如何快速、準確地查找失效原因，并提出切實可行的改進措施及建議，進而完善裝備，確保和提高裝備的質量和可靠性，從而達到預測和預防機械裝備失效的目的，是失效分析工作者的不懈追求。

今天給大家分享《失效分析150》這本書中的兩個典型的案例

案例一：端聯器螺栓脆性斷裂失效

零件名稱：端聯器螺栓零件材料：中碳鉻鉬鋼失效背景：在20余臺重載履帶車輛共6000多個端聯器螺栓中有3個螺栓斷裂，失效率 為0.044%。失效螺栓均是在使用初期斷裂，見圖1-1，螺栓斷面形貌見圖1-2。圖1-1的失效螺栓是一條新履帶裝車行駛1km后停車維護時，出現突然斷裂。螺栓頭部一段從端聯器中間的光孔中掉落，有螺紋的另一段殘留在端聯器上的螺紋孔中。螺栓的服役條件在靜止時受預緊靜拉力，運動時受預緊靜拉力加交變切向力。

圖1-1斷裂螺栓 圖1-2斷裂螺栓的正面斷口形貌

失效部位：螺栓斷裂部位位于垂直于軸向的螺紋中部。失效特征：從圖1-2螺栓斷裂面看出，斷口呈起伏狀，無塑性變形，個別區域有面積大小不等的小平面，整個斷面上無冶金缺陷。斷裂源只有一個，起始于斷面外側的螺紋根部應力集中處，斷裂源寬約1mm，在半徑2mm內的區域內較平坦，斷裂源兩側10mm外的其余斷面外圓處有1mm左右的拉邊，斷面主要由沿晶、冰糖狀、大量的晶間微裂紋組成，整個斷裂面上各個小平面之間沒有顯著的分界線，也沒有疲勞斷裂中的貝紋線，呈現出典型的無塑性脆性斷裂形態。綜合分析：理化檢測的化學成分、非金屬夾雜物、晶粒度及熱處理質量的結果表明，原材料、螺栓制造質量均滿足技術要求。螺栓的基體金相組織見圖1-3，微觀掃描斷口形貌見圖1-4。

圖1-3斷裂螺栓的金相組織200x

圖1-4斷裂螺栓的掃描斷口形貌

查找生產作業，發現當初螺栓擰緊裝配時，實際擰緊力矩遠大于設計規定的力矩。為對比分析，取9枚螺栓實物（8枚已使用無問題的螺栓，1枚未使用螺栓），進行強斷拉伸試驗。螺栓拉伸試驗斷口的斷裂源也同樣位于一側螺紋根部應力集中處，屬于線斷裂源，斷口形貌平齊，見圖1-5。斷口微觀形貌見圖1-6。兩種斷口形貌對比見表1-1。

圖1-5合格螺栓斷口形貌（一）

圖1-6合格螺栓斷口形貌（二）

表1-1兩種斷口形貌對比

從表1-1中可看出：失效件斷口顯示螺栓在腐蝕環境下產生了應力腐蝕，降低螺栓的綜合性能。

失效原因：裝配擰緊力矩大于設計力矩的端聯器螺栓在腐蝕環境下產生應力腐蝕后導致螺栓脆性斷裂失效。

改進措施：

1） 加強裝配規范，確保履帶連接螺栓預緊力在裝配規范要求范圍內（為增加可靠性，螺栓擰緊力矩上限值比原設計減少了 20%，安全系數由原來的1.2倍提升到1.6倍）。

2） 調整熱處理工藝，螺栓強度由14. 9級降低到13. 9級，在強度指標得到保證的前提下，增加了螺栓的韌性，降低履帶連接螺栓產生應力腐蝕的敏感性。

3） 在履帶連接螺栓表面增加了保護層，降低環境對螺栓斷裂的應力腐蝕影響程度。

案例二：汽車發動機曲軸表面磨削裂紋

零件名稱：曲軸

零件材料：中碳合金鋼

失效背景：某汽車車輛發動機曲軸的主要制造工藝為毛坯鍛造、正火、調質處理、機械加工、軸頸圓角及主軸頸表面高頻感應淬火和精磨。進行精磨工序時，在與曲軸軸頸垂直的磨削平面上發現細小裂紋。

失效部位：磨削平面。

失效特征：磁粉檢測后裂紋的宏觀形貌見圖2-1。裂紋大致相互平行，垂直于磨削方向，排列規則，呈細小、聚集、斷續串接特征。軸頸圓角及主軸頸高頻感應淬火層深度為3?6mm，與軸頸垂直的磨削平面高頻感應淬火層最深為8mm，見圖2-2，均超過產品技術要求。

圖2-1磁粉檢測后裂紋的宏觀形貌

圖2-2組織分布及宏觀偏析

經顯微組織觀察，裂紋為等深裂紋，深度約為0.20mm，中間寬兩頭細；裂紋起源于次表層即拉應力最大處，沿帶狀組織擴展，見圖2-3；有些與基體中的非金屬夾雜物連通，裂紋兩側及尾部無氧化脫碳現象；零件帶狀偏析嚴重，帶狀組織參照GB/T 13299-1991評為4級，見圖2-4。

圖2-3裂紋沿帶狀組織分布50x

圖2-4基體帶狀組織偏析500x

綜合分析：由于感應淬火層深過深，在鍛件分模面處表面形成較大的殘余拉應力。磨削產生的磨削熱使零件表面的偏析帶產生組織變化和硬度變化，同時也改變了殘余應力狀態。當產生的殘余拉應力超過自身的抗拉強度時，在零件次表層即拉應力最大處萌生裂紋源，導致磨削裂紋。

失效原因：原材料帶狀組織缺陷和磨削工藝不當產生磨削裂紋。

改進措施：嚴格控制原材料質量，保證基體帶狀組織正常，改善零件磨削性能；通過加大磨削冷卻液容量和減少磨削進給量，降低磨削溫度，避免相變發生；在磨削前增加低溫回火工序，減少殘留奧氏體量，同時大大降低殘余應力。