機(jī)械故障原因分析方法
1故障部件的宏觀檢驗(yàn)
宏觀檢驗(yàn)主要解決兩個(gè)問題，一是故障的屬性，二是故障的定性原因。它是進(jìn)行各項(xiàng)故障分析的基礎(chǔ)，是整個(gè)故障疹斷成功與否的關(guān)鍵之一。
宏觀檢驗(yàn)斷裂部件時(shí)，通常采取以下操作順序：
（a）首先用肉眼觀察整套設(shè)備或整個(gè)部件，了解故障部件的功能，使分析人員對(duì)故障系統(tǒng)和故障部件之間的關(guān)系有一全面的了解（即整體觀念），重要的細(xì)節(jié)必須照相。
（b）根據(jù)宏觀觀察來確定故障部件的失效屬性。如斷口截面附近有明顯的變形，斷口上有剪切唇邊，這是延性斷裂的特征。反之?dāng)嗫诮孛鏌o明顯變形，又無剪切唇邊的就屬脆性斷裂，故障部件受交變應(yīng)力，斷口上又能找出（超高強(qiáng)鋼通常難以找出）貝殼或海灘花樣的屬疲勞斷裂。還有其它種種的外貌特征均可作為判斷相應(yīng)故障的屬性。用肉眼觀察時(shí)，通常借助50倍以下方大鏡的幫助。
（c）通過追溯斷口的撕裂紋理，來確定斷裂源位置。例如，根據(jù)放射形的會(huì)聚點(diǎn)，人字形（山脊）花樣的小尖頭（即限于兩側(cè)未開槽的鋼板）來確定斷裂源的位置。
（d）分析斷口特征與部件形狀的關(guān)系，從而確定加載方式（拉、壓、彎、扭、交變等），相對(duì)應(yīng)力大小，應(yīng)力集中程度以及與主應(yīng)力指向的關(guān)系。
（e）斷口是否出現(xiàn)非纖維狀斷口異常區(qū)，這種斷口形貌尤其是在裂紋源區(qū)或附近出現(xiàn)的這種形貌，可能就是鑄、鍛、焊等冶金缺陷引起的，它對(duì)故障的發(fā)生可能起直接作用。
2 故障件斷口的微觀檢查
微觀檢驗(yàn)也稱微觀斷譜或微觀斷口金相，可用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、掃描俄歇能普裝置進(jìn)行分析。根據(jù)斷口譜形特征，可確定材料或構(gòu)件的失效現(xiàn)理。
3 金相檢驗(yàn)
金相檢驗(yàn)與電子金相觀察同樣是故障分析過程中一個(gè)不可缺少的手段，有時(shí)甚至比電鏡手段還重要，應(yīng)視為一種常規(guī)的分析手段。那引起造成故障的主要影響因素，加工工藝（熱處理、表面處理、鑄造、焊接等）、加工方法和加工步驟不當(dāng)造成的材料缺陷，以及使用中操作條件和環(huán)境的變化導(dǎo)致的損壞，都能通過金相檢驗(yàn)來識(shí)別。
金相組織對(duì)材料性能的影響很大，過早的斷裂可能和異常組織有關(guān)。有時(shí)，這種損壞與不希望有的成分有關(guān)，或者和使用情況有關(guān)。如低碳鋼的時(shí)效能引起氮化鐵沉淀，或鋼中氣體凝聚。裂紋的特征，尤其裂紋的擴(kuò)展方式、萌生和擴(kuò)展的相關(guān)因素等，金相檢驗(yàn)都能對(duì)此提供可靠的信息。
4 無損檢測
在直觀檢查之后，根據(jù)需要可用無損檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)故障進(jìn)行研究和分析。常用的無損檢驗(yàn)技術(shù)有碰粉檢驗(yàn)、液體滲透檢驗(yàn)和渦流檢驗(yàn)等。以上這些技術(shù)用來檢查表面裂紋和不連續(xù)面，簡便易行，效果良好。對(duì)內(nèi)部缺陷可使用放射線照相或超聲檢驗(yàn)。
5 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析
利用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)可用來確定零部件受力情況和引起損壞的應(yīng)力值。以下幾種方法有較好的袂用價(jià)值。
（a）脆性涂層法用于以下問題是有效的：
找出小面積的高應(yīng)變區(qū)；
確定主應(yīng)變方向；
測出拉應(yīng)變和壓應(yīng)變的近似值。
它已成為一般實(shí)驗(yàn)室和野外使用的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變測量工具。
（b）電陰應(yīng)變測量法可測單向應(yīng)變、平面應(yīng)變場的靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)變，適用于金屬和非金屬結(jié)構(gòu)。它是一種應(yīng)用廣泛、使用經(jīng)驗(yàn)豐富的成熟方法。
（c）光彈性涂層也用作實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)力測量。對(duì)于這種技術(shù)，是把一個(gè)控制厚度的雙折射涂層用反射涂層粘接劑貼在被測試的部件上，然后通過光彈性分析裝置來測量。這種方法需要特殊的設(shè)備，可用單幀彩色底片、彩色底片或彩色電影照相來記錄。
（d）X射線表面殘余應(yīng)力測量是一種直接的非破壞測量應(yīng)力的方法，它只適用于晶體材料。應(yīng)力變化是通過受應(yīng)力的晶體材料對(duì)X射線衍射線的角度變化來確定的。現(xiàn)在已有專門的X射線應(yīng)力測定儀，可用來無損地測定零部件的表面應(yīng)力。
6 化學(xué)成分分析
化學(xué)分析包括常規(guī)、局部、表面和微區(qū)等四種。
由于冶金過程造成化學(xué)成分的局部差異，或殘留較高的有害無素，從而造成制造過程的廢品率增高。氣體分析用來確定氧、氮、氫氣體元素（砷、銻、鉍、鉛、錫）是否超過含量。氣體分析用來確定氧、氮、氫氣體元素在金屬中的含量。氧、氮可以引起應(yīng)變時(shí)效和淬火時(shí)效，而焊接、陰極清洗、電鍍、酸洗都能引起氫向金屬內(nèi)部滲入而引起氫脆。
7 力學(xué)性能測試
當(dāng)知道了施加于故障部件的載荷（無論是通過估算，還是根據(jù)設(shè)計(jì)資料），材料的力學(xué)性能都必須重新測量，以便作進(jìn)一步的強(qiáng)度校核。對(duì)零部件的故障分析幾乎都應(yīng)當(dāng)測定材料的硬度和力學(xué)性能。因?yàn)橛捕葴y量簡便易行，對(duì)故障原因分析常常是最有用的手段之一。所得數(shù)據(jù)可用來：
（a）估計(jì)熱處理是否滿足要求；
（b）估計(jì)金屬材料特別是鋼材的拉伸強(qiáng)度；
（c）檢驗(yàn)由于過熱、膠碳、滲碳、滲氮和加工硬化等所引起的變化和硬化。
除了對(duì)所測試的拉伸、沖擊性能與說明書規(guī)定值進(jìn)行比較以外，有時(shí)還需要做一些比較使用溫度稍高或稍低的力學(xué)性能測量，以便對(duì)零部件在使用中是否有超溫情況作出判斷。
同時(shí)還需要確定與損壞機(jī)理有關(guān)的其它性能，如斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和應(yīng)力腐蝕開裂傾向等。一般來說，由于拉伸強(qiáng)度不足而引起損壞的例子并不多見。因此，力學(xué)性能測試主要起到復(fù)檢的作用和排除力學(xué)性能引起損壞的顧慮。
故障分析應(yīng)用斷裂力學(xué)分析的目的在于通過斷裂韌性的測試和分析，確定一個(gè)部件安全使用所能容許的裂紋尺寸，以及確定含有裂紋部件的剩余壽命。前者判斷部件成品材料的斷裂韌性是否合理，如不合理必須設(shè)法提高該部件的斷裂韌性，以免同樣的失效重復(fù)發(fā)生；后者在于判斷現(xiàn)有裂紋的部件還能使用多久，而不致于誤判它過早的退役。
總之，在做某些大部件的故障分析時(shí)，應(yīng)考慮這方面的問題。
