TPM咨詢(xún)服務(wù)中心TPM咨詢(xún)公司概述：在TPM管理中設(shè)備斷裂是零件失效的重要原因之一，雖然與磨損、變形相比占失效的百分比要小一些，但隨著機(jī)械設(shè)備日益向著大功率、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展，斷裂失效的幾率有所提高，尤其是斷裂會(huì)造成重大事故，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，具有更大的危險(xiǎn)性。因此，研究斷裂成了日益緊迫的課題。

　TPM設(shè)備斷裂

　　1、TPM管理之設(shè)備斷裂的分類(lèi)

　　(1)按零件斷裂后的自然表面即斷口的宏觀形態(tài)特征分類(lèi)

　?、夙g性斷裂。韌性斷裂一般是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的，又稱(chēng)切變斷裂。它的斷口宏觀形態(tài)呈杯錐狀，或鵝毛絨狀，顏色發(fā)暗，邊緣有剪切唇，斷口附近有明顯的塑性變形。

　?、诖嘈詳嗔?。它一般發(fā)生在應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度前，沒(méi)有或只有少量的塑性變形，多為沿晶界擴(kuò)展而突然發(fā)生，又稱(chēng)晶界斷裂。它的斷口呈結(jié)晶狀，常有人字紋或放射花樣，平滑而光亮，且與正應(yīng)力垂直，稱(chēng)解理面，因此這種斷裂也稱(chēng)解理斷裂。

　　(2)按斷口的微觀形態(tài)特征分類(lèi)

　?、俅┚嗔?。這是指裂紋穿過(guò)晶粒內(nèi)部的斷裂，它可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂。

　?、诰чg斷裂。這種斷裂的裂紋是沿著晶界擴(kuò)展，多數(shù)屬于脆性斷裂。

　　(3)按載荷性質(zhì)分類(lèi)

　?、僖淮渭虞d斷裂。零件在一次靜拉伸、靜壓縮、靜扭轉(zhuǎn)、靜彎曲、靜剪切或一次沖擊能量作用下的斷裂稱(chēng)一次加載斷裂。

　　②疲勞斷裂。經(jīng)歷反復(fù)多次的應(yīng)力作用或能量負(fù)荷循環(huán)后才發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫做疲勞斷裂。下面將重點(diǎn)討論疲勞斷裂。

　　2、TPM管理之設(shè)備疲勞斷裂

　　設(shè)備疲勞斷裂的特點(diǎn)是斷裂時(shí)的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度。不論是脆性材料還是延性材料，疲勞斷裂在宏觀上均表現(xiàn)為脆性斷裂。

　　(1)疲勞裂紋的產(chǎn)生

　　零件在循環(huán)載荷的作用下，在局部引起很大的塑性變形，表面因位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)將出現(xiàn)一些不均勻的滑移線或滑移帶，在滑移帶中產(chǎn)生一些缺口峰。這是形成疲勞裂紋的最根本原因。

　　(2)疲勞裂紋的擴(kuò)展

　　疲勞裂紋的擴(kuò)展一般分為兩個(gè)階段。第一階段稱(chēng)切向擴(kuò)展階段，即當(dāng)疲勞裂紋在表面形成后，在循環(huán)應(yīng)力的反復(fù)作用下沿著最大切應(yīng)方向的滑移面向內(nèi)部逐漸發(fā)展，形成了肉眼可見(jiàn)的宏觀裂紋，這就是疲勞斷裂的第一階段，即裂紋起源階段。

　　裂紋按第一階段擴(kuò)展到一定距離后將方向改變?yōu)檠嘏c正應(yīng)力相垂直的方向擴(kuò)展，又稱(chēng)正向擴(kuò)展階段，其裂紋基本上以單純正向疲勞方式、均勻的速率穩(wěn)定地向前擴(kuò)展。這一擴(kuò)展階段在疲勞斷口上產(chǎn)生宏觀的疲勞弧帶和微觀的疲勞紋，它是判斷零件能否出現(xiàn)疲勞斷裂的有力依據(jù)。

　　(3)疲勞斷口形貌

　　典型的疲勞斷口按斷裂過(guò)程有3個(gè)區(qū)域。

　?、倨谠磪^(qū)。這是疲勞裂紋最初形成的區(qū)域，用肉眼或低倍放大鏡能大致判斷其位置。它一般發(fā)生在零件的表面，但若材料表面進(jìn)行了強(qiáng)化或內(nèi)部有缺陷，也可發(fā)生在皮下或內(nèi)部。

　?、谄诹鸭y擴(kuò)展區(qū)。它是疲勞斷口最重要的特征區(qū)域，呈宏觀的疲勞弧帶和微觀的疲勞紋。一般情況下，疲勞斷面愈光滑，說(shuō)明零件在斷裂前經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)愈多，承受載荷愈小。

　　③瞬時(shí)斷裂區(qū)。該區(qū)簡(jiǎn)稱(chēng)靜斷口。它是當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)發(fā)生的快速破斷區(qū)。

　　3、TPM管理之減輕設(shè)備斷裂危害的措施

　　(1)減少局部應(yīng)力集中

　　通過(guò)斷口分析可知，絕大部分疲勞斷裂都是起源于應(yīng)力集中嚴(yán)重的部位，因此減少局部應(yīng)力集中，是減輕或防止疲勞斷裂的最有效措施之一。一般零件上只要有任何幾何形狀的不連續(xù)，或者有存在于材料中的不連續(xù)時(shí)，都可能產(chǎn)生應(yīng)力集中。

　　幾何形狀不連續(xù)通常稱(chēng)為缺口，如肩臺(tái)圓角、溝槽、油孔、鍵槽、螺紋、壓配合零件的邊緣以及加工刀痕等。材料中的不連續(xù)通常稱(chēng)為材料缺陷，如縮松及縮孔、非金屬夾雜物、白點(diǎn)、焊接缺陷以及由加工或熱處理引起的微裂等。由于存在上述缺口或缺陷，在它們附近的實(shí)際應(yīng)力要比名義平均應(yīng)力高得多，這就是應(yīng)力集中。

　　特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是在靜載荷下應(yīng)力集中所起的作用還不算十分顯著，但在循環(huán)載荷或沖擊載荷下，其影響則是決定性的。所以必須改善零件的結(jié)構(gòu)形狀，并注意減少局部應(yīng)力集中。例如：焊縫通常是疲勞斷裂的起源區(qū)域，對(duì)“T”形焊接接頭應(yīng)取適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?，焊后打圓角或鉆孔，均能減輕應(yīng)力集中的程度。

　　(2)減少殘余應(yīng)力影響

　　，一般殘余拉應(yīng)力是有害的，但殘余壓應(yīng)力則是有益的。滲碳、滲氮、噴丸和表面滾壓加工等I藝過(guò)程均可產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，它們將抵消一部分由外載荷起的拉應(yīng)力，因而減少了發(fā)生斷裂的可能性。

　　(3)控制載荷防止超載

　　載荷對(duì)斷裂有直接影響。為減少或防止斷裂，還應(yīng)十分注意零件所受載荷的大小，或估計(jì)其超載程度。通過(guò)對(duì)斷口特征的分析可估算受載情況和超載程度。

　　(4)其他

　　①在使用時(shí)注意早期發(fā)現(xiàn)裂紋，定期進(jìn)行無(wú)損探傷和監(jiān)測(cè)；盡量減輕零件的腐蝕損傷；減少機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)各部分的溫差；盡量避免熱應(yīng)力。

　　②在維修時(shí)注意操作對(duì)零件斷裂的影響，避免因拆裝、存放、加工而使零件表面損傷；裂紋和斷裂零件可用焊接、粘接、鉚接等方法修復(fù)；對(duì)不重要零件上的裂紋可鉆止裂孔防止或延緩其擴(kuò)展，可附加強(qiáng)肋；疲勞裂紋發(fā)生在緊固件周?chē)?，可鉸削緊固孔去除所有裂紋部分，換用較大的緊固件，此方法又稱(chēng)”去皮處理”。