轴承。工作人员对其各方面进行研究得出一系列的结论。

3.1 表面观察。

将轴承进行拆卸处理, 通过仔细观察发现:轴承的外圈没有磨损的痕迹, 而且保持架也完好无损, 但是圆锥滚子边缘表面出现了不同程度上的表皮脱落, 轴承的内圈也有磨损的痕迹。

3.2 实验检查、分析。

对轴承的实验检查主要运用了化学原理。任意取一个轴承工件, 用化学物质对它进行酸洗, 结果发现它制作的原材料以及制作方法都没有任何缺陷。

接下来对轴承工件的硬度、化学组成成分分别进行检验, 结果发现这些都符合相关的技术标准。

3.3 轴承滚道的检测。

前面经过观察曾经发现在轴承的内圈有明显的磨损痕迹, 所以针对这个情况对轴承的内圈进行直线性的检测, 结果发现轴承内圈中靠近油沟的部位要明显高出滚道的表面;对滚道轮廓的直线性检查, 结果发现在油沟部位存在滚道磨削现象, 而且留边的现象很明显。

经过一系列的检验说明这套轴承的早期失效是因为轴承的硬度不合适, 轴承在工作过程中受到很大的应力, 轴承的安装不到位。这个圆锥轴承的早期失效的最主要因素还是滚道的留边。

随着社会工业的不断发展, 人们对机械的要求越来越高, 轴承作为最普遍的工件之一, 对工程的结果会产生很大的影响, 只有明确造成轴承早期失效的影响因素, 采用合适的处理方法才能有效的避免轴承的早期失效, 增加轴承的使用年限。

4 结束语

轴承作为机械工业中应用最为普遍的工件之一, 无论是最普通的设备, 还是最高端的机械, 都离不开轴承的支持, 只有了解轴承早期失效的影响因素, 采取相对应的防范措施, 才能有效的预防早期失效的发生, 提高轴承的使用年限, 在一定程度上提高机器的工作效果。

参考文献

[1]张鹏远, 庞兆夫, 陈晓红, 高玉明.轧钢轴承使用寿命影响因素分析[J].鞍钢技术, 2011 (2) .[1]张鹏远, 庞兆夫, 陈晓红, 高玉明.轧钢轴承使用寿命影响因素分析[J].鞍钢技术, 2011 (2) .

[2]王振华.滚动轴承的疲劳失效与轴承钢中的非金属夹杂物的关系[J].宝钢技术, 2007 (3) .[2]王振华.滚动轴承的疲劳失效与轴承钢中的非金属夹杂物的关系[J].宝钢技术, 2007 (3) .

[3]张士军, 滕旭东, 刘志优.发动机齿轮和轴承失效分析[J].失效分析与预防, 2022 (2) .[3]张士军, 滕旭东, 刘志优.发动机齿轮和轴承失效分析[J].失效分析与预防, 2022 (2) .

[4]王思明, 许明恒, 周海军.滚动轴承微动磨损研究[J].轴承, 2011 (4) .[4]王思明, 许明恒, 周海军.滚动轴承微动磨损研究[J].轴承, 2011 (4) .

失效分析 篇2

[论文摘要]锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用。随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理。文章介绍了锚杆支护基理，并对锚杆锚固失效因素进行了分析。

随着矿井支护技术的发展，锚杆支护已经成为井下最为普遍，效果高，操作过程比较容易的一种支护方式，但是这种支护在实际过程中也面临着一些问题，如，不清楚是悬吊作用还是组合梁作用，锚杆长度和锚固长度不够，导致锚杆失效。一根锚杆失效而影响到周围锚杆，进而发生不良连锁反应，三径的不合理选择引起“手套反应”。锚杆承载过程中预应力损失导致锚杆失效。在作业过程中不合理的操作导致锚固失效。

1.锚杆支护的作用基理

锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用，随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理，经典的锚杆基理有悬.吊理论、组合梁(拱)理论。现代的支护理论则强调锚杆与围岩共同作用原理，它们共同变形，由于锚杆的刚度远大于周围围岩，从而在锚杆对围岩施加作用时，一方面改善围岩应力状态，另一方面通过对裂隙岩体施加挤压作用，从而提高围岩抗剪，抗压强度、极大地提高了围岩自身承载能力。

巷道开掘后，巷道围岩中应力状态，由原来的三向应力变成二向应力，顶板下位岩层受水平应力作用，岩层容易失稳破坏，锚杆的作用就是在失去一向应力的方向上，给岩层提供一个约束力，来提高岩石强度，使岩层形成能承载的支护结构，锚杆对岩体的加固作用比较复杂，主要体现在:

(1)锚杆与岩体组合在一起，提高了岩石的抗变形能力，增强了岩体的整体性。提高了岩体承载作用。

(2)由于锚杆的抗拉作用，当锚杆穿破碎岩石，深入稳定层中，对不稳定岩层起悬吊作用。

(3)由于锚杆抗剪作用对岩层离层产生一定阻碍作用，增强了岩层间摩擦力，阻止岩层相对位移，使各岩层形成组合梁作用。

2.锚杆失效因素分析

锚杆支护设计参数选定的不合理性、地质条件的变化、支护材质不合格、施工质量不达设计要求等都是造成锚杆失效的因素。因为支护参数计的合理性直接影响到锚杆支护的效果。所以本文只对锚杆支护设计参数选定的不合理性导致锚杆失效因素进行分析。

2.1锚杆支护参数设计不合理

锚杆支护参数设计包括:锚杆种类选择、锚杆几何参数、锚杆力学参数、锚杆密度(锚杆间、排距)、锚杆安装角度,钻孔直径、孔深、锚固方式和锚固长度、锚杆预紧扭矩等。

锚杆长度根据普通的梁的理论，梁越厚，单层的梁越牢固。那么，通过层与层之间完美粘接的，具有界面的，由多层组成复合梁的结论也是如此。实际中的顶板锚固是处在一个介于有着完善的粘合界面的梁和每一个分层都独立弯曲的梁之间的某个位置。然而，在某种情况下，通过利用较长的锚杆来增加梁的厚度也许不会建立产生任何效果，依据已发现的研究结果，它也许能决定全部的顶板控制。

造成这个状态的两个原因:1.假如梁的厚超出某一限制，它就不再是一个正常的习惯上的梁，而且普通梁的概念也不再适用。2.假如锚杆系统赖于长度的增加来提供载荷于顶板。那么，锚杆越长，锚杆中的伸长量也越大，接下来于顶板。那么，描杆越长，锚杆中的伸长量也越大，接下来，大的顶板的变形或分离便会产生，特别是在纹理发育的顶板中。

在锚杆的支护密度方面，岩层稳定程度、完整程度不同，支护密度也应该有所区别。因为，锚杆在施工时，锚杆的锚固力还是有差别的，形成锚杆单个作用，在不同锚固力的锚杆的作用下，会使顶板受到剪切而损坏，不能形成完整的支护体。在同等岩性的条件下，每根锚杆的支护半径不同，这就要求有合适的支护密度。如果锚杆密度过大，不但不会加强锚杆的支护效果，还会对顶板造成破坏。锚杆密度过小，则达不到应有的支护效果。

锚杆间排距确定的原则主要包括:巷道断面维持原设计不变，保证正常通风、运输;控制支护成本，在现有支护材料不变的前提下仅改变支护参数，确保支护稳定的基础上降低支护成本，提高经济效益;保持现施工方法不变，适当增加间排距，提高单进水平和工效;支护设计必须保证理论成熟、安全可靠、结构合理;先进行方案、设计可行性研究，经研究同意后方可进行试验，分段进行;建立可靠的锚杆监测监控系统，观测锚杆支护体系的稳定性，以便及时修改锚杆支护系统。

锚杆直径的选择要做到“三径匹配”，即锚杆直径、钻孔直径、钻头直径三者匹配。三径不匹配，锚杆的锚固长度、锚杆和围岩的结合程度就会偏离设计值，降低锚杆的承载力，当围岩来压时，锚杆易造成失效。

由此看出，锚杆支护设计不合理，很难保证锚杆的支护效果，同时，煤矿井下的地质条件是随时变化的，所以，在施工过程中要根据实际情况，及时地修定锚杆支护设计参数。

3.锚杆支护预应力导致锚杆失效的因素

（1）锚杆预应力小，预应力扩散效果差，支护刚度低，致使锚杆主动支护作用不能充分发挥，不能有效控制围岩离层与破坏锚杆螺纹加工精度低；

（2）不同程度地出现锚杆被拉断、剪断和弯曲断裂的现象，表明锚杆强度偏低锚杆受力状态不佳；

（3）锚杆虽然实现了加长与全长锚固预应力，不能实现全长预应力锚固，影响锚杆支护；

（4）组合构件强度、刚度被拉断、剪断、压穿等现象.但只有锚杆自由段施加、护表面积不够，出现被拉断、剪断、压穿等现象；

4.锚固失效因素分析

锚固剂又称作胶泥，由不饱和高分子聚脂树脂、固化剂、填充材料等配比组成，可分为油基锚固剂和水基锚固剂2种，有很多因素导致锚固失效。但本文只对油基树脂锚固剂和预应力锚杆在使用过程中造成锚固失效因素做分析。

锚固剂通常包装成圆柱状，内用聚脂薄膜分隔开来的两部分，只有充份搅拌后才能迅速固化，生成锚固力。

4.1 油基树脂锚固剂失效因素

（1）搅拌时间控制。树脂锚固剂充分搅拌均匀后进行化学反应，并通过逐渐固化，体积有微量收缩，伴随着放热现象，当开始固化瞬间，锚固剂不能受外力搅拌，否则会彻底破坏了锚固剂的力学性能，形成碎砾状固化颗粒，没有粘结力，造成锚固失效。

（2）水对锚固剂的影响。树脂锚固剂是一种不溶于水的化学物质，当锚固剂中混入水后，在固化过程中，水由重力作用从胶泥中渗出，固化体中形成很多人小不等的细小气孔，这种气孔减少了锚固剂抗拉强度，抗弯强度、弹性模量和粘结力，氏时间经水浸泡，锚固剂逐步老化，造成失效。因此井下巷适遇含水破碎带时不宜采川树脂锚杆支护。

4.2 预应力锚杆的锚固失效因素

预应力锚杆由杆体、托盘、螺纹圈组成，树脂锚杆用于巷道支护，除具有一般锚杆悬吊、加拱、围岩加固作用，主要作用是通过锚杆给围岩增加预应力。

（1）油脂对锚固剂影响，树脂锚固剂不溶于油脂，锚杆杆体表而由于制造过程中，被油脂污染，降低锚固剂的粘结强度，造成锚固失效。因此，应该严格控制杆体中油脂含量。

（2）合理的安排锚杆间距、排距、材质、直径对锚杆支护效果起着决定性作用。

（3）钻孔直径，钻孔大，搅拌锚固剂时从钻孔中流出，造成锚固剂固化疏松，减少粘结强度，减少锚固力。钻孔小，锚杆对锚固剂搅拌困难，难以推进药卷至钻孔底，甚至途中固化。

（4）“手套效应”锚固剂直径大于杆体直径，杆体插入药卷中，没能搅破外包膜而固化，药膜将孔壁与固化剂完全分开造成失效。

（5）安装后应从杆体尾部螺纹施加不小于100 N?m的预应力，保证顶板有足够承载能力，随着地质变化，螺母松弛，造成预应力损失，导致失效。因此定期紧固螺母保持设计预应力。

结论

齿轮失效分析与解决方法 篇3

关键词 失效；轮齿折断；齿面点蚀；齿面胶合；齿面磨损；齿面塑性变形

中图分类号 TH132.41 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)112-0148-01

齿轮是现代机械中应用最广泛的重要基础零件之一。齿轮类型很多，有直齿轮、斜齿轮、人字齿等，齿面硬度有软齿面和硬齿面，齿轮转速有高有低，传动装置有开式装置和闭式装置，载荷有轻重之分，因此影响因素很多，所以实际应用中会出现各种不同的失效形式。齿轮的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形五种。

1 轮齿折断

轮齿折断有多种形式，在正常情况下，有以下两种：

1）过载折断。因短时过载或冲击载荷而产生的折断。过载折断的断口一般都在齿根部位。断口比较平直，并且具有很粗糙的特征。

2）疲劳折断。齿轮在工作过程中，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断轮齿。齿面较小的直齿轮常发生全齿折断，齿面较大的直齿轮，因制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断；斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断。

为了提高齿轮的抗折断能力，除设计时满足强度条件外，还可采取下列措施：①采用高强度钢；②采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性；③增大齿根过度圆角半径，消除齿根加工刀痕，齿根处强化处理；④加大齿轮模数；⑤采用正变位齿轮。

为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算和静弯曲强度计算。

2 齿面磨损

齿面磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。

在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。当齿面间落入铁屑、砂粒、非金属物等磨粒性物质或粗糙齿面的摩擦时，都会发生磨粒磨损。齿面磨损后，引起齿廓变形，产生振动、冲击和噪声，磨损严重时，由于齿厚过薄而可能发生轮齿折断。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。

新的齿轮副，由于加工后表面具有一定的粗糙度，受载时实际上只有部分峰顶接触。接触处压强很高，因而在开始运转期间，磨损速度和磨损量都较大，磨损到一定程度后，摩擦面渐渐光洁，压强减小、磨损速度缓和，这种磨损成为跑合。人们有意的使新齿轮副在轻载下进行跑合，为随后的正常磨损创造条件。但应注意，跑合结束后，必须清洗和更换润滑油。

提高抗磨粒磨损能力的措施：①改善密封条件（采用闭式传动代替开式传动或加防护装置）；②提高齿面硬度；③改善润滑条件、在润滑油中加入减摩添加剂、保持润滑油的清洁。

3 齿面点蚀

由于齿面接触应力是按脉动循环变化的（其工作表面上任一点产生的接触应力系由零增加到一最大值），应力经多次反复后，轮齿表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展扩大导致轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象就称为齿面疲劳点蚀。发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，传动的平稳性受影响并产生振动与噪声，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分，这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大，且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动的主要失效形式，在开式传动中，由于磨粒磨损比点蚀发展得快，因此不会出现点蚀。

提高齿轮的接触疲劳强度的措施：①提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；②合理选用润滑油粘度，采用黏度较高的润滑油（实践证明：润滑油黏度越低，越易渗入裂纹，点蚀扩展越快）；③减小动载荷；④采用正变位齿轮传动，增大综合曲率半径。

设计时为避免齿面点蚀，应进行齿面接触疲劳强度计算。

4 齿面胶合

胶合是比较严重的黏着磨损，一般发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，粘焊金属被撕脱后，齿面上沿滑动方向形成沟痕，这种现象称为胶合。胶合发生在高速重载齿轮传动中，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效， 致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互粘连在一起，造成热胶合；发生在重载低速齿轮传动中，不易形成油膜，或由于局部偏载使油膜破坏，会造成冷胶合。齿面一旦出现胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮的振动和噪声也增大，导致失效。

提高抗齿面胶合的方法有：①减小模数，降低齿高，降低滑动系数；②加入极压添加剂的润滑油；③采用齿廓修形，提高传动平稳性；采用抗胶合能力强的齿轮材料；④提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；⑤材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差。

5 齿面塑性变形

塑性变形属于轮齿永久变形，是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。当轮齿材料较软，载荷很大时，轮齿在啮合过程中，齿面油膜被破坏，摩擦力增大，而塑性流动方向和齿面所受摩擦力的方向一致，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。齿面塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载的传动中。常出现在低速重载、频繁启动和过载传动中。主动轮齿上所受摩擦力是背离节线分别朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处变成凹槽。从动轮齿上所受的摩擦力方向则相反，塑性变形后，齿面沿节线处形成凸脊。

减轻或防止齿面塑性变形的方法有：①适当提高齿面硬度；②采用粘度高的润滑油。

对各种齿轮的失效形式及原因的分析和讨论，对提高机械传动齿轮质量，延长机械设备的使用寿命有非常重要的现实意义。

参考文献

[1]邱宣怀,等.机械设计.高等教育出版社.

[2]吴克坚,于小红,钱瑞明.机械设计.高等教育出版社.

钢锭模失效分析 篇4

钢锭模的使用寿命很低, 多数钢锭模应用不久便发生裂纹而报废。个别钢锭模在浇筑过程中发生突然炸裂, 致钢水到处流窜飞溅。容易引起人身及设备事故。因此, 分析钢锭模失效的原因, 采取适当措施提高其使用寿命, 防止事故发生, 是一项迫切的任务。

1 分析方法及分析结果

1.1 现场分析

对报废的120只钢锭模 (浇注锭重180-460kg各种规格) 进行统计分析, 其中约95%是发生在钢锭模上部的纵向裂纹而报废。其余5%为横裂、模底孔四周剥落、内壁麻点或蚀坑、钢水粘模等缺陷。

在车间的铸锭过程中, 偶尔还发生钢锭模突然炸裂, 致使钢水流窜飞溅的现象。

1.2 宏观分析

钢锭模的断口为灰色的, 是灰口铸铁断口, 断口的组织也不均匀, 局部区域较为粗大。在断口分析时, 还发现有与基体不融合的铁豆存在 (图1) 。

1.3 金相分析

1.3.1 石墨形状

按石墨的形状分布, 可以断定钢锭模为A型石墨的灰口铸铁片状。石墨长度按GB7216-87标准评定为3号-4号 (长度12-50mm) 图2。

1.3.2 钢锭模的基体组织

基体组织为铁素体+珠光体+少量磷共晶 (图3) 。

2 分析讨论

2.1 钢锭模的选材

按ZBH93001-86《钢锭模技术条件》中明确规定, 钢锭模依其大、中、小型分别用四种牌号的铸铁 (表1) 。

技术条件中还规定, 浇注钢锭重≥3吨的钢锭模为大中型钢锭模;浇注钢锭<3.0吨的为小型钢锭模。并注明CQT适于浇注锭重<3吨的冲天炉球墨铸铁钢锭模。还规定使用CQT时要进行金相组织检查。注其石墨化级别不低于5级;基体组织中游离渗碳体和磷共晶不大于4%。可见, 技术条件中对小型钢锭模的生产, 无论从选材上或材质质量上都有较严格的要求。

在我厂钢锭模的设计图纸上, 规定用球墨铸铁。

从上述的检验结果得知, 我厂目前使用钢锭模的材料基体按120-76《稀土球墨铸铁金相标准》评定。在试样横截面上, 基本上是普通灰口铸铁。没有按国家标准和设计图纸的要求采用球墨铸铁, 这是造成钢锭模寿命低, 大量破裂失效的主要原因。

2.2 选用球墨铸铁的理由

灰口铸铁的机械性能满足不了小型钢锭模的使用要求。这是因为石墨的形状、大小及分布对铸铁的机械性能影响极大。石墨的强度低 (σb<2kg/mm2, HB<3) 无塑性, 相当于金属基体中的空间或裂缝。灰口铸铁中, 片状石墨割断了基体的连续性, 特别是在石墨的尖角部, 形成较大的应力集中, 在拉应力作用下是产生裂纹扩展的发源地。故灰口铸铁的强度不高, 脆性大。

球墨铸铁中, 石墨呈球状, 其表面积与体积之比最小, 切割机体的作用小;并且球状分布使产生应力集中程度最小。可有效地利用基体强度的70%~90%, 而片状石墨的灰口铸铁一般只利用基体强度的30%。

表2是我国常用的灰口铸铁和球墨铸铁的牌号及性能。从中可以看出, 球墨铸铁和灰口铸铁相比较, 相应的抗拉强度是后者的三倍多, 而且有一定的塑性和冲击韧性。灰口铸铁没有塑性 (δ<0.5%) 和冲击韧性。

2.3 小型钢锭模在使用过程中的受力情况

小型钢锭模因其尺寸小, 重量轻, 数量多。在库存, 搬运和使用中受到碰撞的几率较大。

钢锭模在使用过程中, 受到的外力作用主要来自钢锭自身的重量, 是一种逐渐回复的静压力。另外在钢锭由于某种原因脱模困难时, 受到一定的撞击震动力。

当钢水浇到钢锭模内, 极短的时间内会使钢锭模的内壁至外壁、下部到上部形成1300℃左右的温度差, 造成巨大的热应力。这是钢锭模受力最苛刻, 造成裂纹的主要原因。

另外, 钢水是钢锭模加热到高于共析点温度 (723℃) , 会使钢锭模发生组织变化形成组织应力。但由于钢锭重量轻, 热容量不大, 即升温降温在很短的时间内变化, 使有扩散的相变来不及进行到底。因此组织应力对钢锭模实效影响不大。

2.4 钢锭模失效机制的分析

2.4.1 钢锭模的纵向裂纹

当钢水注入钢锭模最初的若干秒钟, 钢锭模内壁与刚水接触, 立即被加热至900-1300℃, 因灰口铸铁的导热性较低, 外壁在极短的时间内处于很低的温度 (约150-200℃) , 这时, 钢锭模的内外壁形成最大的温差。内壁温度高要膨胀, 因此内壁产生压应力, 外壁产生拉引力。因为钢夜是从钢锭模底部逐渐上升的, 钢锭模的下部首先被加热到高温, 而它的上部仍处于较低的温度, 使钢锭模上下形成了很大的温度差。同理, 钢锭模上下产生了拉应力, 下部产生力压应力。因此受拉应力最大的部位是钢锭模的上部。实际上钢锭模绝大部分都是因纵向裂纹而报废。而纵向裂纹基本上都产生于钢锭模的上端。

灰口铸铁的抗压能力很高, 抗拉强度很低 (表2) , 当钢水进入钢锭模很短时间内产生最大热应力。随着时间的延长, 钢锭模的内壁与外壁, 上部与下部的温度差逐渐减小至消失, 热应力也随其减小至消失。

对一个组织正常 (例如:A型片状石墨均匀分布, 石墨片长度适中等) 又无缺陷的灰口铸铁钢锭模而言, 纵向裂纹是多次使用过程中累积而成, 即热疲劳。在浇铸过程中, 首先在受拉应力最大的上部外壁某个局部区域, 在那些与拉应力方向相垂直的片状石墨端部的尖角部位, 由于应力集中效应而生成显微裂纹。再一次浇铸时这些裂纹扩展延长。反反复复的浇铸使显微裂纹继续发展, 彼此接通成为宏观裂纹, 形成纵向开裂造成钢锭模报废。

若钢锭模的材质是采用球墨铸铁。石墨成球状, 我们知道物体体积相同时, 球形的表面积最小, 它对基体的削弱也最小。特别是球形没有尖端或锐角, 使应力集中效应减到最低, 故球墨铸铁的机械性能较灰口铸铁大为提高。其抗拉强度比相应的灰口铸铁高2-3倍, 并且有一定的塑性和冲击韧性。在热应力 (拉应力) 的作用下, 不易形成裂纹。依次推断, 球墨铸铁钢锭模的使用寿命应比灰口铸铁钢锭模高3倍以上。当然, 这种推断尚需实践证明。

2.4.2 钢锭模在浇铸时突然炸裂

钢锭模突然炸裂, 致使钢水膨溅溢出的事故在生产中只是偶然发生, 但危害较大, 应引起重视。对其分析认为, 钢锭模的生产工艺和操作欠佳, 致使钢锭模内部组织不均, 局部区域存在石墨偏析, 并且片状石墨尺寸过长。而且存在气泡、飞溅“铁豆” (图1) 等缺陷。浇注中热应力产生的裂纹沿着石墨偏析区的长片石墨及缺陷闪电般地扩展连通, 造成钢锭模在钢水凝固前破裂。对炸裂的钢锭模 (包括钢渣包) 的断口现场观察可以看到:

(1) 断口全是灰色的, 说明材质是灰口铸铁。

(2) 断口的颗粒结构极为粗大, 说明石墨很长。

(3) 仔细观察 (用4-10×放大镜) 会发现在断口局部区域有缺陷存在。

因此, 对钢锭模不仅要检查外表缺陷, 而且应按相应的标准或技术条件, 对材质及金相组织进行检验, 方可避免炸裂事故。当然在浇注前钢锭模烘烤预热操作的好坏及浇注钢水的温度也对炸裂有一定影响。

2.4.3 钢锭模脱模时造成钢锭模损坏

在正常的浇注情况下, 由于冷却过程中的线收缩使钢锭模的内表面之间形成了空隙, 而且不同钢锭模都有相适用的锥度, 因此, 钢锭模脱模时会很顺利但在某些不良条件下, 如钢锭模的内壁有深度>3mm的麻点或蚀坑、深度>2mm纵向及网状裂纹;浇注温度过高使局部模壁与钢锭粘连等造成脱模困难, 此时往往采用撞击震动的方法来脱模。

撞击是冲击力, 灰口铸铁的冲击韧性极低, 几乎无塑性 (δ<0.5%) 。因此, 在生产现场常看到钢锭没有脱落、钢锭模已经裂纹破碎。

同样道理, 钢锭模在库房堆放、搬运和使用过程中, 由于操作失误发生碰撞, 常使其上下平台棱角部位脱落而报废。

若采用球墨铸铁, 由于具有较高强度, 一定的塑性和冲击韧性, 在上述情况下, 可大大减少钢锭模的报废数量。

3 结论

(1) 材料选择。采用普通灰口铸铁, 没有按标准和有关技术文件要求采用球墨铸铁, 是钢锭模使用寿命很低的主要原因。小型钢锭模应按标准采用球墨铸铁, 并做有关金相检验。

(2) 裂缝机理。灰口铸铁小型钢锭模实效的主要原因是纵向热疲劳裂纹。裂纹多数发生在钢锭模的上部, 在热应力的作用下, 首先在片状石墨的端角部位产生裂纹, 在多次浇注冷热的冲击下, 裂纹沿石墨片延伸扩展, 彼此连接形成宏观裂缝。

(3) 改进方法。应对小型钢锭模的材质质量, 如各种缺陷、金相组织、石墨形状、分布尺寸、基体组织、麟共晶等按有关技术条件要求进行检查控制, 以防钢锭模突然炸裂而引起事故。

参考文献

[1]国家技术监督局.钢的显微组织评定方法[M].中国标准出版社, 1992.10.

[2]李炯辉, 石友方, 高汉文.钢铁材料金相图谱[M].上海科技出版社, 1981.10.

[3]吴广河, 沈景祥, 庄蕾.金属材料与热处理[M].北京理工大学出版社, 2012.1.

[4]陈琦, 彭兆弟.实用铸造手册[M].中国电力出版社, 2009.8.

[5]李炯辉.金属材料金相图谱[M].机械工业出版社, 2009.10.

[6]王英杰, 张芙丽.金属工艺学[M].机械工业出版社, 2010.10.

内控失效原因分析 篇5

一出纳领取银行对账单、编制银行存款余额调节表。之所以把这个问题列在十大问题之首，是因为它非常普遍且后果严重，但遗憾的是，直到今天，仍有很多单位根本没有意识到这一问题，或虽然意识到了却不以为然，低估了其可能造成的严重后果。

不相容职务分离是内部控制的一个基本原理，通常需要分离的不相容职务包括授权与执行、执行与审核、执行与记录、保管与记录，所谓“管钱不管账，管账不管钱”就是不相容职务分离原理的一个典型运用。货币资金是最容易出现舞弊的一项资产，如果由出纳来负责领取银行对账单、编制银行存款余额调节表，出纳就有可能挪用或侵占公司货币资金，并通过伪造对账单或在余额调节表上做手脚来掩盖自己的舞弊行为。

从笔者了解的情况看，80%以上的企业存在出纳领取银行对账单、编制余额调节表的现象，究其原因，主要从工作方便角度出发，由于出纳经常跑银行，办理各种收付款，于是便“顺理成章”地领取银行对账单、编制余额调节表。殊不知这种习惯做法存在巨大风险隐患，其实要防范这种风险并不难，只要改由出纳以外的人来负责银行对账单领取和账面银行存款余额核实工作即可，关键是要从思想意识上重视起来。二领导“一只笔”审批，缺乏完善内控制度和流程保障。领导“一只笔”，表明看起来似乎控制很严格，不容易出问题，但事实上这种“一只笔”控制反映了单位内部控制方式的落后。

首先，事无巨细都由领导来审批，囿于时间和精力，领导最后可能疲于应付，分不清主次，审批“一只笔”变成签字“一只笔”而已，控制流于形式。

其次，如果缺乏相关支撑信息，领导无法对收支合理性进行判断，“一只笔”就会失去控制作用，例如经办人员申请购买某种设备，而领导没有该设备经济可行性、价格合理性的相关数据，审批就会演变成一种过场。

第三，领导“一只笔”会造成高度集权，不利于对领导的制约和监督，可能导致fu败。因此，合理的内部控制应当按照重要性程度大小，适当分层授权，逐级审批。三过于依赖业务人员，企业资源掌握在个人手中，企业对业务开展失去控制。

企业业务资源完全掌握在业务员个人手中，对企业来说是一件非常危险的事情，现实中经常可以看到，不少企业的业务员一旦跳槽或离职，原有的客户和业务关系也被随之带走，形成企业对业务人员过于依赖的局面。更有甚者，有的企业业务员明地里使用单位各项资源，暗地里为自己或亲友开拓业务、谋取私利，严重损害了企业利益。针对这种现象，企业应通过完善制度设计，例如采取建立统一的客户档案和客户关系管理系统、同一笔业务有两人以上共同参与、适当进行工作轮换和加强财务对业务过程的控制等措施，将业务员手中的客户资源转化为企业资源，让客户认的是企业本身而不是认个人，这样企业的业务就不会依赖于某一两个人，从而保持持续稳定的发展。2003年初，花旗银行台湾区总经理陈圣德率领二十多位主管集体跳槽，但在经历短暂的人事地震以后，花旗银行在短短两三个月内就基本恢复了业务正常开展，当年业绩并未受到大的影响，盈利反而创下历史新高，靠的就是花旗银行内部已经形成完整的制度和流程，用制度来保障业务开展，而不是依赖于某个业务人员或主管。

四内部控制制度文字描述性较多，清晰的流程图和配套表单较少。

很多单位有这样一种现象，员工在某个岗位工作久了后变得驾轻就熟，经验老到，工作起来游刃有余，而一旦这个员工因有事调离或辞职，后面接替的人员则需要花很长时间来熟悉情况，重新摸索工作方法。造成这种现象的原因是企业制度主要是文字性东西，缺乏清晰的岗位说明和工作流程图，执行的人往往凭自己的经验和别人“言传身教” 来做事，岗位新手在开始阶段工作不知从何入手，通常需要很长一段学习和熟悉过程。因此，一套完整的企业制度应包括三部分：（1）文字描述的支撑制度文件；（2）工作流程图或流程的文字描述；（3）相关凭证、表单、文件的样式汇总。

通过绘制清晰的工作流程图，可以让每个人都能一目了然地知道办事程序、涉及的部门、人员和规章制度，而且能够将工作形成的好经验固化下来，并且通过流程图能比较容易发现内部控制中的不足之处和风险点，从而有助于企业内部控制的持续改进。

五内部控制制度“救火式”较多，制度体系缺乏系统性和完整性。

很多企业的内部控制制度都是在发展中逐步建立起来，经常是发现管理中出现了某种问题，于是相应地出台一个制度来规范。例如今天发现电话费高了，就制定一个通讯费管理办法，明天发现办公用品浪费严重，就拟定出办公用品采购与使用办法。

这种“救火式”的制度往往只能防范已发生过的风险，而对未发生的风险则考虑不足。此外，这样的制度体系无论在内容上还是形式上，都缺乏系统性和完整性，没有科学合理的分类，甚至不同制度之间存在矛盾或重叠的现象。有的单位还有不同部门根据自身需要制定制度现象，政出多门，相互打架。

笔者曾经接触过一个单位，仅是购买电脑一项，既可以通过信息科购买，因为信息科负责整个单位的计算机软硬件系统；也可以通过行政办公室，因为电脑属于办公用品，而办公用品归办公室管理；还可以通过负责管理固定资产的设备科购买，因为电脑是一种固定资产。为此，企业应有一套规范的制度制定程序和形式规范，包括制度的编号、格式、分类、内容、审批程序、执行及其他应注意事项进行统一的规范化管理，并以书面形式予以约束。六员工临时休假或出差时，缺乏明确的工作交接制度。任何一个岗位，总会出现员工因急事、生病或出差等原因不能正常上班的情形，很多单位在制度设计时都没有考虑到员工暂时离岗时工作由谁接替的问题。

实际操作中，在遇到员工临时休假或出差时，便临时指派一位相关人员来兼任，但事实上，这种急时抱佛脚的做法，稍有不当，可能会给企业带来风险。企业正常的工作安排中通常会将不相容职务由两个以上的人来担任，以便相互牵制，而临时指派某人兼任做法，可能会导致不相容职务由同一人担任。例如支票印鉴平常一般都由两人分别保管，如果因其中一人临时有事而指派另一人暂时兼任，由一人掌握所有空白支票和印鉴的话，盗用支票的风险就会大大增加。因此，企业有必要明确规定一些重要岗位的工作交接制度，防止员工临时休假或出差时留下内部控制“真空”的现象。

七、人员招聘注重笔试和面试，忽视背景调查

八、关键岗位没强制轮休和带薪休假制度

九、过分强调控制成本，并将其作为弱化或逾越内控的理由

热阻测试原理与失效分析 篇6

关键词：热阻；功率电流；测量电流；锡层厚度

Thermal resistance test principle and failure analysis

LIU Xun, LI Jian-hui

（Shantou Hua Shan Electronics Company Limited, 515041）

Abstract: In this paper, the thermal analysis on testing principle and actual cases, respectively, from the thermal resistance test conditions, control limit, upper core hole, tilt, chip resistance and so on several aspects, elaborated its thermal resistance test results influence, and through data statistics form chart, more intuitive and clear, summed up the failure of the various thermal resistance test possible causes.

Keywords: thermal resistance; power current; current measurement; the thickness of tin coating

随着电子行业的不断发展，半导体分立器件的功率越来越大，使得产品的耗散功率增大。同时由于成本控制的原因，芯片和成品的尺寸都在不断的缩小，在一定程度上又限制了产品的散热。这就造成了产品在测试过程中，经常发生热阻不良。本文重点阐述了热阻测试原理和各类失效模式，并结合实际案例进行了详细的分析。

1 热阻概念及测试原理

1.1 热阻概念及作用

热阻是依据半导体器件PN 结在指定电流下两端的电压随温度变化而变化为测试原理，来测试功率半导体器件的热稳定性或封装等的散热特性. 通过给被测功率器件施加指定功率、指定时间PN结两端的电压变化(△VBE/△VF/△VGK/△VT/△VDS)作为被测器件的散热判据。并与指定规范值比较，根据测试结果进行筛选，将散热性差的产品筛选掉，避免散热性差的产品在应用过程中，因温升过高导致失效。各类产品的热阻名称见表1。

1.2 热阻测试原理

热阻测试仪配有接触检测和震荡探测功能，以防止接触不良和震荡造成的温度测量错误，提高了测试仪的稳定性。测试仪提供手动和自动测试，可测量瞬态热阻，在恒温槽的配合下，也可测量功率器件的稳态热阻. 通过输入一个温度系数到测试仪，也可显示结点升高的温度。

下面以NXP双向可控硅BT137-600产品为例，详细说明热阻测试原理。

双向晶闸管需要测试第一象限△VT1和第三象限△VT3，测试条件相同，如表2所示。

其中，IF：施加功率电流；IG：门极触发电流；IM：测量电流；PT：施加功率时间；DT：冷却时间；LOWER LIMIT：规范下限；UPPER LIMIT：规范上限。

测试电路如图1所示，测试时序如图2所示。

2 热阻失效分析

2.1 产品截面图

产品截面如图3所示。从产品截面图中，标识的散热主要方向是从芯片发热区，经过上芯锡层，再通过框架载芯板/散热板，散发到测试环境中。

2.2 热阻测试预判断失效

热阻测试前的预判断测试项目IF>50 A、IG>500 mA 、VT1>4 V、VT<0.1 V发生失效，实际上并不是真实的热阻失效，而是产品开短路或漏电过大或测试设备不良导致的。所以，这一类失效，此时并不需要分析热阻，而是要分析测试设备是否有问题，产品是否开短路或漏电。

2.3 热阻低于规范值

真正的热阻测试失效有两种情况，一类是低于规范值、一类是高于规范值。热阻测试规范中设置下限，实际是为了防止混管，实际上，热阻越小越好，所以当热阻低于规范值时，只需要确认是否混管或误测，如果都不是，可以直接放宽规范下限或取消规范下限，将不良品复测即可。

2.4 热阻测试高于规范值

热阻高于规范值失效，目前，已知可能的原因有以下几种：

① 上芯空洞超标、结合不良；

② 锡层厚度偏厚、倾斜；

③ 芯片内阻大；

④ 测试规范上限设置过于严格；

⑤ 测试条件设置不合理；

(1)空洞超标、结合不良

空洞超标、结合不良会导致热阻偏大，是由于空气的导热系数远小于锡。空气在标准标准状态下的导热系数是0.0244 W/(m.k)，而锡的导热系数是67 W/(m.k)，相差近3000倍。所以空洞对热阻的影响是非常大的，远大于锡层偏厚或倾斜的影响。热阻分布如图4所示。

(2)锡层厚度偏厚、倾斜

锡层厚度偏厚或倾斜，增加了热传导的距离，一定程度上使产品温度上升较快，导致热阻偏大，但其影响远低于空洞或产品自身内阻增加造成的热阻偏大。热阻分布如图5所示。

(3)芯片内阻偏大

当芯片内阻偏大时，产生的热量会明显增加，导致产品温度上升，热阻增加。热阻分布如图6所示。

(4)测试规范上限设置过于严格

如果热阻测试规范上限设置过于严格，热阻典型值基本全部集中在测试规范的上限附近，当芯片内阻稍偏大或锡层稍偏上限，或空洞稍偏大(但全部在控制规范内)，热阻就会偏大超标。其热阻分布如图7所示。

(5)测试条件设置不合适

当热阻测试条件设置不合适时，例如：IM过于临界，产品出现一点波动时，热阻可能会出现“虚高”。通过调整IM参数，“虚高”的产品和正常产品，用调整后的程序测试，会得到基本一致的热阻值。数据如表3所示，其热阻分布如图8所示。

(6)测试环境

如果测试环境的温度较高，或散热能力差，会影响到产品的散热。所以当产品热阻测试失效时，首先要确认测试环境是否在正常的测试规范内，然后再进行其他方面的进一步分析。

(7)锡层厚度、倾斜度对热阻的影响程度

取TO-220产品BT137-600调试不同的锡层，同时保证空洞一致，测试空洞是在0.2%～0.6%之间，然后一对一测试热阻。热阻测试值随锡层厚度增加而升高，但升高幅度很小，和锡层倾斜度(在40um以内)关系不大(见图9)。锡层厚度的影响如图10所示。

3 结束语

本文阐述了热阻的概念、测试原理、失效模式及对应的原因分析，同时将各类失效模式，利用SPC技术，转换成图表，更加清晰明了。

参考文献

[1] 《半导体器件工艺原理》，出版单位：辽宁大学.

[2] 《芯片制造-半导体工艺制程实用教程》，出版单位：电子工业出版社.

[3] 《QA3T320A热阻测试系统技术规范》，出版单位：绍兴宏邦电子科技有限公司.

作者简介

刘驯(1960-)，女，汉族。毕业于汕头职工业余大学，工业自动化专业，现为汕头华汕电子器件有限公司生产管理部工程师，主要研究方向为半导体封装技术。

齿轮轴失效分析 篇7

某齿轮传动分公司生产的齿轮轴产品, 在使用一段时间后齿轮轮齿部分及齿顶部位多个轮齿出现起皮、掉块等剥落现象表面加工后继续使用约一年半时间, 更换备件后, 分公司在齿轮失效处取截面试片两片, 受委托对该齿轮轴做失效分析。

二、试验分析

1.热酸浸试验。试验结果表明:锻件纯净度合格, 但发现多处不致密区域, 致密度较差, 齿顶发现裂纹一条, 系使用过程中较大应力作用下产生的。齿根部位有裂纹一条, 深度为渗碳层深度, 系淬火开裂, 见图1～图2所示。

此外, 低倍试片的轮齿靠近齿顶部位的齿面可观察到小裂纹若干, 以及剥落掉块现象见图4所示。

2.显微组织分析。

(1) 基体的夹杂、晶粒度检验

夹杂:A类2.0级B类0.5级C类1.0级D类1.0级DS类0.5级

晶粒度:3.5级

试验结果表明锻件轴锻件微观纯净度合格, 晶粒度3.5级, 较粗大, 为不合格。

(2) 渗碳淬火质量检验

试验结果表明, 齿轮轴心部组织正常, 但马氏体及残留奥氏体为6级, 碳化物5级, 渗碳淬火质量问题严重。

(3) 有效硬化层及心部硬度试验

有效硬化层深度检验结果为:

节圆1.843㎜, 齿根0.750㎜ (试验数据及曲线后附)

心部硬度:HRC 29.58

试验结果表明, 两者有效硬化层相差较大, 根据“JB/T6141.2-1992 3.2.2规定允许齿根部位的有效硬化层深度比节圆处小15%”判定, 两者数值差以超过15%为不合格。

三、讨论

轮齿部位发现多处不致密区域, 可见锻件整体致密度较差。齿轮轴心部组织为低碳马氏体+不明显的游离铁素体, 基体组织状态不合格, 节圆、齿根、齿顶部位马氏体及残留奥氏体, 渗碳淬火时已严重过热, 渗碳淬火工艺及操作、控制存在有严重质量问题。在使用过程中较大应力作用下产生的, 其发展结果将导致剥落、掉块。

四、结论

1.齿轮轴锻件轮齿部位纯净度合格, 但致密度较差。

2.齿轮轴基体晶粒度粗大, 不合格。

3.齿轮轴渗碳淬火工艺及控制不当, 造成马氏体及残留奥氏体及碳化物超级, 不合格。

4.齿轮轴齿顶角处裂纹是由于渗碳质量不佳, 在使用过程中较大应力作用下产生的。

摘要：某齿轮传动分公司生产的齿轮轴产品, 在使用一段时间后齿轮轮齿部分及齿顶部位多个轮齿出现起皮、掉块等剥落现象, 对其进行解剖做全面试验分析。

关键词：起皮,掉块,锻件致密性较,晶粒度粗大,马氏体及残留奥氏体,碳化物

参考文献

[1]大型铸锻件行业协会, 大型铸锻件缺陷分析图谱编委会.大型铸锻件缺陷分析图谱[M].工业出版社.

[2]张栋, 钟培道, 陆春虎, 雷祖圣.失效分析[M].国防工业出版社.

吊环断裂失效分析 篇8

1 宏观检查

该吊环断裂部位位于吊环螺纹处, 断口与螺纹孔平齐, 属于该吊环最大承载处。断口形貌如图1所示, 断裂面与拉伸应力方向垂直, 断口由具有光泽的结晶亮面组成, 在断口边缘未见异常的缺陷。

2 微观检查

将该吊环的断口放入S-3700N型扫描电镜中进行微观形貌分析, 断口边缘为韧窝, 其余部位呈现解理断裂形貌, 如图2、图3所示, 由此可判定该吊环在断裂前期存在一定的颈缩现象, 属于典型的拉伸断口。

3 化学成分检测

在断口附近取样检测化学成分, 结果如表1所示。从表1可知, 该吊环的成分与20#钢相似。

4 金相检查

在断口附近取样做金相检查, 根据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》评定, 该吊环的非金属夹杂物级别为:B1, C2.5e, D1 (见图4) , 说明该吊环原材料的洁净度较差。根据GB/T13299-91《钢的显微组织评定方法》评定, 吊环基体组织为2级魏氏组织 (见图5) 。螺纹牙底区域未见明显的机加工缺陷以及氧化脱碳现象, 螺牙区域组织与基体组织相同, 如图6所示。

5 分析意见

综上所述, 该吊环属于拉伸断裂, 该吊环的组织与该类型钢材锻造后未经热处理的组织类似[1], 致使组织中存在魏氏组织, 魏氏组织的出现极大地降低了该吊环的强度及韧性[2], 从而使该吊环在使用过程中承受的吨位急剧降低, 产生早期断裂。

参考文献

[1]李炯辉.金属材料金相图谱[M].北京:机械工业出版社, 2006.

动叶片断裂失效分析 篇9

型号1.2-50/5抽气1.2万kW汽轮机组累计运行1万多小时发现振动加大, 停机后检查发现十级动叶片断裂, 此级叶片为成组叶片, 每组5片, 顶部围带与叶片焊接连接。其中有4组叶片共计断裂了5片, 即第一组第2片, 第二组第3片, 第三组第3片, 第四组第2、4 片, 叶片损坏并将附近叶片打坏 (如图1～3所示) 。断裂叶片的材质为1Cr13。

2试验研究

2.1化学成分检验

按GB/T 4336-2002检验, 其化学成分见表1, 符合标准要求。

2.2力学工艺性能检验

按GB/T 228-2002检验, 其力学工艺性能见表2, 布氏硬度值偏高, 伸长率、断面收缩率偏低, 其他项目正常。

2.3非金属夹杂物检验

按GB/T 10561-2005检验, 其非金属夹杂物分析见表3, 符合标准要求。

2.4晶粒度检验

按GB 6394-2002检验, 晶粒度为6～7级, 符合标准要求:平均晶粒度不粗于4级, 并且不含有1级或更粗的晶粒。

2.5显微组织检验

按GB/T 13298-1991、GB/T 13299-1991检验, 动叶片金相组织为回火索氏体 (如图4所示) 。因该级为成组叶片, 叶片与叶片之间在装配好后在叶片顶用围带焊接进行连接, 焊缝金相组织熔为焊接铸态结构, 熔合线附近为δ铁素体+马氏体, 基体母材为回火索氏体 (如图5所示) 。

2.6断口分析

十级动叶片长260 mm, 从叶根算起断裂位置在60～80 mm处。裂纹的起始位置从所断裂的5块叶片看均是从出气边向进气边扩展, 断口扩展区以断裂源为核心在周期应力作用下向前扩展形成一簇弧形线条, 此区占据断口大部分区域。随着剩余工作截面减小, 应力逐渐增加, 裂纹加速扩展, 在裂纹扩展到临界尺寸, 即失稳扩展所占面积不能适应所能承受的应力时出现瞬时破断区。由于载荷较稳定, 看不到明显的放射区, 只有剪切唇, 且瞬断区也较小。由于叶片在旋转过程中不仅受到切向的变形, 还有偏转一定角度的轴向变形, 因此断裂叶片的瞬断区不在疲劳核心的正对面, 而是偏离了一个角度。断裂表面经多次反复拉伸、压缩并摩擦使断口变得光滑像瓷质结构, 呈细晶状, 贝纹线清晰, 呈现振动疲劳断口的特征 (如图6, 7所示) 。

围带断口检查:

对围带断口纤维进行检查, 发现手工电弧焊围带有虚焊现象, 说明焊接工艺不良。

2.7微观分析

断口的扫描电镜分析是在JSM6300型扫描电子显微镜上进行, 断裂源在出气边一侧, 微观特征为解理平面和沿晶断裂特征形貌 (见图8, 9) 。图10～13分别是疲劳源区和护层区附近的疲劳弧线, 从弧线向距分析由于向距较小证明其振动频率不是很高;图14, 15为瞬时破断区韧窝形貌。

3分析与讨论

3.1叶片受力分析

十级动叶为5片一组, 顶部围带与焊接叶片连接, 叶片工作时作用在叶片上的力主要有:其一是透平高速旋转时叶片本身质量和围带产生的离心力, 并由偏心拉伸产生的弯应力;其次是气流流过叶片产生的气流作用力。离心力是不变的, 而气流作用力是变化的, 叶片在这两种力作用下产生变形, 迫使围带也产生变形, 形式呈圆周波浪形, 此时围带将产生一反弯距Ms和切向力Qs (见图16) 。围带的存在, 提高了叶片的刚性, 当围带焊缝存在脆性相和虚焊时, 在弯曲应力和切向应力的共同作用下, 围带就会裂开。当围带开裂, 则叶片的激振频率将会加大, 叶片将在最大弯曲应力危险截面处、出气边一侧出现疲劳源, 随着振动加大, 裂纹逐渐扩展直至瞬时断裂。

3.2综合分析

十级动叶片断裂源位于叶根和叶型交界处, 即叶片的危险截面处。该处宏观围带焊缝存在虚焊现象, 金相检查焊缝出现脆性δ铁素体相, 造成围带焊缝脱焊开裂, 也促使叶片激振频率加大, 导致叶片在出气边一侧产生疲劳源, 并扩展至瞬时破断。

4结论

(1) 不良焊接工艺造成围带出现脆性δ铁素体相和虚焊现象是造成叶片断裂的重要原因;

浅谈钻杆失效分析 篇10

关键词：钻杆失效,失效分析,措施

1 钻具组合及钻井工艺

钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件, 有其固有振动频率, 钻具的组合决定了此固有频率。钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动, 当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力, 加速钻杆的失效。采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头-钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振, 使钻头的振幅增大, 产生极大的冲击载荷, 加剧钻杆疲劳。再如用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当, 配合接头本身螺纹 (主要是公扣) 和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。

2 井径不规则影响

井径不规则或扩径严重的井段, 钻杆的弯曲程度随之相应增大, 钻杆旋转时连接螺纹部位受交变弯曲应力加速钻杆疲劳失效, 同时螺纹连接受力复杂化, 加剧了螺纹疲劳损坏。由于钻杆接头的外径大于杆体的外径, 因此钻杆的磨损主要表现在钻杆接头的磨损。当井眼曲率较大时, 钻杆杆体也会受到磨损。在钻井过程中旋转的钻杆接头和井壁或套管壁不断地摩擦, 造成接头的严重磨损, 尤其在硬地层或研磨性地层, 井段钻杆接头磨损加剧。钻杆接头磨损后其接头壁厚变小, 加快了钻杆的降级和报废速度。同时由于接头外径磨损变小, 钻杆丝扣强度降低, 在钻井过程中轻易导致钻杆胀扣、脱扣或钻柱掉入井内, 造成井下事故。所有这些都将带来严重的经济损失, 从而增加了钻井成本。

3 偏磨

井下钻杆旋转时存在着自转、公转、自转和公转共存3种形式。自转引起钻杆的均匀磨损, 公转引起钻杆的偏磨, 磨损后使钻杆强度下降。

4 螺纹密封脂

使用或涂抹方法不当, 如用柴油清洗钻杆丝扣、螺纹密封脂不加盖混入钻井液、杂质或加机油稀释使螺纹密封脂附着困难、螺纹密封脂涂抹量少或涂抹不到位等, 造成钻杆螺纹连接时不能进行有效的密封和润滑而发生丝扣黏结。

5 地层因素

地层构成不同, 对钻杆尤其是对钻杆接箍的研磨程度也不同。地层可钻性差 (5-7级) , 地层不均质性强, 在钻进过程中易发生憋、跳现象, 加剧了钻杆纵向振动, 使钻杆发生疲劳失效的概率增加。

6 钻杆结构和材料

钻杆接头内加厚附近的钻杆本体为承受弯曲应力集中区。当钻杆接头与不能形成泥饼的井壁接触时, 接触摩擦系数大, 摩擦力足以激发反进动。在反进动状态下弯曲应力交变频率成倍增加, 因此疲劳裂纹很容易在这个区域形成。螺纹是整个钻柱上最薄弱的环节, 其寿命一般难于同钻杆本体相抗衡, 在承受复杂交变应力 (疲劳) 频繁作用时, 螺纹处公扣、母扣刺漏是常见的现象。钻杆材料中的缺陷是钻杆中薄弱的环节, 在钻杆受力复杂的服役环境中, 也易引发钻杆断裂事故。

1) 失效钻具的腐蚀物来源。从腐蚀的物相分析结果可以看出, 失效钻杆腐蚀产物主要是FeO (OH) 、Fe2O3以及FeCr2O4等。单从腐蚀产物以及腐蚀层间成分变化的定性分析来看可以确定主要是氧腐蚀, 而且是比较严重的氧腐蚀。

一般认为, 当钻井液中有溶解氧存在时, 由于钻杆内壁直接裸露在含氧介质中, 其表面金属易发生吸氧腐蚀反应。

阴极反应:Fe-2e→Fe2+

阳极反应:O2+2H2O+4e→4OH-

总反应式:2Fe+02+2H20→2Fe2++4OH-

亚铁离子随后水解生成Fe O (O H) , 脱水和进一步氧化后变成Fe2O3, 可以从钻杆表面上的黄色Fe O (O H) 和棕红色Fe2O3等腐蚀产物得到证实。腐蚀产物对腐蚀的动力学影响很大, 一般情况下, Fe2O3和Fe O (O H) 都是疏松多孔的, 在钻杆管体上附着力差, 不起保护作用, 使氧腐蚀可以无阻碍地继续进行下去。

2) 失效钻具的腐蚀环境分析。钻井过程中, 钻井液循环系统是完全开放的, 大气中的氧气以及地表、地下水中的氧会通过泥浆罐、泥浆泵等设备在钻井液的循环过程中混入其中成为游离氧;部分氧会溶解在钻井液中, 甚至会达到饱和状态。当泥浆中含有一定量的溶解氧后, 就会形成对钻杆服役过程中有氧腐蚀的环境。研究认为, 氧在水相中的溶解度对钢铁表面腐蚀速率存在如下关系式V≈3[O2]

式中V—为钢表面腐蚀速率 (m m/y) ;

[O2]一为水相中溶解氧浓度 (ppm) ;

水相液体中溶解氧含量增加, 对钢铁表面的腐蚀速率亦呈线性增加。在钻井过程中, 泥浆中的氧与钻杆壁接触受钻井液密度、泵压、泥浆流速以及相对粘持时间和温度等因素的影响。当停钻接单根, 处理事故停泵循环时, 泥浆中含氧腐蚀介质在钻杆壁表面停留时间相对增长, 会促使钻杆发生氧腐蚀。另外, 泥浆比重低, 井下温度高等都有利于泥浆中氧的溶解, 从而加大对钻杆的腐蚀。

7 结论和建议

1) 订购钻杆的化学成分、金相组织、机械性能、内加厚过渡区结构等各项指标均应符合A PI标准、SY/T5987标准和用户订货技术条件。2) 钻杆管体断裂、刺穿、裂纹均属于腐蚀疲劳。3) 造成钻杆失效原因有:a失效钻杆没有内涂层, 加速了内壁的腐蚀;b钻井液PH<10-12, 有添加缓蚀剂, 未采取去氧措施, 作业中未封闭加速了钻杆服役中遭受严重腐蚀;c钻杆接头的偏磨、个别井斜段钻杆管体在弯曲应力下的疲劳循环损伤不可恢复性促进了管体的疲劳裂纹扩展、刺穿及断裂。4) 建议进行内涂层, 钻杆寿命可提高1到2倍。5) 加强钻杆出井后停用阶段的管理, 钻杆出井检修暂时存放时应采取清洗。吹干等措施;6) 采取阴极保护等其他措施;7) 提高钻井工艺水平, 尽可能减少狗腿子严重度;8) 在满足提升强度要求的前提下, 优先选用低强度钻杆, 因地制宜的选用内平钻杆, 减少应力集中;9) 采用TH H ill联合公司提出的一种研究真实井眼中旋转钻柱的相对疲劳寿命的新方法———曲率指数法。它综合考虑井眼曲率、管柱尺寸、重量、等级、分类及轴向应力等因素对疲劳寿命的影响, 将不同结构进行对比从而选出最优方案。

8 结语

某车型下摆臂轴套断裂失效分析 篇11

关键词：轴套 裂纹 疲劳断裂

某轿车右舵试验车在做耐久试验时，车速30km/h，比利时路况，当车行驶到5000km里程时，底盘有异响声，行驶至6800km时，下摆臂轴套外管发生断裂，导致车辆托底。

1 背景资料调查

下摆臂与轴套外管通过焊接连接，轴套由粘结在内套上的橡胶组成，镶在外管内，通过螺栓轴紧固在下摆臂上。外管由35#无缝钢管制造，由供应商提供，其质量应满足GB/T8162-87及GB/T699-1999标准，轴套质量应满足图纸设计规定要求，其中内套与橡胶粘结面积不

小于95%，压脱力>10kN，产品和技术要求由分公司提供。

2 检验过程及结果

2.2 断口分析

2.2.1 宏观断口分析

从宏观断口（见图1）可看出，断口边缘有部分挤压痕迹，属拆卸时造成，断口一侧凹凸不平，尺寸略有减薄，颜色暗黑，是裂纹起始区域；图2显示断口侧面受到很大挤压而发生塑性变形；从内套表面来看，也存在与外管内表面形状一样的挤压痕迹，同时在其另一侧可看到未与橡胶粘接的光亮金属表面，整体目视粗略估计粘接面积为85%左右，粘接力也较小。

2.3 金相分析

取断裂试块的裂纹源区横截面制成金相试样在显微镜下观察，源区附近可见微细裂纹（图5），深度0.35毫米左右，试样经3%硝酸酒精侵蚀后可看出，裂纹及断口附近无脱碳及组织变形，基体组织为珠光体+铁素体，晶粒度8级。

2.4 分析与讨论

从轴套质量分析看，内套与橡胶粘接面积达不到标准要求，而且未粘接部分刚好位于裂纹扩展附近。

下摆臂在做右舵试验时，轴套外管各部位受力状态是不一样的，钢管焊接部位及其对面部分受力较大，由于轴套内的橡胶与内套粘接面积不够，特别是在受力较大部位或附近粘接不好，极易导致下摆臂在运动过程中，轴套内的橡胶经过反复挤压和摩擦而脱落松动，脱落的橡胶在管内聚集，造成原本受力大的部位，应力更趋加大，钢管内表面的挤压和内套表面的挤压就是由于橡胶脱落造成，随着应力的增大，钢管表面产生微细裂纹，当应力继续增大时裂纹扩展，钢管发生断裂。由于钢管用35#钢制造，具有一定韧性，所以断口呈现撕裂的特性。

2.5 结论及建议

2.5.1 下摆臂轴套外管断裂属于疲劳断裂。

2.5.2 引起轴套外管断裂的主要原因是，钢管表面存在微细裂纹及轴套不合格造成。

2.5.3 建议如下：

①进厂无缝钢管要做探伤检验。

前轮毂轴承的失效分析 篇12

1 前轮毂轴承的失效特征

前轮毂轴承为双列角接触球轴承, 该轴承以及滚珠所处的外壁滚道 (擦拭后) 的结构和宏观形貌如图1和图2所示。经拆卸检查, 发现轴承一侧外圈、内圈及滚珠上附着一层红褐色锈迹状物质 (图3�图5) , 该物质经擦拭很容易脱落。

在低倍显微镜下观察, 外圈滚道上有腐蚀痕迹, 其形状和间隔均与滚珠的形状和间隔相仿 (图6) ;典型滚珠失效件不同部位存在清晰可见的点蚀坑 (图7) , 点蚀坑放大的形貌如图8所示。

用扫描电镜在较低倍数下观察外圈滚道, 发现在同一腐蚀区域内形成深浅不同的条带 (图9) 。这些条带有的相互交叉, 有的独立。用扫描电镜在较高倍数下观察, 腐蚀区的微坑形貌如图10所示, 微坑密排, 形貌各异 (图11和图12) ;微坑有明显的界限, 未腐蚀区的针孔较小、也比较圆滑 (图13) 。

2 腐蚀机理分析

分析该前轮轮毂轴承失效原因的主要依据为红褐色锈状物质、滚珠和圈壁上的点蚀坑、各种形态的印痕。红褐色锈状物质主要为铁的氧化物 (应以Fe2O3为主) , 因此判断轴承内部有水汽或其他腐蚀介质进入。由于水和氧的存在, 加之钢材成分的不均匀性, 很容易使轴承壁形成电位差, 产生电化学腐蚀。

滚道上的腐蚀痕迹表明 (图6) , 水或水汽在滚珠与滚道之间的缝隙内附着与流动, 液体会起到电解质的作用, 使滚珠和滚道接触处发生电化学腐蚀, 因此腐蚀印痕的形态、间隔与滚珠的形态、间隔相仿。不同腐蚀条带的产生, 与滚珠和滚道的接触方式 (线接触、面接触等) 、接触时间等有关。腐蚀发生到一定阶段, 就产生了腐蚀坑。

3 理化检验

3.1 技术要求

a.材料:内、外圈及滚珠的材料均为GCr15。

b.热处理硬度:内、外圈均为HRC60�65, 滚珠为HRC61�66。

3.2 材料成分

内、外圈及滚珠的元素含量检验结果如表1所示。

3.3 金相检验

内、外圈及滚珠的金相组织检验结果见表2。

%

3.4 硬度检验

内、外圈及滚珠的硬度检验结果见表3。

4 结论

a.轴承内圈、外圈及滚珠的金相组织均无异常;硬度均符合技术条件要求;内圈及滚珠的元素含量均符合技术条件要求, 外圈C、Mn、Cr元素含量均偏低, Mo元素含量偏高。

b.轴承密封不严, 水或水汽的进入使轴承所处的环境酸化, 造成滚道、滚珠和内/外圈壁不同程度地发生电化学腐蚀和化学腐蚀。腐蚀物质的沉积及点坑的形成, 导致滚珠与滚道异常接触, 产生异响。

摘要：为查找某前轮毂轴承失效的原因, 进行了失效形貌观察、腐蚀机理分析和理化检验等工作。通过分析轴承滚道和滚珠的腐蚀特点和磨损特点, 得出该轴承零部件的失效原因:即由于密封不严, 水或水汽进入轴承内部, 造成了腐蚀;腐蚀物质的沉积及点坑的形成, 使滚珠与滚道异常接触, 造成异响。