機械零部件的失效分析技術探討

董淵

（山西省機電設計研究院有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

機械在長期的使用與運行中，避免不了會發生零部件失效的情況，零部件失效在機械使用中已經成為一種常態。在正常的使用中，機械的零部件出現磨損情況德國都會造成零部件失效，無法繼續應對接下來的工作。同時，在非正常使用下，零部件更是容易出現損壞的情況[1]。例如，由于機械操作不合理造成的機械零部件斷裂、磨損等，都是由于非正常使用情況下造成的機械零部件失效。在面對機械的使用中，這些正常運輸下或者是非正常因素下造成的機械零部件損壞，在一定情況下都會給機械的正常使用帶來安全隱患，并在一定程度上還會影響到該生產工作的時效性。但是，就目前階段而言，在機械的使用中要想達到機械零部件不出現失效的情況是不可能的。面對這種情況，只有同科學的零部件失效分析，對造成零部件失效的原因進行分析才能夠有效地避免由于機械零部件失效給整個生產帶來的影響[2]。就目前階段而言，通過各種技術與方式，對機械零部件的失效情況進行分析已經成為常態，是確保機械正常使用的關鍵操作內容。

1 失效的分類

在機械使用的過程中，不可避免的需要面對的問題就是零部件失效。在機械的長期使用中，機械零部件失效問題是造成機械故障問題的一個主要原因。并且，由于機械的復雜性，在機械零部件失效的形成原因中也有著很多的區別，大體上可以劃分為四大失效主要表現形式，分別是斷裂、變形、磨損和腐蝕。在機械不同的工作環境下，其造成機械零部件失效表現形式的原因也有著很大的差別。如果在上述四大基本失效情況下再繼續分類的話，每個失效表現形式又可以呈現出多個不同形式的失效表現形式。

例如，在機械零部件出現變形失效的情況下，其可能會發生以下磨損，分別為：腐蝕磨損、疲勞磨損、摩擦磨損、磨料磨損、粘著磨損、沖蝕磨損、微動磨損。針對機械的不通過用處，其發生變形失效的具體表現形式也會有著很大的不同。

表1 各種磨損類型所占的比重

其次，斷裂形式下的機械零部件失效，其主要是由于機械零部件在受到強大外力作用下造成的零部件斷裂問題，其具體還會表現為韌窩斷裂、解理斷裂、準解理斷裂、疲勞斷裂、沿晶斷裂等[3]。同時，在準解理斷裂表現形式下，還可以劃分為機械疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、微動疲勞斷裂等多種準解理斷裂的失效形式。在該斷裂形式的細致劃分中，機械疲勞斷裂的主要表現形式還有著應力斷裂、應變斷裂和接觸斷裂。這些不同的機械零部件斷裂形式都是造成機械零部件失效的一個主要分析原因。

另外，造成機械失效的一個原因就是零部件出現磨損。零部件的磨損主要集中在磨粒磨損、黏附磨損、疲勞磨損、流體磨損和化學腐蝕磨損上。機械在運轉的過程中，會接觸到各種各樣的加工內容，其中不乏各種化學腐蝕物，在針對化學腐蝕物進行加工的過程中，機械的零部件就會因為腐蝕原因造成出現磨損情況。需要注意的是，化學腐蝕磨損有化學腐蝕的作用，但是最終造成機械零部件失效的主要原因依舊是運作過程中的磨損，所以需要將化學腐蝕磨損歸類到機械零部件磨損失效中。

最后，造成機械零部件失效的一種情況就是腐蝕失效，在機械進行加工或者是運作的過程中，會接觸到很多加工環境，例如化學、電、油液等。在這樣的機械使用環境下，機械的零部件就會出現腐蝕情況。例如，機械零部件出現腐蝕失效的主要表現形式由化學腐蝕、電化學腐蝕、老化（主要集中在非金屬機械零部件上，在產期的使用中會出現老化現象）以及變質（油液也是機械的一個構成要素，也可納入到機械零部件的范疇內）等都是機械零部件出現腐蝕失效的一種主要表現形式。同時，還需要注意的是，在機械使用中，電化學腐蝕的出現情況較多，是造成機械零部件失效的主要原因，其主要集中表現在點蝕、剝蝕、電偶腐蝕、選擇性腐蝕、縫隙腐蝕、氣氛腐蝕、生物腐蝕、土壤腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等方面[4]。

2 機械零部件失效分析的主要方法

當機械零部件失效的時候，對其急性失效分析是不可缺少的重要工作步驟，在一般情況下，針對機械失效進行分析有著多種方法。機械的生產環境與工作方式的差異，會造成基礎出現不同形式的零部件失效，因此，采用科學的分析方法進行相關分析，是確保機械零部件失效分析科學嚴謹的主要保障。

圖1 失效的分類

2.1 逐個因素排查

當機械出現零部件失效故障的時候，工作人員在不確定造成零部件失效原因的情況下，依照工作認真的原則，工作人員需要采用逐個因素排查的方式對零部件失效的原因進行分析。在采用逐個因素排查對機械零部件失效原因排查的過程中，工作人員需要對使用者、機械系統、材料、使用的方法、工作的環境和進行機械管理的方式等六個方面進行排查。

首先，在采用逐個因素排查的過程中對熱內因素進行排查。在針對人為因素排查的過程中，第一，需要針對人為使用機械進行操作過程中有無違反機械操作原則等內容進行排查，此時，工作人員要根據機械操作守則進行仔細排查。第二，需要對機械的系統進行排查，在機械實際使用的過程中，由于系統故障造成機械的運轉出現問題，這樣的情況下很有可能造成機械的零部件出現損壞失效的情況。因此，工作人員在進行排查中還需要對機械的系統進行排查。第三，對材料進行檢查，這里的材料主要是指機械零部件的制作材料是否符合該生產模式下的要求。例如，機械零部件材料的硬度不合適的情況下，很容易造成機械零部件損壞失效。第四，對加工工藝進行排查。在機械進行運行與加工的過程中，加工時的工藝技術如果與機械的使用出現較為明顯的不同，這樣的情況下也會早合成機械零部件出現失效的情況，造成機械不能繼續運作的故障發生。第五，需要對機械的工作環境進行排查。很多時候，機械的放置環境在一定程度上會影響到機械的正常使用。例如，如果在過于潮濕的環境中使用機械加工，那么機械的零部件很容易受到周圍潮濕環境的影響，出現被腐蝕的情況，進而造成機械的零部件失效。第六，需要對管理方式進行排查，科學的管理方式是提高機械運行強度的有效保障。但是在實際使用中，很多不科學的機械管理方式會嚴重影響到機械零部件的使用壽命，會增加機械零部件出現失效情況的概率。

綜合上述進行機械零部件排查的六種方式而言，當機械零部件出現失效情況的時候，工作人員需要按照以上的六種具體排查內容進行機械零部件失效故障的排查，以認真負責的工作方式對造成機械零部件故障的原因進行失效分析，進而提高機械使用的科學性，提高機械零部件使用的高效性[5]。

2.2 痕跡分析法

在進行機械零部件失效分析的過程中，采用河西分析法能夠以更加快速的方式對機械零部件出現失效的情況進行分析。每個機械在使用過程中，其機械零部件的使用都會有著一定的使用痕跡，當機械及相關零部件出現故障的時候，工作人員可以根據機械零部件使用痕跡對其使用方式進行分析，采用追根溯源的方式對造成機械零部件實現的原因進行分析，并且能夠較為科學與快速地找到造成零部件失效的原因。在采用痕跡分析法的方式進行機械零件失效分析的過程中，工作人員能夠根據機械零件的損壞痕跡較為快速的發現造成零件損壞的原因，并且能夠在更加科學的前提下給出科學的解決措施。例如，發動機的渦輪轉子的葉片出現斷裂的情況時，工作人員就可以根據渦輪轉子的葉片裂痕及損壞情況進行分析，通過痕跡分析法的方式是對裂痕的走向及裂痕發生的位置進行分析，能夠有效地尋找出造成該機械零部件失效的故障原因。該分析法在進行機械零部件失效分析中有著較多的應用，并且其對機械零部件失效的原因分析有著較高的時效性與準確性。

2.3 失效樹分析法

失效樹分析法可以將其看做是一種邏輯分析法，將造成機械零部件損壞的情況看作一個邏輯關系，并采用樹狀圖的方式進行相關失效分析。在進行失效樹分析法針對機械零部件失效分析的過程中，其需要運用到第一種失效分析法中的部分技巧。例如，在一個機械零件失效之后，通過采用樹形圖邏輯分析的方式，需要列出諸多困難造成機械零部件出現失效的情況，比如機械的軟件、硬件、環境、人為因素等，然后在邏輯圖中針對這些困難涉及到機械零部件失效的原因進行邏輯性的演繹，實現對機械零部件失效分析的目的。該分析方式，需要結合逐個因素排查分析法中的排查要素進行，但是不需要采用逐個因素進行挨個排查的方式急性腦故障確認，只需要根據造成零部件失效的大體幾個原因進行邏輯分析排查即可，其有著較高的時效性與準確性，在目前針對機械零部件失效分析中以一種較為常見的分析方式出現。

3 結語

機械是由很多個零部件構成的，在機械的使用中，要想確保機械能夠正常使用，其零部件有效性是關鍵因素。但是在機械的長期使用中，機械中的零部件避免不了會發生各種失效情況。因此，在這樣的情況下要想確保機械生產與使用不受到延誤，工作人員就需要對機械零部件進行失效分析。失效分析是尋找零部件失效的一個主要方式，并且，根據失效分析結果還能夠提出科學的機械及零部件維修意見，是確保機械生產中有效運行的關鍵因素。因此，綜合來看，機械零部件失效分析在現階段的機械使用中有著較為重要的地位與存在意義。