TPM管理之设备断裂
来源/作者: TPM咨询服务中心 丨 发布时间:2020-04-17 丨 浏览次数:
TPM咨询服务中心TPM咨询公司概述:在TPM管理中设备断裂是零件失效的重要原因之一,虽然与磨损、变形相比占失效的百分比要小一些,但随着机械设备日益向着大功率、高转速的方向发展,断裂失效的几率有所提高,尤其是断裂会造成重大事故,产生严重的后果,具有更大的危险性。因此,研究断裂成了日益紧迫的课题。
TPM设备断裂
1、TPM管理之设备断裂的分类
(1)按零件断裂后的自然表面即断口的宏观形态特征分类
①韧性断裂。韧性断裂一般是在切应力作用下发生的,又称切变断裂。它的断口宏观形态呈杯锥状,或鹅毛绒状,颜色发暗,边缘有剪切唇,断口附近有明显的塑性变形。
②脆性断裂。它一般发生在应力达到屈服强度前,没有或只有少量的塑性变形,多为沿晶界扩展而突然发生,又称晶界断裂。它的断口呈结晶状,常有人字纹或放射花样,平滑而光亮,且与正应力垂直,称解理面,因此这种断裂也称解理断裂。
(2)按断口的微观形态特征分类
①穿晶断裂。这是指裂纹穿过晶粒内部的断裂,它可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。
②晶间断裂。这种断裂的裂纹是沿着晶界扩展,多数属于脆性断裂。
(3)按载荷性质分类
①一次加载断裂。零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲、静剪切或一次冲击能量作用下的断裂称一次加载断裂。
②疲劳断裂。经历反复多次的应力作用或能量负荷循环后才发生断裂的现象叫做疲劳断裂。下面将重点讨论疲劳断裂。
2、TPM管理之设备疲劳断裂
设备疲劳断裂的特点是断裂时的应力低于材料的抗拉强度或屈服强度。不论是脆性材料还是延性材料,疲劳断裂在宏观上均表现为脆性断裂。
(1)疲劳裂纹的产生
零件在循环载荷的作用下,在局部引起很大的塑性变形,表面因位错运动将出现一些不均匀的滑移线或滑移带,在滑移带中产生一些缺口峰。这是形成疲劳裂纹的最根本原因。
(2)疲劳裂纹的扩展
疲劳裂纹的扩展一般分为两个阶段。第一阶段称切向扩展阶段,即当疲劳裂纹在表面形成后,在循环应力的反复作用下沿着最大切应方向的滑移面向内部逐渐发展,形成了肉眼可见的宏观裂纹,这就是疲劳断裂的第一阶段,即裂纹起源阶段。
裂纹按第一阶段扩展到一定距离后将方向改变为沿与正应力相垂直的方向扩展,又称正向扩展阶段,其裂纹基本上以单纯正向疲劳方式、均匀的速率稳定地向前扩展。这一扩展阶段在疲劳断口上产生宏观的疲劳弧带和微观的疲劳纹,它是判断零件能否出现疲劳断裂的有力依据。
(3)疲劳断口形貌
典型的疲劳断口按断裂过程有3个区域。
①疲劳源区。这是疲劳裂纹最初形成的区域,用肉眼或低倍放大镜能大致判断其位置。它一般发生在零件的表面,但若材料表面进行了强化或内部有缺陷,也可发生在皮下或内部。
②疲劳裂纹扩展区。它是疲劳断口最重要的特征区域,呈宏观的疲劳弧带和微观的疲劳纹。一般情况下,疲劳断面愈光滑,说明零件在断裂前经历的应力循环次数愈多,承受载荷愈小。
③瞬时断裂区。该区简称静断口。它是当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时发生的快速破断区。
3、TPM管理之减轻设备断裂危害的措施
(1)减少局部应力集中
通过断口分析可知,绝大部分疲劳断裂都是起源于应力集中严重的部位,因此减少局部应力集中,是减轻或防止疲劳断裂的最有效措施之一。一般零件上只要有任何几何形状的不连续,或者有存在于材料中的不连续时,都可能产生应力集中。
几何形状不连续通常称为缺口,如肩台圆角、沟槽、油孔、键槽、螺纹、压配合零件的边缘以及加工刀痕等。材料中的不连续通常称为材料缺陷,如缩松及缩孔、非金属夹杂物、白点、焊接缺陷以及由加工或热处理引起的微裂等。由于存在上述缺口或缺陷,在它们附近的实际应力要比名义平均应力高得多,这就是应力集中。
特别应强调的是在静载荷下应力集中所起的作用还不算十分显着,但在循环载荷或冲击载荷下,其影响则是决定性的。所以必须改善零件的结构形状,并注意减少局部应力集中。例如:焊缝通常是疲劳断裂的起源区域,对“T”形焊接接头应取适当的几何形状,焊后打圆角或钻孔,均能减轻应力集中的程度。
(2)减少残余应力影响
,一般残余拉应力是有害的,但残余压应力则是有益的。渗碳、渗氮、喷丸和表面滚压加工等I艺过程均可产生残余压应力,它们将抵消一部分由外载荷起的拉应力,因而减少了发生断裂的可能性。
(3)控制载荷防止超载
载荷对断裂有直接影响。为减少或防止断裂,还应十分注意零件所受载荷的大小,或估计其超载程度。通过对断口特征的分析可估算受载情况和超载程度。
(4)其他
①在使用时注意早期发现裂纹,定期进行无损探伤和监测;尽量减轻零件的腐蚀损伤;减少机械设备运行时各部分的温差;尽量避免热应力。
②在维修时注意操作对零件断裂的影响,避免因拆装、存放、加工而使零件表面损伤;裂纹和断裂零件可用焊接、粘接、铆接等方法修复;对不重要零件上的裂纹可钻止裂孔防止或延缓其扩展,可附加强肋;疲劳裂纹发生在紧固件周围,可铰削紧固孔去除所有裂纹部分,换用较大的紧固件,此方法又称”去皮处理”。
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