废品分析与失效分析技术李维铖 周建业太原重型机器厂 山西太原 0300241、 前言废品分析与失效分析技术实际上就是如何进行废品分析和失效分析。对机械产品而言，废品分析与失效分析其技术大部分是相同的，其过程有时也大致相同的。废品分析时泛指的废品，在GB/T19000-2000标准中称不合格品，特定情况下，有时可降低要求予以利用和使用；而失效分析中的零部件，则只能按废品进行处理。分析过程中，许多技术和方法均属于国家标准或行业标准范畴，但一些实际情况和问题的处理不当，或对缺陷认识和判定有误，有时分造成错误结论，带来不必要的经济损失和不良影响。本文拟谈些有关内容，供交流。2、 术语和定义2.1不合格 nonconformity 未满足明示、通常隐含的或必须履行的需求或期望。
2.2缺陷 defect
未满足与预期或规定用途有关的要求。
注：区分陷缺和不合格的概念是重要的，这是因为其中有法律内涵，特别是与产品责任问题有关。因此，术语“缺陷”应慎用。
2.3预防措施 preventive action
为了消除潜在不合格或其他潜在不期望情况的原因所采取的措施。
2.4纠正措施 corrective action
为消除已发现的不合格或其他不期望情况的原因所采取的措施。
注：采取纠正措施是为了防止再发生，而采取预防措施是为了防止发生。
2.5返工 rework
为使不符合产品符合要求，而对其采取的措施。
2.6返修 repair
为使不合格产品预期用途而对其所采取的措施。
注：返修与返工不同，返修可影响或改变不合格产品的某些部分。
2.7降级 reqrade为使为合格产品符合不同于原有的要求而对其等级的改变。2.8报废 scrap为避免不合格产品原有的预期用途而对其所采取的措施。如回收或销毁。2.9废品分析（标准中未见术语废品分析及其定义，但可理解（定义）如下：waste prodct analysis对已确认报废的产品（或零件），通过多方面进行分析，出报废的原因，确认废品责任者，并提出预防措施或纠正措施。2.10失效分析 failure analysis对失效器件或产品进行分析，鉴别其失效模式和失效机理，出失效原因，并提出纠正措施，叫做失效分析。3、 技术分析的程序废品分析和失效分析是保证和提高产品的安全性和可靠性关键的内容的一部分。不同产品和零件的技术分析程序会有所区别，现以机械产品失效后的技术分析程序作一简述。例如：轧钢机传动部分齿轮轴，在服役过程中发生断裂。 首先要保护好机械事故的现场，有关人员对现场作细致的、周密的调查和研究。对断轴的断面或碎片也要保护好，防止用手触摸，以防污染，先行拍照存档，其余日后分析时再作处理。
第二，在观察断轴的同时，还要对齿轮轴的服役条件作详细的调查。
第三，查清断轴生产和制造时的原始资料及其数据，确认断轴服役前的质量状况。
第四，断面的宏观分析，其目的在于判定断面的特征、形貌、裂纹源的位置，以及其他可能促使断裂的原因。
第五，断面的微观分析。根据宏观分析所确认的裂纹源，在其附近区域和相关重要区域作电镜观察，进一步搞清楚断面的宏观特征。
第六，根据断面宏观及微观分析的结果，再行解剖分析。在相关位置切取（制取）不同试样，进行全面的理化检验和分析，最终确认齿轮轴发生断裂的根源。
第七，确认断轴的责任单位。根据原始资料、断轴现场情况及各种检验分析数据，在确认断裂根据的同时，要确定造成产品（或零件）失效的责任单位或法人，是否涉及经济索赔再行商议。
激光内雕第八，指出采取哪些纠正措施，以防止此类事再度发生。
4、 技术分析与技术标准
4.1技术标准在技术分析中的作用
技术分析离不开技术标准。2001-06-01实施的GB/T18254-2000《高碳铬轴承钢》产品标准中的引用标准达秋种元多，技术分析过程中理化检验所涉及的技术标准也会达百种之多，一个钢铁及合金方法GB/T223就有70多个分标准，这是我们应该必知的。涉及有关标准的技术分析，必须按牙关标准进行分析，才能使分析结果符合法定规程，不得盲目行事，技术标准在技术分析过程中有其重要的作用。否则，一些检测数据不被其公认，这一点应引起我们的注意。
4.2产品标准与技术标准的吻合性
GB/T1.1-2000《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规则》发布和实施前，各类产品标准中均有引用标准，其导语是：下裂标准所包含的条文，通过在标准中引用，而构成为本标准的条文。村标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用标准的各方应按时使用下裂标准最新版本的可能性。
GB/T1.1-2000标准中将引用标准修订为“规范性引用文件”，其导语为：“下列文件中的条款，通过本标准的引用而为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单
（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方，研究是否可使用这些文件的最新版本，凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准：。
随着年代的变迁，应注意产品标准和技术标准的吻合性。某些产品标准中自身不相吻便等内容，在其技术分析过程中也应引起注意。被分析的产品或零件，不一定不符合产品标准或技术标准，应区别对待。
5、 分析实例简述（限于条件，未提供图和照片）
5.1废品分析实例
5.1.1能判定责任的废品分析实例。
大家都知道，冶金缺陷白战友是在氢和应力作用下产生的裂纹。但当钢中氢含量和应力值虽高，但又不是以形成白点时，有可能经过一定（较长）时间后，仍会产生（较）大的破坏作用，致使钢制件断裂，这种现象称为自然断裂。在轧辊制造单位曾发生过数十起。
某厂，直径φ1300mm的4件支承辊，材质为9Cr2Mo钢，完工出厂后，用户在室外放置约半年时间，有一根发生自然断裂。当时疑为与环境有关，但当转入有暖气的室内仓库保管时，时隔不久，又有一根自然断裂。这引起了有关方面的高度重视，并进行废品分析。
该支承辊用钢系平炉冶炼、大气浇注，用55t钢锭锻制而成。锻造后在780~800℃进行球化退化火处理，经660~680℃188h去氢处理，粗加工后经超声波探伤发现中心部位φ150mm范围有密集缺陷。最终热处理是850~870℃加热保温后鼓风冷却，再经480~500℃保温52h的回火处理。
精加工后，辊颈硬度为37~39HSD，辊身硬度为53~5HSD，以及各种尺寸均符合图纸技术要求后合格出厂。
宏观发现，断裂支承辊断面中心显示为粗晶区，断裂源在中心缺陷处。由断面处取横向试片，热酸浸低倍试验发现有严重的点将偏折，偏折点直径尺寸为φ4~8mm。断面微观形貌可观察到波纹状花样，具有氢脆断裂特征。距支承辊表面560mm取样，测得氢含量为3.9μg/g，说明氢含量较高，以衍射仪测得辊身表面轴向应力为压应力，达245~480Mpa。按热力型残余应力分布特征估算，支承辊心部拉应力亦可达245Mpa。据此，支承辊的自然断裂显然是氢和残余拉应力共同作用下产生了断裂，而使之成为废品。
后经研究确定，对剩余2件未断裂的支承辊运回厂，再行480~500℃，180h补充回火处理。但在车间停放过程中，其间又有1件支承辊发生自然断裂。至此，4件支承辊鸟笼的制作3件自然断裂，废品责任供方，经济损失达百万元。
在计划经济时代，由于辊坯和加工、热处理是由两个单位完成的，经协调并领导决定，辊坯生产单位再供4件辊坯给加工单位，各负担zeidan2件辊坯费用。全部完工后再交付需方使用。生产过程中一定要采取纠正措施，降低含氢量和残余应力，以防此类事再度发生。后4个支承辊装机后使用正常，未发生断裂事故，此事获满意解决。
5.1.2不能判定责任的废品分析
一件50钢辊轴，直径φ300mm，长度2500mm，于粗加工后调质工亭淬火时纵向开裂，一分为二，造成废品。
原始情况为：用钢为电炉钢锭，每锭锻制辊轴2件，锻后经正火+回火处理交产品车间粗加工，调质处理后硬度达240~280HBW时即可交付给需方。
调查过程中发现，该轴供方生产时，涉及炼钢、锻造、粗加工热处理三个车间。从断开的纵向断面宏观可发现，一端有一长约200mm的V形夹杂区，因此，可以排除辊轴开裂的其他原因，如淬火加热温度过高、保温时间过长、冷却速度过高、端面无倒角等因素，而是由于大量肉眼可见非金属夹杂物的存在，在淬火时引起开裂。
宏观非金属夹杂物的存在偏严重冶金缺陷，在钢锭上部时存在是不可避免的。但锻造时通过对钢锭上端部分的切除，该缺陷可以消除。
从生产过程看，由于是碳钢锻件，且每支钢锭锻两件辊轴，可能出现钢锭利用率偏高，而使切头不是，致使钢中非金属夹杂物部分残留在锻件一端，引起淬火时辊轴纵向开裂。另一件同一钢锭锻造的辊轴，淬火时未发生开裂就是最好的旁证。
据此情况，只能判定炼钢和锻造车间各承担50%废品责任，与粗加工热处理车间无关，此类属废品的责任不清单位。
5.2失效分析实例
5.2.1产品生产单位承担责任的失效分析
某厂对售粗加工上辊1件，材质50Mn钢，直径φ250mm，长度2200mm。用户加工后装机试运行过程中，于传动端距端面约200mmir测试处发生断辊现象，未造成其他损失。
该上辊生产过程浆显示，50Mn钢系电炉冶炼，大气浇注，该锭同时锻制上辊2件，分别交付两家用户使用。化学成分、表面硬度等均符合技术要求，超声波探伤结果未发现白点和裂纹，合格品出厂。
现场情况是断辊断面平整，呈脆性断口，断面未见异常现象，空戟试车时发生断裂。从加工和装配资料看，符合技术要求。断辊原因何存？
首先对断辊进行超声波检验，内部未发现白点和裂纹。再行切片取样验证其他有关技术要
求。第一步进行化学成分复验，其结果是锰含量高达3.63%(GB/T699中范围值为0.72~1.00%Mn)。这让人失望又高兴，失望的是上辊化学成分不合格，高兴的是其他试验可就此止步。
由于化学成分的严重超标，致使优质碳素结果钢变为合金钢。按正常50Mn钢进行热处理后，内部存在有较大残余应力，受力时即行断裂。这种事情的发生，是冶炼工作者操作不当造成的，作为供方应对需用方负责，无偿再供1件50Mn钢上辊给需力。
值得一提的是，另一件上辊无质量反馈信息。
5.2.2使用单位承担责任的失效分析
某电厂12MW汽轮发电机转子运行十多年后大修时，经检测认不该转子已不符合技术要求，需行更换。
事后电站设备厂来承告知，该转子轴颈处磁粉探伤有微裂、化学成分个别元素含量稍有超差、力学性能达不到要求、心部组织为珠光体+铁素体+索氏体，已行更换，供贷单位意见如何？
从失效分析观点回函谈了几点意见：
1、 风管抗震支吊架按转子锻件生产时的1972年技术标准，轴颈处及过渡及处是用冷酸洗进行检验，
缺陷不超标即不合格。
磁粉探伤所显的裂纹实为“磁痕”，除真实的微裂纹外，尚有硫化物偏析和次表面缺陷的显示，不是以构成真实的裂纹。
2、 化学成分稍有超差。这里的化学成分是转子成品的化学成分，按分词技术GB/T222-1984标准，成品分析对熔炼分析的结果，允许有一定的偏差值，如在此范围内，亦属化学成分合格。
3、 力学性能如按规定位置取样，测试后力学性能值符合1972年技术要求即可，不能以日后的技术要求进行衡量。
4、 至于金相组织问题，34CrMo1A钢按当时正火+回火处理的结果，心部组织是正常的（且技术标准对此无要求）。日后调质处理的这种大截面转子的心部组织，也很难全部是索氏体。
5、 12MW汽轮发电机组运行寿命为多少年，转子锻件质量总是索赔期限为几个年头，这些都无明确的规定。
十几年前生产的转子锻件符合当时的技术要求，装机后运行期间亦未发现影响机组织运行的质量问题，用新要求衡量过去有欠妥当，据此，供方不予介入。
据国务院几年前的规定，该类小机组消耗大，效率低，属淘汰机组，该类事以后不会再发生了。
6、结束语
零件的报废和构件的失效是时有发生的，有时会造成一定的或重大的经济损失和人员伤亡，应引起我们高度的重视。
通过构件的合理设计、正确选材、材料内部允许存在的冶金缺陷降至最低限度，各种热、冷生产工艺先进合理，并认贯彻执行，装配使用得当，不超负荷运行，消除环境不良对构件的影响，是能收到一定或良好的效果。要作到预防在先，预防为主。使“分析”无工作可做才是最好的结局。
在技术分析条件相同的情况下，人员素质是决定分析效果的关键。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议