材料失效分析

材料失效分析 浅谈材料失效分析及相关案例分析 1 引言 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，在工程上正得到日益广泛的应用和普遍的重视。为了提高机械产品质量及使用寿命，国内外对机械构件的失效(断裂)现象进行了大量的分析和研究，日益完善了失效分析技术及其基本理论。应用失效分析技术——可以指导机械产品规划、设计、选材、加工、检验及质量管理等方面工作;同时失效分析技术又是制定技术规范、科学发展规划、法律仲裁等的重要依据之一。大力开展失效分析研究，无论对工业、民生、科技发展，都具有极其重要的作用。 1.1 失效的概念 所谓失效——主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成指定的功能。亦可称为故障或事故。一个机械零部件被认为是失效，应根据是否具有以下三个条件中的一个为判据: (1)零件完全破坏，不能工作; (2)严重损伤，继续工作不安全; (3)虽能暂时安全工作，但已不能满意完成指定任务。 上述情况的任何一种发生，都认为零件已经失效。 1.2 失效的形式 机械零部件最常见的失效形式有以下几种: (1)断裂失效:通常包括塑性(韧性)断裂失效;低应力脆性断裂失效;疲劳断裂失效;蠕变断裂失效;应力腐蚀断裂失效。 (2)表面损伤失效:通常包括磨损失效;腐蚀失效;表面疲劳失效 (3)变形失效:包括塑性变形失效;弹性变形失效 同一种零件可有几种不同失效形式。例如，轴的失效，可以是疲劳断裂，也可以是过量弹性变形(弹性失稳)。究竟以什么形式失效，决定于具体条件下，零件的哪种抗力最低。因此，一个零件失效，总是由一种形式起主导作用，很少以两种形式主导失效的。但它们可以组合为更复杂的失效形式，例如腐蚀磨损、腐蚀疲劳等。 1.3 失效分析 失效分析是指分析研究机械构件的断裂，表面损伤及变形等失效现象的特征及规律，并从中找出产生失效主要原因的一门新的学科或分析技术。也称之为故障分析或事故分析等。失效分析是门多学科的边缘科学，它不仅包括断口学及材料学，而且它还与力学、化学、腐蚀科学、摩擦学、工艺学及设计基础等学科有关。只掌握一门学科是不行的。失效分析在整个机械产品制造过程中占据重要地位。失效分析对改进产品设计、选材等提供依据，并可防止或减少断裂事故的发生;通过失效分析还可预测可靠性，特别是利用“失效树”来预测系统的安全可靠性更为有力。所谓“失效树”是指由各种可能引起系统失效的事件和连接这些事件的逻辑门组成的图形，并显示出它们相互之间的关系。失效分析可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用，明显提高经济效益。 1.4 失效分析方法 这种方法一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。包括以下几种: 1. 按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法 (1)审查设计 如对使用条件估计不足进行的设计， 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 选用不当，设计判据不足，高应力区有缺口，截面变化太陡，缺口或凹倒角半径过小及表面加工质量要求过低等均可能是致断因素。 (2)材料分析 材料选用不正确，热处理制度不合理，材料成分不合格，夹杂物超级，显微组织不符合要求，材料各向异性严重，冶金缺陷等。 (3)加工制造缺陷分析 铸、锻、焊、热处理缺陷，冷加工缺陷，酸铣、电镀缺陷，碰伤，工序间锈蚀严重，装配不当，异物混入及漏检等。 (4)使用及维护情况分析 超载、超温、超速，启动、停车频繁或过于突然，润滑制度不正确，润滑剂不合格，冷却介质中混有硬质点，未按时维修保养，意外灾害预防措施不完善等。 2. 根据产品的失效形式及失效模式分析的思路及方法 较为常用的分析方法。一个具体的零件失效后，根据其表现形式(过量变形、 表面损伤和断裂)进一步分析失效模式，然后分析导致这种失效模式的内部因素和外部因素，最后找出失效的原因。 3. “四M”分析思路及方法 所谓“四M”分析法，是指将Man(人)、Machine(机器设备)、Media(环境介质)和Management(管理)作为一个统一的系统进行分析的方法。对于一个比较复杂的系统常采用此种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作。 (1)操作人员情况的分析 如工作态度不好、责任心不强、玩忽职守、主观臆断和违章作业等不安全行为以及缺乏 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 、反应迟钝和技术低劣等局限性。 (2)环境情况的分析 主要指的是产品在使用状态下所处的环境条件，如载荷状态、大小、方向的变化。温度，湿度，尘埃，是否存在腐蚀介质等。 (3)设备情况的分析 主要指的是材料的选择，结构设计，加工制信水平及安装、运输保护措施等。 (4)管理情况的分析 如缺乏适当的作业程序，保护措施不健全，辅助工作太差，使用的工具、设施不当，没有按规定的作业程序操作，缺乏严格的维修保养制度等。 4 失效系统工程分析法 失效系统工程是把复杂的设备或系统和人的因素当作一个统一体，运用数学方法和计算机等现代化工具，来研究设备或系统失效的原因与结果之间的逻辑联系，并计算出设备或系统失效与部件之间的定量关系。 失效系统工程分析法主要类型: (1)故障树分析法(简称FTA法) 故障树分析法是美国委记贝尔电话研究所于1961年首先提出来的。故障树分析的概念来自数学图论中树的概念和计算机算法符号。在分析中把分析的设备叫做系统，把组成该设备的零件叫组元。零件的工作状态用一些参数(压力、温度、流量)来描述。 每种零件都处于两种状态(完好与失效)中的一种。因此，设备也处于两种状态中的一种:正常或失效。所谓故障树分析就是分析各种事件(系统组元的状 态变化)之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件(失效事件)，再找出失效原因。 它可以查明与事故发生有关的所有原因;作为一种手段，利用树形图可把分析过程和结果表示出来，并可以很方便地计算出系统失效的概率。因而它是对一个复杂的设备系统进行失效分析的重要工具。 (2)特征—因素图分析法 (3)事件时序树分析法(简称 ETA法) (4)故障率预测法 (5)失效模式及后果分析法(简称FMEA法) (6)模糊数学分析法 1.5 失效分析的一般程序 机械零件失效的情况是千变万化的，分析的目的和要求也不尽相同，因而很难规度一个统一的分析程序。一般说来，大体上包括: (1)调查失效事件的现场， (2)收集背景材料， (3)深入研究分析， (4)综合归纳所有信息并提出初步结论， (5)重现性试验或证明试验， (6)确定失效原因并提出建议措施， (7)写出分析报告等内容。 1.4.6 失效分析的步骤 (1)现场调查 保护现场;查明事故发生的时间、地点及失效过程，收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口;选取进一步分析的试样;询问且击者及其他有关人员能提供的有关情况;写出现场 调查报告 行政管理关于调查报告关于XX公司的财务调查报告关于学校食堂的调查报告关于大米市场调查报告关于水资源调查报告 。 (2)收集背景材料 设备的自然情况;设备的运行记录;设备的维修历史情况;设备的失效历史情况;设计图纸及 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 ，装配程序说明书，使用维护说明书;材料选择及其依据;设备主要零部件的生产流程;质量检验报告及有关的规范和标准。 (3)技术参量复验 材料的化学成分;材料的金相组织及硬度;常规力学性能;主要零部件的几何参量及装配间隙。 (4)深入分析研究 失效产品的直观检查(变形。损伤情况，裂纹扩展，断裂源);断口的宏观分析及微观形貌分析(多用扫描电镜);无损探伤检查(涡流、着色、磁粉、同位素、X射线、超声波等);表面及界面成分分析(俄歇能谱);局部或微区成分分析(辉光光谱、能谱、电子探针):相结构分析(X射线衍射法);断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核。 综合分析归纳，推理判断提出初步结论 根据失效现场获得的信息、背景材料及各种实测数据，运用材料学、机械学、管理学及统计学等方面的知识，进行综合归纳、推理判断、分析后，初步确定失效模式并提出失效原因的初步 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 和预防措施。 (5)重现性试验或证明试验 重大事件 (6)撰写失效分析报告 失效分析报告与科学研究报告相比较，除了在应写得条理清晰、简明扼要、合乎逻辑方面相同外，二者在格式和侧重点等许多方面都有所不同。失效分析侧重于失效增况的调查、取证和验证，在此基础上通过综合归纳得出结论、而不着重探讨失效机理，这就有别于断裂机理的研究报告。 2 断口形貌分析 零件表面或内部的连续性遭到破坏而最终破断的断裂面称为断口，包括为了分析研究目的人为将裂纹打开形成的断面。我们将断口分析分为宏观断口分析和微观断口分析，宏观断口分析是用肉眼、低倍放大镜、体式显微镜等来观察分析断口的宏观相貌特征的一种方法，微观断口分析技术是指利用光学显微镜、电子显微镜、电子探针、俄歇电子能谱、离子探针质谱等仪器设备，对断口表面进行观察及分析，以便找出断裂的形貌特征、成分特点及相结构等与致断因素的内在联系，它是失效分析中非常重要的方法与手段。 按试验方法分可以分为拉伸断口、冲击断口、疲劳断口。按裂纹的性质断裂 分又可分为塑性断裂与脆性断裂，断裂前如有明显的宏观塑性变形(通常变形量大于5%的)称为塑性断裂，断裂前如没有宏观塑性变形脆性断裂。 2.1 断口宏观分析 2.1.1拉伸断口宏观观察 塑性金属静拉伸试验中，试样经弹性变形，在颈缩关的塑性变形和形变强化阶段，试样上的变形是均匀的，颈缩开始后，变形便集中于颈部。拉伸断裂发生于颈部危险截面处，开成杯锥状断口，如图1所示，断口中心是在三向应力状态下，裂纹首先形成的地方，因吸收了大量塑性变形功而丧失了金属光泽，呈纤维状，称为纤维区，纤维区外面有一圈形形似山脊的放射状花样，称为放射区，最外层在与拉力轴线成立45度的斜断口部分，这是最终断裂时，在最大切应力方向上大量滑移变形形成的，表面光滑，称为剪切唇。宏观断口上的纤维区、放射区、剪切唇合称为金属断口的三要素，如试验的温度、试样的形状和加载条件图2，图3。 图1 静载荷下光滑圆试样的拉伸断口宏观形貌示意图 图2 静载荷下缺口拉伸试样断口宏观图3 裂纹不对称扩展的断口形态示意 形貌示意图 图 图 4 矩形拉伸试样的断口形貌及示意图 图5矩形试样厚度对断口形貌的影响及示意图 2.1.2 冲击断口的宏观形貌及示意图 图 6 V缺口试样断口 图7 示意图 如图6所示，冲击试样一侧开有V型缺口，与这相对的一侧不开缺口，承受摆锤冲击。其断裂过程为:首先在缺口附近形成裂纹，并向前扩展，若为塑性材料，则在缺口根部附近形成纤维断口区，此后，裂化纹快速扩展时，形成放射 区，裂纹前沿接近试样周边时，形成剪切唇。冲击试样在受冲击作用时，缺口侧受张应力，对面受压应图力，整个韧带上受力方向不同。所以在张应力作用下形成的放射特征花样，在进入受压区时，可能消失，而重新出现二次纤维区示意图见图7。 2.1.3疲劳断口宏观分析 疲劳断口是指金属材料或零构件在疲劳断裂过程中形成的一种匹配的表面，称断裂面或断口。由于零构件经常承受拉、压、弯、扭或复合应力的作用，因载荷类型不同，在宏观断口上表现出的形貌特征也不相同。 疲劳断口的种类及其形状见表1所示。 表1 疲劳断口分类 (1)弯曲应力作用下的疲劳断口 图8是在弯曲疲劳载荷作用下的断 口示意图。零件在弯曲疲劳载荷作用下， 其表面应力最大，中心应力最小，疲劳 源首先在表面形成，然后沿着与最大正 应力相垂直方向扩展，到最后瞬断。图 中(a)是单向弯曲疲劳断口，它的疲劳 图8弯曲疲劳载荷作用下的断口示意图 源首先在受拉应力一侧表面形成，瞬断区在疲劳源相对侧，其面积大小由材料抗拉强度和外加载荷的大小来决定。图中(b)是双向弯曲疲劳断口，由于双向弯曲，试件上下两侧交替承受拉应力作用，故疲劳源在相对两侧面形成，瞬断区在中间。 图9是轴在旋转弯曲应力作用下的疲劳断口示意图，由于旋转弯曲应力也是表面最大，中心最小，疲劳源也开始于表面，且疲劳源两侧裂纹发展速度较中心快，故贝纹线比较扁平。最终瞬断区虽然也在疲劳源对面，但总是相对于轴的旋转方向逆偏转一个角度，此种现象称为偏转现象。 因此，从疲劳源与瞬断区的相对位置便能推知轴的旋转方向。 轴上有无应力集中及应力集中大小，其最终瞬断区的位置是不同的。若应力集中较小时，疲劳源只在一处发生，最终瞬断区在疲劳源相对应的一侧。若应力集中较大时，则沿周向缺口将同时有几个疲劳源产生，瞬断区的位置则在轴的内部。另外，最终瞬断区的位置还受轴上名义应力大小的影响。名义应力越大，瞬断区越移向轴的中央，如图10所示。 图9轴在旋转弯曲应力作用下的疲劳断口示意图 图10旋转弯曲时应力集中对断口形态影 响 2.2 微观断口特征 2.2.1 准解理断口微观形貌 准解理断裂是介于解理断裂和韧窝断裂之间的一种过渡断裂形式。准解理的形成过程如图11所示。首先在不同部位(如回火钢的第二相粒子处),同时产生许多解理裂纹核,然后按解理方式扩展成解理小刻面,最后以塑性方式撕裂,与相邻的解理小刻面相连,形成撕裂棱。 图12 准解理断面典型形图11 准解理裂纹形成机理示意图 貌 2.2.2 疲劳断裂微观形貌(疲劳弧线及疲劳条带) (1)疲劳源区的微观分析 首先要确定疲劳源区的具体位置是表面还是亚表面,对于多源疲劳还需判明主源与次源。其次要分析源区的微观形貌特征,包括裂纹萌生处有无外物损伤痕迹、加工刀痕、磨损痕迹、腐蚀损伤及腐蚀产物、材质缺陷(包括晶界、夹杂物和第二相粒子)等。 疲劳源区的微观分析能为判断疲劳断裂的原因提供十分重要信息与数据,是分析的重点。 (2)疲劳扩展区的微观分析 由于第一阶段的范围较小,尤其要仔细观察其上有无疲劳条带、韧窝、台阶、二次裂纹以及断裂小刻面的微观形貌。对第二阶段的微观分析主要是观察有无疲劳条带,疲劳条带的性质及条带间距的变化规律等。搞清这些特征,对于分析疲劳断裂机制、裂纹扩展速度、载荷的性质与大小等将起重要作用。 (3)瞬断区微观特征分析 主要是观察韧窝的形态是等轴韧窝、撕裂韧窝还是剪切韧窝。搞清韧窝的形貌特征有利于判断引起疲劳断裂的载荷类型。 图13所示的源区、扩展区及瞬断区相对应的微观形貌见图14。图15a为源 区微观形貌,由图看出,断裂起源于叶片盆面一侧的表面,有多个源点,源区有类解理断裂小面(类解理断裂小面系面心立方晶系材料疲劳断裂第一阶段内的独有断裂特征)。图15b为瞬断区内的典型微观形貌,其上可见大小不均的等轴韧窝,表明叶片的断裂是在拉应力作用下造成的。 图13 疲劳断口的宏观特征 图14 疲劳弧线 (a) 源区微观形貌 (b)瞬断区内的典型微观形貌 图15 疲劳断口上特征区内的典型微观形貌 2.2.3 解理裂纹的微观形貌特征 解理裂纹区通常呈典型的脆性状态,不产生宏观塑性变形。 解理小刻面是解理断裂的典型特征。解理断口上的小刻面即为结晶面,呈无规则取向。当断口在强光下转动时,可见到闪闪发光的特征。图16为解理断口上见到的小刻面特征。在多晶体中,由于每个晶粒的取向不同,尽管宏观断口表面与最大拉伸应力方向垂直,但在微观上每个解理小刻面并不都是与拉力方向垂直。 典型的解理小刻面上有以下微观特征:解理台阶、河流花样、舌状花样、鱼 骨状花样、扇形花样及瓦纳线等。图17中A区域以及B区域所指的河流花样中的每条支流都是解理台阶。弄清解理台阶的特征及其形成过程,对于理解与解释解理断裂的主要微观特征———河流花样,是非常重要的。 图16 解理断口上的小刻面 图17 解理小刻面的微观形貌 A———台阶B———河流花样 (1) 解理台阶 解理裂纹与螺位错相交割而形成台阶。设晶体存在一个螺位错,当解理裂纹沿解理面扩展时,与螺位错交截,产生一个高度为柏氏矢量的解理台阶,如图18所示。 (a) 裂纹AB向螺位错CD扩展 (b) 裂纹与螺位错CD交割形成 台阶 图18 解理台阶的形成过程示意图 解理台阶形成的途径主要有两种:一种是解理台阶在裂纹扩展过程中,要发生合并与消失或台阶高度减小等变化,如图18所示。其中图18a表示具有相反方向的解理台阶,合并后解理台阶消失;图18b表示具有相同方向的解理台阶,合并后解理台阶增加;另一种是通过次生解理撕裂的方式形成台阶。两个相互平行但处于不同高度上的解理裂纹可通过次生解理或撕裂的方式互相连接而形成台阶,如图19所示。 (2)河流花样 解理裂纹扩展过程中,台阶不断地相互汇合,便形成了河流花样,如图17所示。河流花样是解理断裂的重要微观形貌特征。 在断裂过程中,台阶合并是一个逐步的过程。许多较小的台阶(即较小的支流)到下游又汇合成较大的台阶(即较大的支流),见图21所示。河流的流向恰好与裂纹扩展方向一致。所以根据河流花样的流向,判断解理裂纹在微区内的扩展方向。 (a) 异号台阶汇合 (b) 同号台阶汇 合 图19 解理台阶相互汇合示意图 (a) 通过次解理而形成台阶 (b) 通过撕裂而形成台阶 图20 通过次生解理或撕裂而形成台阶 图21 河流花样形成示意图 图22 舌状花样 (3)舌状花样 解理舌是解理面上的典型特征之一,它的显微形貌为舌状,见图22。 解理舌的形成与解理裂纹沿变形孪晶与基体之间的界面扩展有关。此种变形孪晶是当解理裂纹以很高的速度向前扩展时,在裂纹前端形成的。 (4)其它花样 ?扇形花样,在很多材料中,解理面并不是等轴的,而是沿着裂纹 扩展方向伸长,形成椭圆形或狭长形的特征,其外观类似扇形或羽毛形状;?鱼骨状花样,在解理面上,有时可以见到类似于鱼骨状花样。 2.2.4准解理断裂 准解理断裂是介于解理断裂和韧窝断裂之间的一种过渡断裂形式。准解理的形成过程如图23所示。首先在不同部位(如回火钢的第二相粒子处),同时产生许多解理裂纹核,然后按解理方式扩展成解理小刻面,最后以塑性方式撕裂,与相邻的解理小刻面相连,形成撕裂棱。 图23 准解理裂纹形成机理示意图 图24 准解理断面典型形貌 准解理断口与解理断口的不同之处在于: (1)准解理断裂起源于晶粒内部的空洞、夹杂物和第二相粒子,而不像解理断裂那样,断裂起源于晶粒边界或相界面上,如图24所示。 (2)裂纹传播的途径不同,准解理是由裂源向四周扩展,不连续,而且多是局部扩展。解理裂纹是由晶界向晶内扩展,表现河流走向。 (3)准解理小平面的位向并不与基体(体心立方)的解理面{100}严格对应,相互并不存在确定的对应关系。 (4)在调质钢中准解理小刻面的尺寸要大得多,它相当于淬火前的原始奥氏体晶粒尺度。准解理断口宏观形貌比较平整。基本上无宏观塑性或宏观塑性变形较小,呈脆性特征。其形貌有河流花样、舌状花样及韧窝与撕裂棱等。 2.2..5沿晶断裂 沿晶断裂又称晶间断裂,它是多晶体沿不同取向的晶粒所形成的沿晶粒界面分离,即沿晶界发生断裂。 在通常情况下,晶界的键合力高于晶内,断裂扩展的路径不是沿晶而是穿晶,如前述的韧窝型断裂和解理断裂等。但如果热加工工艺不当,造成杂质元素在晶 界富集或沿晶界析出脆性第二相、或因温度过高(加工温度与使用温度)使晶界弱化、或因环境介质沿晶界浸入金属基体等因素出现时,晶界的键合力被严重削弱,往往在低于正常断裂应力的情况下,被弱化的晶界成为断裂扩展的优先通道而发生沿晶断裂。沿晶断裂的路线一般沿着与局部拉应力垂直的晶界进行。按断面的微观形貌,通常可将沿晶断裂分为沿晶韧窝断裂和沿晶脆性断裂。 (1)沿晶韧窝断裂是由晶界沉淀的分散颗粒作为裂纹核,然后以剪切方式形成空洞,最后空洞连接形成的细小韧窝而分离,见图25。这种沿晶断裂又称微孔聚合型沿晶断裂或沿晶韧断。 图26 沿晶脆性断 图25 沿晶韧性断裂 裂 (2)沿晶脆性断裂是指在断后的沿晶分离面平滑、干净及无微观塑性变形特征,往往呈现冰糖块形貌,见图26。这种沿晶断裂又叫沿晶光面断裂或非微孔聚合型沿晶断裂。 回火脆、氢脆、应力腐蚀、液体金属致脆以及因过热、过烧引起的脆断断口大都为沿晶光面断裂特征;而蠕变断裂、某些高温合金的室温冲击或拉伸断口往往为沿晶韧窝形貌。 另外还有两种情况也属沿晶断裂范畴。一是沿结合面发生的断裂,如沿焊接结合面发生的断裂;二是沿相界面发生的断裂,如在两相金属中沿两相的交界面发生的断裂。 3汽车离合器壳体开裂失效分析 1、粗视分析 离合器壳体由铝合金铸造而成。一个壳体破断为两部分，一个壳体一侧的裂纹长220mm, 另一侧有一条15mm长的裂纹。裂纹的起始位置均在壳体侧面下方的交界处。壳体侧面的内表面呈135?和90?夹角, 无明显的过渡园角。裂纹扩展方向与该处所受拉应力的方向垂直。 2、现场调研 离合器安装情况:离合器左边与发动机相联, 右边与变速器相联。离合器壳体受到较大弯矩作用。发动机工作时, 壳体受到强烈振动。 壳体下部受到瞬时大的拉应力作用, 在应力集中处容易产生裂纹造成开裂或破断。 3、立体显微镜下观察 断裂面有放射状撕裂棱。断面上有许多闪光的小点, 同时发现有园形、椭园形的空洞。最大的一个椭园形孔洞尺寸为0.6mm×1.2mm。这些空洞的内表面呈熔融金属凝固态, 为铸造缺陷气孔。 4、显微分析 观察裂纹形态及扩展方向。裂纹端部位于壳体两侧面内表面相交处, 裂纹上及其附近有大大小小的气孔, 裂纹垂直于壳体边缘扩展。 金相显微组织由白色的a固溶体+灰色的条状及小块状的Si晶体+黑色细针状Al-Si-Fe化合物组成。黑色针状Al-Si-Fe化合物为有害相, 导致壳体材料的韧性下降。裂纹穿过气孔, 并沿针状Al-Si-Fe化合物界面扩展。 5、扫描电镜分析 沿晶界或相界扩展的微细裂纹。平整的晶体平面。观察到晶界和晶内的裂纹。 该壳体材料的断裂机制为一种包含沿晶(或相界)断裂和穿晶断裂两种形式的混合断裂。在裂纹快速扩展区断裂形貌呈山脊状撕裂棱。 6、能谱成分分析 对壳体材料和组织中的条状物进行成分分析。 合金的成分接近于铸造铝合金ZL102(ZL102成分: 90~87%Al, 10~13%Si)。含有Fe,生成有害相细针状的Al-Si-Fe化合物, 降低了该合金的韧性。 条状物的Si含量很高, 确定其为Si晶体。 7、硬度测定 (1) 布氏硬度测定 硬度为54,61HB。该壳体的硬度值与铸造铝合金ZL102的硬度相近。 (2) 显微硬度测定 白色块状物 65HV0.02 ;条状物 75HV0.02 合金的硬度较低, 反映该合金的强度也较低, 只能用于对强度要求不高的铸件。 8、断裂原因分析 (1) 所用材料强度低, 气孔多。合金含铁量高, 出现较多的针状Al-Si-Fe化合物, 使韧性大大降低。 (2) 壳体两侧面的内表面无明显的过渡园角, 导致应力集中。 (3) 安装结构不甚合理, 导致壳体承受弯矩过大, 振动厉害。易于开裂。 (4) 壳体受弯矩作用, 同时受到强烈振动, 迭加了扭矩, 在壳体应力集中处产生微裂纹, 裂纹扩展, 导致开裂、破断。 9、改进措施 (1) 材料方面: a. 更换材料, 采用强度较高的ZL107、ZL109。 b. 降低含铁量, 进行良好的变质处理。 (2)壳体结构方面: 将壳体侧面内表面尖角相交改为园角过渡。 (3)改进发动机,离合器变,速器安装方式,以减轻壳体所承受的弯矩及振动。 参考文献 [1] 梁佩环，张嫩芝(2l一4N奥氏体耐热钢碳化物层状析出及其性能[J](齐钢技术，1998，(2):27—35( [2] 张 栋,钟培道,陶春虎. 机械失效的实用分析. 北京:国防工业出版社,1997.24,40. [3] 钟群鹏,田永江.金属断口宏观特征形态与力学参量之间的定量关系. 兵器科学与力学,1984. ,陶春虎,习年生,等. 断口反推疲劳应力及其在叶片断裂分析 [4] 张卫方 中的应用. 材料工程,2003 ,1:38 [5] 钟群鹏,王仁智,陈玉民,田永江,等. 我国机电装备失效分析预测预防实践和学术方面的重大进展—失效学体系的形成和发展.见:第三次全国机电装备失效分析预测预防战略研讨会论文集,北京,1998.6 [6] 汤安民，王静(几种金属材料断裂形式变化规律的试验分析[J](实验力学，2003，18(4):440(444 [7] 范天佑(断裂理论基础[M](北京:科学出版社，2003 [8] 范天佑(断裂理论基础[M](北京:科学出版社，2004 [9] 李玉清，等(5Cr21Mn9Ni4N奥氏体耐热钢中的晶界Cr2N[J](电子显微镜学报，1998，17(1):33—38(