唐毓畹

【摘 要】機(jī)械零部件在使用過程中，因?yàn)楦鞣N原因發(fā)生故障導(dǎo)致無法工作或無法正常工作的狀態(tài)被稱為機(jī)械零部件失效。當(dāng)然，不是所有的機(jī)械零部件失效都是設(shè)計(jì)范圍之外的，超出機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)使用工況或使用時(shí)間也可能造成機(jī)械零部件失效。但是在很多情況下，機(jī)械零部件發(fā)生意料之外的失效狀況，這時(shí)往往需要進(jìn)行失效分析找出問題的根源，從而對(duì)設(shè)計(jì)或使用方法做出改進(jìn)，因此，失效分析是一類具有重要意義的技術(shù)。文章介紹了常見的失效分析技術(shù)，并淺談了機(jī)械零部件失效分析技術(shù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械零部件;失效分析;技術(shù)探索

【中圖分類號(hào)】TG113.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）07-0141-02

機(jī)械零部件失效分析技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)成為一種自成體系的機(jī)械細(xì)分學(xué)科，其主要對(duì)機(jī)械失效的規(guī)律、性質(zhì)、原因進(jìn)行理論分析，作為實(shí)踐工作中機(jī)械失效分析的理論依據(jù)，同時(shí)為機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)提供必要支撐。一般來說，機(jī)械零部件失效常見狀況是零部件斷裂，機(jī)械零部件失效的分類復(fù)雜，本文主要對(duì)最具有普遍性的斷裂進(jìn)行討論。機(jī)械零部件斷裂也分為很多種，有超過最大應(yīng)力斷裂、瞬時(shí)沖擊斷裂、疲勞斷裂、高溫蠕變斷裂、高溫持久斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等，上述這些不同的斷裂情況會(huì)在機(jī)械零部件上留下細(xì)微的差別，通過檢查分析這些差別對(duì)斷裂原因進(jìn)行分析是機(jī)械零部件失效分析的重要方法。

1 失效的分類

如圖1所示，機(jī)械零部件的失效主要分為變形、斷裂、磨損和腐蝕，其中斷裂又根據(jù)不同的細(xì)分理論，分為超過最大應(yīng)力斷裂、瞬時(shí)沖擊斷裂、疲勞斷裂、高溫蠕變斷裂、高溫持久斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等。腐蝕更是有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等區(qū)別，電化學(xué)腐蝕又有各種不同類型，甚至有些腐蝕與斷裂失效聯(lián)系緊密，因此，機(jī)械零部件的失效類型錯(cuò)綜復(fù)雜，已經(jīng)發(fā)展成為一種專門的學(xué)科。本文僅針對(duì)斷裂失效進(jìn)行初步分析，從而對(duì)機(jī)械零部件的失效分析技術(shù)進(jìn)行介紹和探討。

2 機(jī)械零部件失效分析的主要方法

2.1 逐個(gè)因素排查

在發(fā)生機(jī)械零部件失效事故時(shí)，首先應(yīng)該確定事故的原因，機(jī)械零部件失效分析人員應(yīng)當(dāng)具備嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、耐心細(xì)致的心態(tài)。在面對(duì)機(jī)械零部件失效案例時(shí)，可從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、管”6個(gè)方面進(jìn)行逐一排查。第一是人，排查有無違章粗暴操作，導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)損傷;第二是機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)，檢查機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)有無故障，具體哪個(gè)位置發(fā)生故障導(dǎo)致機(jī)械失效;第三是材料，檢查失效零部件的材料是否與設(shè)計(jì)要求一致，是否有材料用錯(cuò)的情況;第四是加工工藝方法，審查機(jī)械加工工藝，看加工工藝是否對(duì)最終機(jī)械零部件的尺寸精度、粗糙度、表面完整性進(jìn)行了合理安排，冷熱處理制度能否滿足設(shè)計(jì)性能的要求，表面處理是否合理，有無造成腐蝕或裂紋的可能;第五是環(huán)境，排查機(jī)械零部件的使用環(huán)境是否與設(shè)計(jì)相匹配，主要是溫度、濕度、鹽霧環(huán)境等是否對(duì)零部件的失效起到關(guān)鍵性的影響;第六是管理，排查管理問題，是否按期對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查和保養(yǎng)。

逐個(gè)因素排查的方法復(fù)雜，適合在其他方法都無法準(zhǔn)確確定失效原因時(shí)使用，該方法相當(dāng)于對(duì)機(jī)械零部件的所有信息進(jìn)行一次全面排查，找出其中的不合理之處，然后與失效事件進(jìn)行匹配。這種方法耗時(shí)耗力，一般不作為機(jī)械零部件失效分析的主要方法。

2.2 痕跡分析法

痕跡分析法是機(jī)械失效分析最基本的方法，有時(shí)也是最有效的方法。痕跡分析法主要是對(duì)失效后的零部件進(jìn)行各種檢查，通過發(fā)現(xiàn)細(xì)微的痕跡，進(jìn)而判斷機(jī)械零部件失效的原因。因此，痕跡分析的一般順序是“檢查零部件，尋找發(fā)現(xiàn)痕跡特征”—“綜合分析，找出痕跡的根源”—“得出結(jié)論”。痕跡分析法常用于機(jī)械零部件失效分析中，主要是其能夠直觀地找到機(jī)械零部件失效原因的關(guān)鍵證據(jù)，同時(shí)能滿足很多情況下對(duì)機(jī)械零部件失效分析工作周期的要求。

對(duì)于痕跡分析法，本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子葉片斷裂分析為例進(jìn)行闡述。首先觀察葉片斷裂裂紋的走向，觀察裂紋指向哪個(gè)位置，然后對(duì)該位置進(jìn)行顯微觀察，并對(duì)相鄰葉片的同一位置進(jìn)行觀察分析。若看到此處有明顯的電解加工痕跡，可以說明該處斷裂主要原因是電解加工的腐蝕溝槽未有效去除，從而導(dǎo)致葉片在工作過程中由于交變應(yīng)力產(chǎn)生了裂紋，最后裂紋迅速擴(kuò)展導(dǎo)致葉片斷裂。

2.3 失效樹分析法

失效樹分析法是一種邏輯分析方法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括軟件、硬件、環(huán)境、人為因素等）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（即失效樹），從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能的組合方式或發(fā)生概率，以計(jì)算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。

如圖2所示，失效樹分析方法是一種圖形分析法，首先將失效分類確定下來，是變形還是斷裂，是腐蝕還是磨損，然后將其作為頂事件，羅列出能夠造成該種情況的所有因素作為第二級(jí)事件，若第二級(jí)事件還能夠繼續(xù)向下挖掘，就以此類推，一直到無法繼續(xù)挖掘或沒有必要繼續(xù)挖掘?yàn)橹?。在制作過程中，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)每個(gè)影響因素（或者說事件）對(duì)上一級(jí)事件影響程度的大小有明確的判斷，由此可以得出一個(gè)金字塔類型的圖形，這就是失效樹。因此，制作失效樹需要技術(shù)人員具有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，能夠在每一級(jí)準(zhǔn)確完整地抓住級(jí)與級(jí)之間的邏輯聯(lián)系，這對(duì)人員的專業(yè)水平要求非常高，但是失效樹方法既有逐個(gè)因素分析法的嚴(yán)謹(jǐn)全面，又有嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)潔性有非常大的提升。因此在國外，失效樹方法是機(jī)械零部件失效分析的重要方法之一。

3 機(jī)械失效分析技術(shù)的發(fā)展

機(jī)械零部件分析技術(shù)發(fā)展至今，內(nèi)容不斷擴(kuò)充，各種理論層出不窮，可以說是一個(gè)具有非常強(qiáng)生命力的新興學(xué)科。本文主要提到了機(jī)械零部件失效分析的分類和機(jī)械零部件失效分析的主要方法，但機(jī)械零部件失效分析的作用遠(yuǎn)不止對(duì)機(jī)械零部件失效原因的確定，它最終的價(jià)值絕不是發(fā)現(xiàn)處理問題，而是將問題消滅在設(shè)計(jì)階段。因此，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械零部件失效分析一定會(huì)往更深入、更系統(tǒng)的方向發(fā)展，最終成為機(jī)械領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)學(xué)科。

4 總結(jié)

機(jī)械零部件的失效分析技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)門類，是一個(gè)綜合了失效理論、分析技術(shù)、控制技術(shù)和管理技術(shù)的系統(tǒng)工程學(xué)，其在機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生故障又無法快速得出故障原因時(shí)具有非常重要的作用。同時(shí)，機(jī)械零部件失效分析技術(shù)不斷發(fā)展的最終目的是在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)過程中最大限度地從根源上避免不應(yīng)出現(xiàn)的失效狀況。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張崢.失效分析思路[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2005（3）：158-161.

[2]張海軍.機(jī)械零部件的失效原因與預(yù)防對(duì)策[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014（1）：55-56.

[3]馮寶偉.金屬件失效分析的主要程序[J].機(jī)械工人，2016（8）：95-96.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]