疲劳破坏的案例

调查项目：疲劳破坏的案例1.航空发动机高压涡轮盘的裂纹航空发动机高压涡轮盘在使用后进行大修，对涡轮盘进行荧光检查，显示在涡轮盘辐板与封严臂根部转接处存在裂纹。下图为扫描电镜对裂纹断口的观察理论分析臂根部的转接处，分布约3／4圆周，裂纹不连续，各裂纹各自起源，且裂纹源区粗糙，为典型的大应力起源特征；裂纹断口可见疲劳特征。对开裂涡轮盘各部位进行外观尺寸检查，各关键尺寸均符合设计要求；裂纹附近亦未见明显的加工缺陷。对涡轮盘材料进行了化学成分分结果表明，其化学成分符合标准要求；在故障件上取样进行了室温和高温下的力学性能测试，试验结果均满足标准要求。涡轮盘在飞机飞行状态改变时所承受的离心力最大，此离心力为涡轮盘承受的主要应力。从应力和寿命计算结果看，由于应力集中系数较大，涡轮盘辐板与后封严臂转接处为应力最大的位置，是涡轮盘最容易萌生裂纹的部位之一根据以上分析可得结论：故障涡轮盘辐板与后封严臂转接处的裂纹性质为低周循环疲劳开裂，该位置的疲劳应力过大是开裂的主要原因。改进方法涡轮盘辐板与后封严臂转接处发生低周疲劳开裂，主要是应力水平较大，寿命储备低。因此，一方面应在不影响涡轮盘功能的情况下增大该位置的R值，以降低该位置的应力集中系数，进而降低该位置的应力。另一方面，在可能的情况下，提高涡轮盘的疲劳性能，增强其抗疲劳能力。2.柴油机齿轮失效齿轮材料为45号钢，齿轮制造工艺为锻造→正火→粗加工→调质→精加工→滚齿→齿面淬火→磨齿。齿轮上掉块的断口形貌。在断口上能观察到贝壳状条纹，裂源区有许多宏观疲劳台阶条纹，裂源产生于齿根处，并有多个疲劳源。理论分析该柴油机齿轮断裂属多源疲劳断裂。引起疲劳的主要原因是由于热处理工艺控制不当，齿根及齿侧面未淬硬，因此造成齿根部材料的疲劳强度远低于设计要求，而齿根处所受工作应力较高，故导致在齿根处产生早期疲劳断裂。这是热处理不良照成的缺陷，属于塑性畸变失效。3.汽车变速箱齿轮失效失效齿轮为载重汽车变速箱一挡齿轮，由渗碳钢制造，在进行台架试验时，未达到设计要求就发生断齿现象。失效分析根据断口的形貌可断定该齿轮的断裂为高应力作用下引起的快速断裂。主动齿轮心部断口基本为韧窝，被动齿轮具有准解理断裂形貌，说明主动齿轮韧性较好，但强度较低。显微硬度证实了主动齿轮硬度较被动齿轮低。这是由主动齿轮先断裂，进而引起被动齿轮崩齿，故在被动齿轮上还能看到碰伤的痕迹。因此，可以认为齿轮失效的原因为渗碳工艺控制不当（热处理不当）而引起断齿。4滚动轴承的失效根据轴承的结构特性，结合轴承的使用工况，通过对轴承的安装、配合及调整的分析，对运行速度、温升，受力分析，包括对轴承使用过程中维护、保养的分析等，归纳总结出轴承早期失效过程和失效原因。（1）由于内外圈倾斜（局部过载）导致的疲劳（下图所示）疲劳特征：1.滚道上的轨迹相对于轴承中心是非对称的。2.滚道和滚动体边缘附近产生疲劳。3.在钢球的全部或部分表面呈现出由塑性变形引起的缺陷，缺陷的边缘比较光滑。工作条件比较苛刻时，缺陷内会有微裂纹。理论分析失效原因：由于轴箱体两孔轴线不对中或轴的弯曲变形，导致轴承内外圈相对倾斜，产生较大的附加力矩。在球轴承中会导致球与保持架兜孔之间的附加作用力，钢球与滚道之间的相对滑动，以及钢球在挡边边缘处的旋滚运动。在滚子轴承中，滚道承受非对称载荷，若倾斜更严重时，滚道与滚子边缘将承受非常高的应力。由此将产生如前所述的滚道偏斜引起的非对称轨迹。补救方法1.采用自调心轴承。2.安装时通过调节环节，消除倾斜现象。3.提高轴的刚度，减少其挠曲变形。（2）下图为轴线偏斜时的滚道轨迹变形特征：轴承静止套圈上轨迹的旋转面不是与轴线垂直，而是成一定的倾斜。在滚子轴承中这种现象更明显，轨迹明显集中在滚道的边缘上。理论分析1.轴产生较大的挠曲变形。2.剖分式轴承座上下两半错位，或是两个轴承座轴线不同轴。3.只受扭矩作用时，轴承综合游隙太大。补救方法1.采用自调心轴承。2.安装时通过调节环节，消除倾斜现象。