1、目錄第1章 緒論 1.1 失效分析的發展簡況（1）1.2 失效分析的意義（2）1.3 本論文的主要工作內容（3）1.4 本論文的研究方法 （3）第章 失效分析的方法2.1 失效分析概況 （4） 2.1.1 失效分析的基本概念（4）2.1.2 失效的主要來源及模式 （4）2.2 常用失效分析方法及技術 （5） 2.2.1失效分析的思路 （5） 2.2.2常用失效分析技術 （6） 2.3系統分析方法 （9）2.4 本章小結 （10）第3章 mwm-v6型柴油機曲軸斷裂原因分析 3.1 實驗結果與分析（11）3.1.1 斷裂宏觀檢查（11） 3.1.2 軸頸表面殘余應力測定 （11） 3.2 討論（

2、12）3.3 對改進柴油機曲軸質量的意見（13）3.4 本章小結（13）第4章 軸類零件失效的系統分析 4.1故障樹分析法（14） 4.1.1 fta的背景和基本概念（14）4.1.2 fta的表示法（14）4.1.3fta舉例（14） 4.2 軸件失效地系統分析（16） 4.3 討論 （28） 4.4 小結（28）結束語（30）參考文獻（31）致謝信（32）摘 要本論文首先簡要介紹了失效分析的基本概念、失效的主要來源及模式、常用的失效分析方法及技術和失效的系統分析方法。失效分析技術有感官檢查診斷技術、痕跡發現技術、斷口和裂紋分析技術、化學成分分析技術、性能測試技術、無損檢驗技術、宏觀殘余應力

3、測試。本論文對河南柴油機廠生產mwmv1型柴油機曲軸斷裂進行了失效分析，mwmv12型柴油機曲軸斷裂原因分析結果表明該曲軸材料的冶金缺陷是導致疲勞裂紋在正常工作應力下過早形成的原因。同時軸頸表面硬度不均勻，淬硬層分布不甚合理；工作過程中潤滑條件較差，促進了曲軸的早期斷裂。本文還利用系統分析方法中的故障樹分析法描述了軸類零件斷裂的各種可能原因，在工作過程中所受到的載荷進行系統的分析。 為曲軸斷裂診斷知識的獲取提供了實際知識庫基礎。關鍵詞：曲軸；過熱：過燒：斷裂；故障樹分析法； 知識庫； 失較分析； 專家系統； 系統分析方法第一章 緒論1.1 失效分析的發展簡況長期以來，人類在生產實踐中不斷與產品

4、失效作斗爭，但失效分析僅作為零星、分散、宏觀的經驗世代相傳。失效分析作為一種學科分支還是近半個世紀的事情。材料科學的興起、先進測試技術的應用以及近代物理、化學等的全面發展，使得人們能夠從微觀方面闡明產品失效的本質、規律和原因。在此基礎上，失效分析走上系統、綜合、理論化的新階段。近半個世紀所積累的失效分析知識與技術千百倍于人類前期有關知識的總和。但這種知識必然隨著人類生產實踐和科技進步而不斷發展雖然由于科技的發展，產品在設計、生產、使用與維修上的技術改進，使得產品的可靠性日益提高，然而，失效事件并不會最終消失。而且，產品的自動化程度愈高、技術愈密集，一旦出現失效，造成的損失就愈嚴重。因此失效分析

5、將隨著科技的高速發展顯得更為重要。遠在 1862年英國建立世界第一個蒸氣鍋爐監察局時，失效分析就被作為法律仲裁產品質量事故的技術判斷手段。在1938-1945年間，美國質量管理學會發起 “失效廢品檢驗規劃”，號召生產企業把失效分析作為重要環節納入質量管理系統。在四十年代末和五十年代初，為解決電子產品失效問題而發展起來的可靠性理論使失效分析進入到一個新的階段。到六十年代，人們更開始了機械設備系統可靠性理論的研究。近年來，失效物理和失效分析在這種認識推動下，也得到了很大的重視和發展。失效分析推動科學技術進步，促進國民經濟健康發展，提高機械產品質量，在國民經濟中有重要作用和意義。早在遠古時代，人們對

6、產況，失效就有了宏觀認識。產品失效真正給人類帶來嚴重的危害，則是從 100多年前的工業革命開始的。當蒸汽動力和大機器生產給人類社會帶來巨大進步的同時，產品失效也給人類帶來了前所未有的災難性事故。因而1862年，英國建立了世界上第一個蒸汽鍋爐監察局，把失效分析作為法律仲裁事故和提高產品質量的技術手段。隨后，在工業化國家中，對失效產品進行分析的各種機構相繼出現。隨著科技的突飛猛進，系統和設備日益復雜，功能不斷提高，其不可靠和不安全因素增多，導致故障的原因也增多，因而對故障的分析研究工作亦越來越受到世界各國的關注。工業的發展、技術的進步正是人們不斷與產品失效做斗爭的結果，這在航空和航天事業的發展史中

7、表現尤為突出。因為即使航天飛機這么先進的運載工具也可能發生故障，如美國的價值 12億美元的“挑戰者”號航天飛機，在1986年1月28日第11次升空時突然爆炸，使七名宇航員遭難，這一慘痛悲劇再次告誡人們忽視產品失效問題將帶來災難性的惡果。任何一次失效都可以看成是產品在服役條件下所做的一次最真實最可靠的科學試驗的結果；通過失效分析判斷失效模式，找出失效的原因和影響因素 （相關因素），也就找到了薄弱環節所在，從而可以改進有一關部門的工作，提高產品質量。1.2 失效分析的意義失效分析是可靠性工程的技術基礎之一,是安全工程的重要技術保證之一；是維修工程的理論基礎和指導依據；可產生巨大的經濟效益和社會效益

8、。因而開展失效分析工作是非常有意義的，其重要性一般包括以下幾個方面：1. 可以保證產品的可靠性，減少由于設備失效造成的人身傷亡和直接經濟損失；2. 可以從中吸取大量經驗教訓以利制定和完善產品質量管理的有關文件、標準和規程，是產品質量管理的一個重要環節；3. 有助于及時 “吃透”國外先進技術，提高引進速度、質量和效率；4. 通過對進口設備的失效分析可以為向外商索賠提供依據或技術仲裁：5. 可以使設備維修工作建立在失效分析的基礎上，從而取得良好的事故預防；6. 失效分析的結果也是現行技術規范、規程和標準的適用性的實地檢驗，可作為修訂和制訂文件的依據；7. 失效分析的統計資料是制訂科技開發規劃和經濟

9、發展規劃的重要依據，失效分析可以為各級人員正確處理現場技術問題提供科學的依據。在我國，由于長期的歷史原因，現有設備超期服役帶病運行相當普遍，有相當一部分設備存在著各種結構缺陷、工藝缺陷、加工缺陷、制造缺陷、材料缺陷和使用不當產生的裂紋或損傷腐蝕介質影響或長期超載運行等。若盲目使用這些設備而不及時采取措施進行監控和防預，必將發生事故。因而，為了盡量減少事故的發生，需要進行失效分析研究。目前國內關于失效分析方面的研究比較多，他們大多采用傳統的宏觀、微觀分析法對失效原因進行分析。本文首先也將采用宏觀、微觀分析法分析兩根曲軸的斷裂原因，另外，本文還將嘗試利用fta這一系統分析法進行失效分析。某廠從德國

10、引進了 mwm 柴油機生產技術。近幾年，該廠生產的mwm柴油機曲軸陸續發生斷裂事故，先后有20來根mwm柴油機曲軸在使用過程中發生斷裂。這是一個重大的產品質量問題，不僅給該廠造成了嚴重的經濟損失，還對該廠的市場銷售、質量信譽產生不良影響，因而需要盡快解決這一問題。本課題就是在這個工程背景下，受該廠委托，試圖對其中兩根斷軸進行失效分析，以期找到失效的真正原因。本課題的主要工作內容和研究方法。1.3 本論文的主要工作內容1某廠生產的一根mwm-v6型柴油機曲軸發生斷裂，本文運用宏、微觀方法對之進行失效分析，給出其斷裂的原因。2另一根mwm v-12型柴油機曲軸也發生了斷裂，本文運用宏、微觀方法對之

11、進行失效分析，給出其斷裂的原因。3本文還利用故障樹分析法對軸類零件的斷裂原因進行系統分析，并給出軸類零件斷裂原因的故障樹，為其專家系統的建立提供故障樹基礎。1.4 本論文的研究方法本論文首先對mwm-v6及mwm-v12型柴油機曲軸的斷口進行宏觀觀察，進而利用掃描電鏡進行微觀斷口分析，并采用金相方法分析斷口附近的夾雜物，然后利用掃描電鏡所帶的能譜儀測量夾雜物的成分，確證曲軸斷裂的原因。通過各方面的學習,對曲軸工作過程中的受力情況和工作環境對曲軸失較的影響.本文還利用fta這一系統分析法對軸類零件斷裂的原因進行了系統分析。第章 失效分析的方法2.1 失效分析概況2.1.1 失效分析的基本概念所謂

12、失效，按照國家標準 gb3187a2可靠性基本詞術語及定義，就是：“產品喪失規定的功能，對可恢復產品通常也稱故障11m。為了研究失效的原因，確定失效的模式或機理，并采取補救或預防措施以防止失效再度發生的技術活動與管理活動，叫作 “失效分析”。因此失效分析是可靠性工程的重要組成部分，也是保證產品可靠性而需建立的反饋系統的重要環節。失效分析是一門涉及系統分析、系統安全生產、設計、材料力學、斷裂力學、斷裂物理、斷口學、材料學、測試技術、金屬學、金屬工藝、強度計算、產品質量全面管理等眾多領域的綜合學科，它包括三個方面： 1事前故障的預測技術，如可靠度計算、故障率評價和可靠性分析法（故障樹分析fta，故

13、障模式和影響分析fmea，事件樹分析eta等）；2事中故障診斷技術 （應力定量化技術、故障檢測及故障征兆診斷技術、設備或系統強度、故障性能定量化及劣化定量化技術等）；3事后失效分析 （壽命預測技術、故障機理、失效模式的測定技術、失效評定的標準、維修技術等）。上述事后失效分析也即是失效分析或故障分析，是指事故或故障發生后的檢測和分析，以便找到失效的部位、原因和機理；掌握產品的改進線索或修復方法，防止問題重復發生。近年來，失效分析工作還注意了反饋與發展，在工況與質量上做了不少工作，從事前分析、事后預防發展到事中監控。2.1.2 失效的主要來源及模式失效經常是由多方面原因造成的，其主要來源包括設計、

14、選材、材料缺陷、制造工藝、再加工、組裝、檢查、試驗、質量控制、貯運、工作條件、維修和工作中預先未暴露的過載以及機械的或化學的損傷等。1.設計上的缺點：機械缺口、改變設計、零件的升級使用2.金屬部件的各種失效模式 （1）過量變形:力和溫度或者力或溫度引起彈性變形；屈服；壓痕：蠕變：沖擊變形（2）表面損傷:粘著磨損；磨粒磨損：腐蝕磨損：形變磨損：沖擊磨損：f. 微振磨損；g.陣接觸疲勞磨損：.剝落；（3）腐蝕:a均勻腐蝕：b縫隙腐蝕：c電池作用腐蝕：d點腐蝕；e品間腐蝕：f選擇浸出：g沖蝕：氣蝕：氫損傷：生物腐蝕；應力腐蝕；微振腐蝕3斷裂（1）延性斷裂（2）脆性斷裂（3）沖擊斷裂4疲勞斷裂 高溫疲

15、勞；高周疲勞；。低周疲勞；熱疲勞；接觸疲勞；沖擊疲勞：陣腐蝕疲勞；微振疲勞5應力持久斷6蠕變一疲勞復合斷裂2.2 常用失效分析方法及技術2.2.1失效分析的思路失效分析思路是對于己經發生的事故考慮從什么地方開始，沿著什么樣的程序去分析研究故障現象的因果關系，確定事故原因，完成分析任務。斷裂失效分析思路一般是：斷裂失效事故一故障件裂紋或斷口分析力學性能分析顯微組織分析結構受力分析使用維護分析。必要時可進行工藝分析、材料成分分析、環境分析、相結構分析和殘余應力分析。1失效分析的具體過程（1）調查研究 向機器操作者調查破壞過程，觀察破壞現場，了解破壞構件在機器的部位和工作情況。 向生產工人和技術人員

16、調查構件的生產工藝歷史和工藝參數。 向設計人員調查構件的設計過程和設計計算。 外觀檢查，觀察破壞構件的外形特征。 服役條件、工作環境等的綜合分析。（2） 斷口分析、破面分析、變形量測定 斷裂試樣的正確選擇及切取。 斷口的宏觀分析。 斷口的微觀分析。（3） 內在質量的檢驗 低倍檢驗：主要檢查夾雜、氣孔等低倍檢查項目。 金相組織分析：檢查破斷零件的裂紋分布及走向，金相組織是否正常。 材料的化學成分分析：主要復驗材料的化學成分是否合乎零件的要求，以及雜質、偏析和可能引起問題的微量元素在材料中的含量及大致分布。機械性能測定：主要復驗材料的常規機械性能是否合格，據構件破壞部位的幾何形狀、應力分布情況、負

17、載的變化等情況與該類情況下的靜動機械性能比較。（4） 判明失效的原因：據上面的調查研究及實驗檢查結果，綜合分析造成構件失效的原因。（5） 提出改進措施（6） 實際運行考驗常用失效分析技術失效分析技術是指在各種失效分析方法中具體所采用的分析技術和手段。對失效分析對象而言，失效分析技術從總體上可分為非破壞性和破壞性失效分析技術，具體可分為感官檢查診斷技術、痕跡發現技術、斷口和裂紋分析技術、化學成分分析技術、性能測試技術、無損檢驗技術、宏觀殘余應力測試等1感官檢查診斷技術失效分析與醫生看病或偵察案件相似，對信息資料既要單獨和分類推敲，又要綜合分析，通盤考慮，然后提出疑問、假設，進一步有針對性地補充信

18、息資料，多方考核，驗證假設，從眾多原因中，逐步確定取舍，從而得出可靠結論，并提出切實可行的預防措施，最后在實踐中進一步驗證。感官檢查是一種直觀、簡潔、使用方便、可靠性好的應用技術。主要依靠人體感官功能和智力、經驗的結合來獲取、存儲、加工處理信息，達到分析目的。它主要包括視覺檢查、觸覺檢查、嗅覺檢查等。2痕跡發現技術失效分析中進行宏觀、微觀分析時都離不開痕跡分析。通過痕跡分析，不僅可對事故和失效的發生、發展過程作出判斷，并可為事故和失效分析結論提供可靠的佐證和依據。所謂痕跡分析就是對表面形貌 （花樣）的變化、成分的變化 （或材料的遷移）、顏色的變化、表層組織、性能的變化、殘余應力的變化、以及表面

19、污染狀態的變化等變化特征進行診斷鑒別，找出變化的原因，為事故和機械失效分析提供線索和證據。其主要研究內容是： 研究機械表面上形成痕跡的物理、化學過程 （即機制）； 研究痕跡對機械結構及其功能的影響； 研究不同材料表面性能與痕跡的關系及其在機械失效分析中的應用； 痕跡的理化檢驗方法；在一般情況下，痕跡分析程序是；尋找、發現和顯現痕跡；痕跡的提取、固定、顯現、清洗、記錄和保存；鑒定痕跡 （這是痕跡分析的重點工作）一般原則是由表及里，由簡而繁，先宏觀后微觀，先定性后定量。遵循形貌一成分組織結構、性能的分析順序； 痕跡的模擬再現試驗：綜合性分析： 做分析結論并寫出有建設性意見的報告。3斷口和裂紋分析技

20、術斷口和裂紋分析一般包括宏觀分析與微觀分析兩個方面。前者指用肉眼或 40倍以下的放大鏡、實休顯微鏡對斷口或裂紋進行觀察分析，可有效地確定斷裂起源和擴展方向：后者指用光學顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡等對斷口或裂紋進行觀察、鑒別與分析，可以有效地確定斷裂類型與機理。宏觀分析和微觀分析是不可分割的整體，二者不可互相取代，只能互相補充、互相促進。過分依賴微觀分析而不重視宏觀分析，只根據幾個微觀視場的特征就作出判斷，往往會導致全局性的判斷失誤；反之，忽視微觀分析只進行宏觀分析，則可能得出膚淺乃至錯誤的結論。斷口和裂紋分析技術一般包括：分析對象的確定與顯示技術、觀察與照相記錄技術、識別與診斷技術、定性與定量

21、分析技術及儀器與設備的使用技術等。4化學成分分析技術 在失效分析中，常常需要對失效零件的材料成分 （包括定牌號、全成分或部分成分）、外來物 （如擦痕或濺射附著物）、表面沉積物、腐蝕生成物及氧化物等進行定性或定量的分析，以便為最終的失效分析結論提供依據。常規分析技術該技術主要用于分析失效零件名義或宏觀區域的材料成分，其主要方法有： 濕法化學分析：可準確分析含量較大的金屬，陰離子的有無及其濃度； 半定量發射光譜和原子吸收光譜：用于分析合金成分； 燃燒法：用于測定金屬中的碳、硫、氫、氮、氧的含量； 點滴法：可簡單地定性分析金屬中的合金元素、沉淀物、腐蝕產物、土壤等； 紅外、紫外光譜：用于檢測有機物質

22、。表面及微區分析技術在失效分析中，相對于名義或宏觀區域的成分分析，失效零件的材料的表面成分及失效源區的微區成分分析更為重要，尤其是對表面損傷或者由于諸如夾雜、成分偏析等造成的失效。目前主要的分析儀器有：俄歇電子譜儀、離子探針、電子探針、射線能譜儀、射線波長譜儀等。在掃描電鏡上可裝置俄歇電子譜儀、射線能譜儀、射線波長譜儀等，以滿足微區成分分析的需要。5性能測試技術對于一些重大的、復雜的斷裂或變形失效，往往必須作力學性能方面的試驗分析工作，優先考慮的試驗有硬度試驗、沖擊試驗等，若上述試驗不足以說明結論意見時，可進一步取樣作其它性能試驗，如拉伸試驗、，、耐磨性及腐蝕敏感性試驗等。6無損檢驗技術無損檢

23、驗就是應用一些物理現象，在不改變材料或零件形狀和性能 （包括機械性能和化學性質）條件下，迅速可靠地確定其表面或內部裂縫和其他缺陷的大小、數量和位置的方法。在失效分析中應用無損檢測技術的目的在于： 檢查失效件的同批服役件、庫存件，防止同類事故的發生，若能查出第二件、第三件，則更有利于失效性質及失效原因的分析判斷； 某些容器、管道、殼體，甚至一些復雜形狀的系統裝置出現裂紋或泄露時，常需要借助于無損檢測技術來確定其確切部位，以便取樣分析或采取相應的補救措施； 在脆性破壞中，利用無損檢驗技術來檢測監視臨界裂紋長度，防止發生脆斷。無損檢驗是一門系統而復雜的新興學科，其檢驗方法己有十多類，有的正在不斷完善

24、，并向著自動化，提高性能及靈敏度，使用電視裝置等方面發展 （如 射線探傷、磁力探傷、超聲波探傷等），有的還在發展中。根據無損探傷的原理，其檢驗方法大致可分為五類：放射性探傷、電磁探傷、聲試驗法探傷、滲透法探傷和熱試驗法探傷。7宏觀殘余應力測試金屬零件經各種冷熱加工 （如切削、磨削加工、裝配、冷拔、熱處理等）之后，其內部或多或少都存在殘余應力。殘余應力的存在對材料的疲勞、耐腐蝕、尺寸穩定性都有影響，甚至在服役過程中引起相變。據最近的調查分析，由于殘余應力影響或導致的機械零件失效達 80以上。因此在失效分析中，常需對機械零部件的殘余應力進行測定。宏觀殘余應力測定方法很多，如電阻應變片法、光彈性復膜

25、法、脆性涂料法、射線法及聲學法等。面對如此繁多的失效分析實驗檢測技術，在進行某項具體的失效分析時該選用哪些檢測技術，應根據失效現象的復雜程度，同時考慮失效分析的深度、時間性和經濟性；即要依據失效分析的實際需要，檢測技術的適用性和經濟性選用實驗檢測技術。系統分析方法 隨著科技的不斷進步，設備日益復雜龐大，其失效因素除物的因素外，還包括人的許多因素 （如管理不善、判斷失誤、操作過失、責任心不強等）和軟件方面的因素 （如計算機程序錯誤）。龐大復雜的設備可能的失效原因常常不止一個或幾個，而是十個、甚至更多；若僅用物理失效方法難于解決復雜系統的失效分析任務。而且目前一般的失效分析都是 “手工”操作，分析

26、耗時長，對核電站泄漏之類需在較短時間作出判斷和處理的情況很難勝任。因此，對復雜而緊迫的設備失效分析，必須應用系統工程的思想和方法。失效分析的系統工程方法有許多種，其中最常見的有：故障樹分析法（fta）、特征一因素圖分析法、失效模式與后果分析法 （fmea）、事件時序樹分析法 （eta）等。此外，日本石川發明的特征一因素圖分析法是將己表現出來的失效或異常現象 （即表現出的結果稱作特征）和引起這些現象的那些因素，用“魚骨”結構聯系起來，通過分析找出這些現象的直接原因。事件時序樹分析法從認為是失效原因的初始事件出發，按時間順序追蹤，到設備或系統失效的最終事件為止 （相當 fta的頂端事件），按零件的

27、功能和應用的順序，把在阻止事件發生上是成功的或失敗的事件展開成樹形圖。eta 是從原因到結果，正好與fta相反。. 本章小結本章主要介紹了失效分析的基本概念、失效的主要來源及模式、常用的失效分析方法及技術和失效的系統分析方法。失效分析技術中主要介紹了感官檢查診斷技術、痕跡發現技術、斷口和裂紋分析技術、化學成分分析技術、性能測試技術、無損檢驗技術、宏觀殘余應力測試。失效的系統分析方法則主要介紹了fta及fmea兩種方法。第三章 mwm-v6型柴油機曲軸斷裂原因分析本章分析了mwm-v6型柴油機曲軸斷裂原因，結果表明鍛件過熱過燒是導致斷裂的直接原因；曲軸熱處理工藝不規范、不完善，曲軸工作潤滑條件不

28、良加速了曲軸斷裂。本章還對加強生產過程中的質量管理和失效分析工作提出了意見該mwm-v6型柴油機曲軸，作為某漁船主機，于1997年11月裝船作業，至 1998年 1月發生曲軸斷裂事故。斷裂發生于b1缸連桿軸頸，屬典型的早期斷裂。該曲軸采用42crmo電渣重熔鋼制造，其主要工藝流程為：下料-模鍛-調質-冷加工-中頻感應淬火-回火-精磨。大約同期出廠的一批柴油機發生多起類似的斷軸事故。其模鍛件由模鍛件廠供貨，其他工序在柴油機生產廠完成。中頻淬火只對軸頸平直段進行，軸頸與曲柄連接的過渡圓角部位，因后續磨削工藝裝備尚未完善而不進行中頻淬火處理。按技術條件規定軸頸經表面淬火后，其硬度達586hrc。mw

29、m 機型是我國近年來引進的柴油機系列產品，目前正處于技術消化和應用推廣階段，其生產過程中，因某些工藝環節尚存在不盡完善或不太合理的地方而影響產品質量，導致個別零件早期失效，是在所難免的，屬于發展中的問題，需在實踐中不斷改進，日臻完善，完成國產化進程。但該mwm-v6機因曲軸斷裂，使整機壽命只有幾十個小時，當屬嚴重的質量事故。對此類事故，若不查明原因，采取改進措施，防止類似事故重復發生，該產品將喪失其機械產品信譽和競爭能力。3.1 實驗結果與分析3.1.1 斷裂宏觀檢查該連桿軸頸靠近斷口一端嚴重磨損，表面粗糙，呈焦油色，該區域內的斷口表面也呈焦油色。整個斷口表面較粗糙，部分呈粗糙的貝紋花樣，貝紋

30、間隔為3-5mm,屬疲勞斷裂區；部分為靜段區，呈暗灰色，其中兩處有石狀斷口特征。疲勞區約占斷口總面積62%。3.1.2 軸頸表面殘余應力測定軸頸表面殘余應力測定利用 射線方法測（211）衍射譜線半高寬確定軸頸表面殘余應力，測試結果表明，在過渡圓角未淬火部位出現殘余拉應力約 35mpa，己淬火表面均為殘余壓應力，軸頸中段殘余壓應力平均為800mpa，如圖3.8。圖3.8 連桿軸頸表面淬火后沿長度分布殘余應力. 討論上述結果表明，該曲軸鍛造過燒，導致晶界氧化物和晶界開裂等不可消除的缺陷，是構成石狀斷口的本質原因。又因終鍛溫度過高導致大量非金屬夾雜物質點沿晶界析出，嚴重地削弱了晶界結合力，造成材料疲

31、勞強度的嚴重損傷。裂紋源于曲柄連桿軸頸的過渡圓角處，此處存在應力集中：測得圓角半徑，6.5，根據應力集中手冊，該處彎曲應力集中系數為(b)1.93，扭轉應力集中系數k1.58。顯然，這里應該進行強化。洛氏硬度的測試結果表明，該軸的表面淬火硬度較技術要求低約 25，導致材料的疲勞極限也損失約25；同時熱處理工藝中對曲柄軸頸圓角處沒有進行淬火處理。從抗疲勞失效的角度考慮，圓角部位是最應該強化的地方，但在本曲軸上卻成為最削弱的地方。冶金因素造成的材料損傷與軸頸結構強度特點的迭加，必然在圓角部位首先形成裂紋。前己述及，該曲軸工作過程中潤滑不良，軸頸磨損嚴重，這也必然導致軸頸所受扭矩增大，對于扭轉載荷來

32、說，連桿軸頸成為最薄弱環節，裂紋形成后向軸頸內部擴展并表現出剪應力起主導作用的裂紋特征，形成斜斷口 。當裂紋擴展到接近最終裂紋尺寸時，將會引起過量變形，從而影響運動精度，隨之而來的是震動和噪音加大，磨損加劇，局部溫升，抱軸等，以致殘留的軸頸截面被扭斷。軸頸上和斷口上的局部焦油色就是在這一過程中形成的。. 對改進柴油機曲軸質量的意見 目前國產柴油機曲軸斷裂 （尤其早期斷裂）仍是普遍存在的問題。導致斷軸的原因主要是冷、熱加工以及配件質量和使用維護等方面的問題。除這些直接原因外，在生產管理方面存在的問題，如對影響產品質量的各環節的管理，充分發揮質檢部門的作用，強化失效分析及信息反饋工作等，對實現產品

33、斷裂控制有更重要的影響。以本文的曲軸斷裂為例，熱加工缺陷固然是失效的直接原因，但存在如此缺陷的斷件又是如何從鑄鍛廠流入到柴油機廠的？本應報廢的鍛件又是如何跟隨正品鍛件走完全部工藝流程，并通過檢驗出廠的？同批進廠鍛坯的曲軸連續發生的數起類似早期斷裂事故，想到我們需要消化吸收新技術以趕超先進水平，看來充分發揮質量管理部門的職能，強化生產各環節和管理部門的質量意識是何等重要。3.4 本章小結1該曲軸因鍛造過燒造成晶界氧化物和晶界開裂等不可消除的缺陷，這也是造成石狀斷口的原因；終鍛溫度過高導致大量非金屬夾雜物質點沿晶界析出，嚴重削弱了晶界結合力，損傷了材料的疲勞強度；這是該曲軸早期斷裂的直接原因。2該

34、曲軸熱處理工藝不規范，非淬火帶超差，淬火帶硬度不足；熱處理工藝不完善，在曲柄軸頸過渡圓角處存在應力集中的地方，也就是在未淬火帶上，造成拉應力。3該曲軸工作過程中潤滑條件不良。第4章 軸類零件失效的系統分析本章簡要介紹了系統分析方法中的故障樹分析法，并采用故障樹分析法對軸類零件的斷裂原因進行了系統分析，列出了軸類零件斷裂的各種可能原因。本章也討論了故障樹和專家系統的關系。軸類零件幾乎是任何機械設備中不可缺少的重要核心零件，其主要功能是支承旋轉零件或通過旋轉運動傳遞動力或運動。軸類零件失效將導致機械設備不能正常運行，造成巨大的經濟損失，甚至危及人的生命。軸類零件均要經歷設計、選材、各種冷熱加工和裝

35、配等工藝過程，其失效可能是由其中任一工藝的某個環節失誤引起，因而軸類零件可能的失效原因往往不止一個或幾個，而是幾十個甚至更多；失效也經常不是由某一種原因引起，而是多種原因復合作用的結果；這就要求對軸類零件的失效作系統分析。4 故障樹分析法4.1.1 fta的背景和基本概念fta來自數學圖論中樹的概念和電子計算機的算法符號，是將系統、子系統、零部件、工藝因素、人為因素和零件結構、性能等內因、外因聯系起來作成的分層次因果樹形關系圖。4.1.2 fta的表示法在fta中，可以把一個準備分析的設備稱為一個系統，把組成該設備的零部件稱作系統的組元；也可以將一個零件所經歷的加工工藝過程和服役過程作為一個系

36、統fta用于分析各種組元狀態 （即事件）間的邏輯關系。表示狀態正常變化的事件是正常事件：反之，狀態變化未能實現組元的預定功能，或出現非預期的狀態變化的事件就是異常事件，也稱故障事件，簡稱事件 （e）。本文將以軸類零件的工藝過程作為一個系統。故障樹分析法所用符號分兩類：事件符號，邏輯符號。其主要符號說明4.1.3fta舉例以焊接件為例解釋fta的意義如下。焊接構件破裂原因的分類；圖4-1 焊接構件破裂原因的部分fta圖上圖為焊接構件破裂故障樹的一部分，其意義為：“材料問題”或 “施焊問題”是焊接構件破裂的可能原因；“材質不良”，“焊接性不良”或 “材料管理不善”導致 “材料問題”：“技術不成熟”

37、，“焊接條件錯誤”，“過大約束”，“焊接工藝對材料不適當”或 “預熱，后熱不當”導致 “施焊問題”顯然，該部分故障樹可以采用上面的描述方式轉化為計算機可利用的形式，為進一步建立焊接件破裂原因診斷專家系統提供知識庫基礎。4.2 軸件失效地系統分析 43 討論系統分析的首要任務是獲取信息，而不是建立系統模型。如果獲取的知識不準確、不完善，建立的相應的系統模型不會很有效；因而知識獲取是專家系統開發的一道關鍵工序x23，m7在失效分析中，利用故障樹法建造的故障樹可為專家系統的知識庫提供基礎。在以后工作中不斷收集各種失效原因的概率，就可進行可靠性定量分析，然后提出相應的改進措施以降低故障發生的概率。這樣

38、建立的專家系統可為生產廠家提供加工前的可靠性分析，采用合理的工藝過程，減少事故的發生。由于軸類零件在各種機械設備中的重要地位，對其進行徹底、全面的分析是十分有意義的；本文進行了軸類零件失效原因的系統分析，由于缺乏各種可能原因的概率，文中沒有進行定量分析；相信隨著科技的突飛猛進，新情況、新問題的不斷出現，軸類零件失效系統必將逐步完善并得到更多的應用。44 小結由于軸類零件加工工序較復雜，失效原因也較復雜，本文采用故障樹分析法給出了軸件失效的各種可能原因。軸類零件失效的系統分析為其工業生產提供了可靠性分析的依據。另外，故障樹也為專家系統的建立提供了知識庫基礎。本論文得到的主要結論：1. mwm-v6型柴油機曲軸斷裂的直接原因是鍛件過熱過燒造成的晶界氧化物和晶界開裂；斷口為石狀斷口。曲軸熱處理工藝不規范、不完善，曲軸工作潤滑條件不良加速了曲軸斷裂。2. 由于軸類零件加工工序較復雜，失效原因也較復雜，本文采用故障樹分析法給出了軸類零件失效的各種可能原因。軸類零件失效的系統分析為其工業生產提供了可靠性分析的依據。另外，故障樹也為專家系統的建立提供了知識庫基礎。關于今后工作的建議：本文所做的故障樹分析為專家系統的知識庫提供了基礎，但由于缺乏各種失效原因的概率，暫時無法進行故障樹的定量分析，因此，建議今后收集積累各種失效原因的出現幾率