机械零部件的失效分析技术探讨

董渊

（山西省机电设计研究院有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

机械在长期的使用与运行中，避免不了会发生零部件失效的情况，零部件失效在机械使用中已经成为一种常态。在正常的使用中，机械的零部件出现磨损情况德国都会造成零部件失效，无法继续应对接下来的工作。同时，在非正常使用下，零部件更是容易出现损坏的情况[1]。例如，由于机械操作不合理造成的机械零部件断裂、磨损等，都是由于非正常使用情况下造成的机械零部件失效。在面对机械的使用中，这些正常运输下或者是非正常因素下造成的机械零部件损坏，在一定情况下都会给机械的正常使用带来安全隐患，并在一定程度上还会影响到该生产工作的时效性。但是，就目前阶段而言，在机械的使用中要想达到机械零部件不出现失效的情况是不可能的。面对这种情况，只有同科学的零部件失效分析，对造成零部件失效的原因进行分析才能够有效地避免由于机械零部件失效给整个生产带来的影响[2]。就目前阶段而言，通过各种技术与方式，对机械零部件的失效情况进行分析已经成为常态，是确保机械正常使用的关键操作内容。

1 失效的分类

在机械使用的过程中，不可避免的需要面对的问题就是零部件失效。在机械的长期使用中，机械零部件失效问题是造成机械故障问题的一个主要原因。并且，由于机械的复杂性，在机械零部件失效的形成原因中也有着很多的区别，大体上可以划分为四大失效主要表现形式，分别是断裂、变形、磨损和腐蚀。在机械不同的工作环境下，其造成机械零部件失效表现形式的原因也有着很大的差别。如果在上述四大基本失效情况下再继续分类的话，每个失效表现形式又可以呈现出多个不同形式的失效表现形式。

例如，在机械零部件出现变形失效的情况下，其可能会发生以下磨损，分别为：腐蚀磨损、疲劳磨损、摩擦磨损、磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、微动磨损。针对机械的不通过用处，其发生变形失效的具体表现形式也会有着很大的不同。

表1 各种磨损类型所占的比重

其次，断裂形式下的机械零部件失效，其主要是由于机械零部件在受到强大外力作用下造成的零部件断裂问题，其具体还会表现为韧窝断裂、解理断裂、准解理断裂、疲劳断裂、沿晶断裂等[3]。同时，在准解理断裂表现形式下，还可以划分为机械疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、微动疲劳断裂等多种准解理断裂的失效形式。在该断裂形式的细致划分中，机械疲劳断裂的主要表现形式还有着应力断裂、应变断裂和接触断裂。这些不同的机械零部件断裂形式都是造成机械零部件失效的一个主要分析原因。

另外，造成机械失效的一个原因就是零部件出现磨损。零部件的磨损主要集中在磨粒磨损、黏附磨损、疲劳磨损、流体磨损和化学腐蚀磨损上。机械在运转的过程中，会接触到各种各样的加工内容，其中不乏各种化学腐蚀物，在针对化学腐蚀物进行加工的过程中，机械的零部件就会因为腐蚀原因造成出现磨损情况。需要注意的是，化学腐蚀磨损有化学腐蚀的作用，但是最终造成机械零部件失效的主要原因依旧是运作过程中的磨损，所以需要将化学腐蚀磨损归类到机械零部件磨损失效中。

最后，造成机械零部件失效的一种情况就是腐蚀失效，在机械进行加工或者是运作的过程中，会接触到很多加工环境，例如化学、电、油液等。在这样的机械使用环境下，机械的零部件就会出现腐蚀情况。例如，机械零部件出现腐蚀失效的主要表现形式由化学腐蚀、电化学腐蚀、老化（主要集中在非金属机械零部件上，在产期的使用中会出现老化现象）以及变质（油液也是机械的一个构成要素，也可纳入到机械零部件的范畴内）等都是机械零部件出现腐蚀失效的一种主要表现形式。同时，还需要注意的是，在机械使用中，电化学腐蚀的出现情况较多，是造成机械零部件失效的主要原因，其主要集中表现在点蚀、剥蚀、电偶腐蚀、选择性腐蚀、缝隙腐蚀、气氛腐蚀、生物腐蚀、土壤腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等方面[4]。

2 机械零部件失效分析的主要方法

当机械零部件失效的时候，对其急性失效分析是不可缺少的重要工作步骤，在一般情况下，针对机械失效进行分析有着多种方法。机械的生产环境与工作方式的差异，会造成基础出现不同形式的零部件失效，因此，采用科学的分析方法进行相关分析，是确保机械零部件失效分析科学严谨的主要保障。

图1 失效的分类

2.1 逐个因素排查

当机械出现零部件失效故障的时候，工作人员在不确定造成零部件失效原因的情况下，依照工作认真的原则，工作人员需要采用逐个因素排查的方式对零部件失效的原因进行分析。在采用逐个因素排查对机械零部件失效原因排查的过程中，工作人员需要对使用者、机械系统、材料、使用的方法、工作的环境和进行机械管理的方式等六个方面进行排查。

首先，在采用逐个因素排查的过程中对热内因素进行排查。在针对人为因素排查的过程中，第一，需要针对人为使用机械进行操作过程中有无违反机械操作原则等内容进行排查，此时，工作人员要根据机械操作守则进行仔细排查。第二，需要对机械的系统进行排查，在机械实际使用的过程中，由于系统故障造成机械的运转出现问题，这样的情况下很有可能造成机械的零部件出现损坏失效的情况。因此，工作人员在进行排查中还需要对机械的系统进行排查。第三，对材料进行检查，这里的材料主要是指机械零部件的制作材料是否符合该生产模式下的要求。例如，机械零部件材料的硬度不合适的情况下，很容易造成机械零部件损坏失效。第四，对加工工艺进行排查。在机械进行运行与加工的过程中，加工时的工艺技术如果与机械的使用出现较为明显的不同，这样的情况下也会早合成机械零部件出现失效的情况，造成机械不能继续运作的故障发生。第五，需要对机械的工作环境进行排查。很多时候，机械的放置环境在一定程度上会影响到机械的正常使用。例如，如果在过于潮湿的环境中使用机械加工，那么机械的零部件很容易受到周围潮湿环境的影响，出现被腐蚀的情况，进而造成机械的零部件失效。第六，需要对管理方式进行排查，科学的管理方式是提高机械运行强度的有效保障。但是在实际使用中，很多不科学的机械管理方式会严重影响到机械零部件的使用寿命，会增加机械零部件出现失效情况的概率。

综合上述进行机械零部件排查的六种方式而言，当机械零部件出现失效情况的时候，工作人员需要按照以上的六种具体排查内容进行机械零部件失效故障的排查，以认真负责的工作方式对造成机械零部件故障的原因进行失效分析，进而提高机械使用的科学性，提高机械零部件使用的高效性[5]。

2.2 痕迹分析法

在进行机械零部件失效分析的过程中，采用河西分析法能够以更加快速的方式对机械零部件出现失效的情况进行分析。每个机械在使用过程中，其机械零部件的使用都会有着一定的使用痕迹，当机械及相关零部件出现故障的时候，工作人员可以根据机械零部件使用痕迹对其使用方式进行分析，采用追根溯源的方式对造成机械零部件实现的原因进行分析，并且能够较为科学与快速地找到造成零部件失效的原因。在采用痕迹分析法的方式进行机械零件失效分析的过程中，工作人员能够根据机械零件的损坏痕迹较为快速的发现造成零件损坏的原因，并且能够在更加科学的前提下给出科学的解决措施。例如，发动机的涡轮转子的叶片出现断裂的情况时，工作人员就可以根据涡轮转子的叶片裂痕及损坏情况进行分析，通过痕迹分析法的方式是对裂痕的走向及裂痕发生的位置进行分析，能够有效地寻找出造成该机械零部件失效的故障原因。该分析法在进行机械零部件失效分析中有着较多的应用，并且其对机械零部件失效的原因分析有着较高的时效性与准确性。

2.3 失效树分析法

失效树分析法可以将其看做是一种逻辑分析法，将造成机械零部件损坏的情况看作一个逻辑关系，并采用树状图的方式进行相关失效分析。在进行失效树分析法针对机械零部件失效分析的过程中，其需要运用到第一种失效分析法中的部分技巧。例如，在一个机械零件失效之后，通过采用树形图逻辑分析的方式，需要列出诸多困难造成机械零部件出现失效的情况，比如机械的软件、硬件、环境、人为因素等，然后在逻辑图中针对这些困难涉及到机械零部件失效的原因进行逻辑性的演绎，实现对机械零部件失效分析的目的。该分析方式，需要结合逐个因素排查分析法中的排查要素进行，但是不需要采用逐个因素进行挨个排查的方式急性脑故障确认，只需要根据造成零部件失效的大体几个原因进行逻辑分析排查即可，其有着较高的时效性与准确性，在目前针对机械零部件失效分析中以一种较为常见的分析方式出现。

3 结语

机械是由很多个零部件构成的，在机械的使用中，要想确保机械能够正常使用，其零部件有效性是关键因素。但是在机械的长期使用中，机械中的零部件避免不了会发生各种失效情况。因此，在这样的情况下要想确保机械生产与使用不受到延误，工作人员就需要对机械零部件进行失效分析。失效分析是寻找零部件失效的一个主要方式，并且，根据失效分析结果还能够提出科学的机械及零部件维修意见，是确保机械生产中有效运行的关键因素。因此，综合来看，机械零部件失效分析在现阶段的机械使用中有着较为重要的地位与存在意义。