材料失效分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種材料失效分析方法，其中，包括以下步驟：獲取失效零件的失效背景；對(duì)失效零件進(jìn)行外觀檢查，得到失效零件的失效信息；在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中查找與所述失效背景和/或所述失效信息匹配的材料失效數(shù)據(jù)，得到所述失效零件的預(yù)估失效原因；根據(jù)預(yù)估失效原因，對(duì)所述失效零件進(jìn)行斷口觀察，得到所述失效零件的失效形式；采用材料分析法對(duì)所述失效零件與未失效零件進(jìn)行對(duì)比分析，得到對(duì)比結(jié)果；根據(jù)所述失效形式和所述對(duì)比結(jié)果，確定所述失效零件的失效原因。利用本發(fā)明可提高材料失效分析人員的效率和水平。
【專利說明】
材料失效分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種材料失效分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，一些大型企業(yè)及科研院所已經(jīng)或正在建立自己的材料失效分析數(shù)據(jù)庫，例 如：中國石油天然氣集團(tuán)管材研究所的"油井鉆桿材料失效安全事故案例庫"；北京化工大 學(xué)開發(fā)的"材料腐蝕數(shù)據(jù)庫"；在科技部科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)項(xiàng)目"全國分析測試中心協(xié)作平 臺(tái)及應(yīng)急分析測試系統(tǒng)的建立"支持下建立的"金屬材料失效引發(fā)重大事故案例的數(shù)據(jù)庫" 等。此外，很多第三方測試分析實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)也有自己的失效數(shù)據(jù)分享案例，如"寶冶失效分析" 等。
[0003] 但是，上述的這些數(shù)據(jù)庫建立都是針對(duì)各自行業(yè)的，很難應(yīng)用到其他技術(shù)領(lǐng)域，并 且出于保密等原因，有些數(shù)據(jù)并不對(duì)外公開。以汽車行業(yè)為例，汽車的金屬零部件有上萬 個(gè)，種類繁多，服役環(huán)境存在較大差異，失效形式也多種多樣，涉及的知識(shí)面也很廣，在失效 分析過程中，對(duì)失效分析人員的要求較高，現(xiàn)實(shí)中由于失效分析人員的個(gè)體差異，導(dǎo)致材料 失效分析效率不高，分析水平不一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提出一種材料失效分析方法，可提高材料失效分析人員的效率 和分析水平。
[0005] 本發(fā)明提出一種材料失效分析方法，其包括以下步驟:獲取失效零件的失效背景； 對(duì)失效零件進(jìn)行外觀檢查，得到失效零件的失效信息；在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中查找與所 述失效背景和/或所述失效信息匹配的材料失效數(shù)據(jù)，得到所述失效零件的預(yù)估失效原因； 根據(jù)預(yù)估失效原因，對(duì)所述失效零件進(jìn)行斷口觀察，得到所述失效零件的失效形式;采用材 料分析法對(duì)所述失效零件與未失效零件進(jìn)行對(duì)比分析，得到對(duì)比結(jié)果;根據(jù)所述失效形式 和所述對(duì)比結(jié)果，確定所述失效零件的失效原因。
[0006] 優(yōu)選地，其中所述斷口觀察包括對(duì)原始斷口的觀察和對(duì)清理后斷口的觀察。
[0007] 優(yōu)選地，其中所述失效形式為疲勞、磨損、腐蝕和/或斷裂。
[0008] 優(yōu)選地，其中所述材料分析法包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：尺寸檢測、金相檢測、 機(jī)械性能檢測、無損檢測、成份檢測、應(yīng)力分析檢測。
[0009] 優(yōu)選地，其中所述材料失效分析數(shù)據(jù)庫中包括材料測試案例的數(shù)據(jù)和材料失效分 析案例的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照關(guān)鍵字信息對(duì)所述預(yù)估失效原因進(jìn)行列表。
[0010] 優(yōu)選地，其中所述關(guān)鍵字信息包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：任務(wù)單號(hào)、車型平臺(tái)、 發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)、項(xiàng)目號(hào)、需求部門、零件名稱、VPPS號(hào)、零件號(hào)、VIN號(hào)、材料牌號(hào)、材料標(biāo)準(zhǔn)、材 料類別、原材料供應(yīng)商、測試類型、測試項(xiàng)目、測試標(biāo)準(zhǔn)、測試設(shè)備、測試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)鏈接、需 求背景、失效分析。
[0011]優(yōu)選地，其中所述失效背景包括失效零件的名稱、失效零件的受載情況、裝配情 況、使用時(shí)狀況、失效時(shí)狀況和失效零件的預(yù)估失效形式。
[0012] 優(yōu)選地，其中所述失效信息包括失效零件的整體狀況、失效零件所在部位、失效零 件所在系統(tǒng)狀況、失效零件失效時(shí)所在現(xiàn)場狀況和失效零件與相鄰部件的配合關(guān)系。
[0013] 優(yōu)選地，在所述確定所述失效零件的失效原因之后，所述方法還包括:對(duì)失效原因 進(jìn)行驗(yàn)證;根據(jù)失效原因，對(duì)失效零件提出更改方案。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例提供的材料失效分析方法根據(jù)失效零件的失效背景和/或失效信息 在材料分析數(shù)據(jù)庫中查找得出預(yù)估失效原因，可輔助分析人員進(jìn)行失效分析的邏輯判斷， 為分析失效零件找出失效原因提供指引方向，提高分析人員的分析效率和分析水平。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的材料失效分析方法的流程圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的材料失效分析數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器內(nèi)部數(shù)據(jù)處理流程圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的材料失效分析方法的流程圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的材料失效分析數(shù)據(jù)庫的查詢結(jié)果顯示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020] 圖1示出了材料失效分析方法的流程圖，材料失效分析方法包括以下步驟：
[0021] 獲取失效零件的失效背景；
[0022] 對(duì)失效零件進(jìn)行外觀檢查，得到失效零件的失效彳目息；
[0023] 在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中查找與所述失效背景和/或所述失效信息匹配的材料失 效數(shù)據(jù)，得到所述失效零件的預(yù)估失效原因；
[0024]根據(jù)預(yù)估失效原因，對(duì)所述失效零件進(jìn)行斷口觀察，得到所述失效零件的失效形 式；
[0025] 采用材料分析法對(duì)所述失效零件與未失效零件進(jìn)行對(duì)比分析，得到對(duì)比結(jié)果；
[0026] 根據(jù)所述失效形式和所述對(duì)比結(jié)果，確定所述失效零件的失效原因。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供的材料失效分析方法根據(jù)失效零件的失效背景和/或失效信息 在材料分析數(shù)據(jù)庫中查找得出預(yù)估失效原因，可輔助分析人員進(jìn)行失效分析的邏輯判斷， 為分析失效零件找出失效原因提供指引方向，提高分析人員的分析效率和分析水平。
[0028] 進(jìn)一步地，在進(jìn)行材料失效分析之前，材料失效分析方法還包括建立材料失效分 析數(shù)據(jù)庫，具體地包括以下步驟：
[0029] 對(duì)失效案例進(jìn)行搜索，獲取失效案例的數(shù)據(jù)源；
[0030] 根據(jù)零件的開發(fā)發(fā)布流程和失效分析的流程，定義預(yù)定數(shù)量的關(guān)鍵字信息；
[0031] 按照關(guān)鍵字信息進(jìn)行數(shù)據(jù)源填充，并上傳服務(wù)器。
[0032] 在表1的實(shí)施例中，定義了 19項(xiàng)關(guān)鍵字信息，分別為任務(wù)單號(hào)、車型平臺(tái)/發(fā)動(dòng)機(jī)平 臺(tái)、項(xiàng)目號(hào)、需求部門、零件名稱、VPPS/零件號(hào)/VIN號(hào)、材料牌號(hào)、材料標(biāo)準(zhǔn)、材料類別、原材 料供應(yīng)商、測試類型、測試項(xiàng)目、測試標(biāo)準(zhǔn)、測試設(shè)備、測試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)鏈接、需求背景、失效 分析和備注。利用Microsoft SQL Server搜集汽車用金屬材料的失效案例，按照19項(xiàng)關(guān)鍵 字信息進(jìn)行數(shù)據(jù)源填充，上傳到服務(wù)器，進(jìn)而整理形成數(shù)據(jù)庫。用戶通過客戶端對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn) 行訪問。
[0033] 材料失效分析數(shù)據(jù)庫中包括材料測試案例的數(shù)據(jù)和材料失效分析案例的數(shù)據(jù)，且 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照關(guān)鍵字信息對(duì)所述預(yù)估失效原因進(jìn)行列表。
[0034] 當(dāng)用戶通過登陸界面對(duì)材料失效分析數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問時(shí)，用戶可以輸入19項(xiàng)關(guān)鍵 字信息的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)內(nèi)容，然后點(diǎn)擊搜索，服務(wù)器會(huì)自動(dòng)篩選出與搜索內(nèi)容相匹配的 內(nèi)容，發(fā)送到客戶端，用戶可點(diǎn)擊相關(guān)條目并瀏覽詳細(xì)信息。如圖2所示，服務(wù)器內(nèi)部數(shù)據(jù)處 理流程如下：
[0035] 客戶端根據(jù)用戶輸入的關(guān)鍵字信息向服務(wù)器提出搜索匹配操作請(qǐng)求，服務(wù)器根據(jù) 請(qǐng)求的種類和要求，分發(fā)給業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用后端數(shù)據(jù)層完成數(shù) 據(jù)匹配搜索，篩選相應(yīng)數(shù)據(jù)，填充處理結(jié)果，最終發(fā)送至客戶端，以供用戶查看。
[0036]
[0037]
[0038] 表1關(guān)鍵字信息及應(yīng)用舉例
[0039] 進(jìn)一步地，確定所述失效零件的失效原因之后，該材料失效分析方法還包括：
[0040] 對(duì)失效原因進(jìn)行驗(yàn)證；
[0041 ]根據(jù)失效原因，對(duì)失效零件提出更改方案。
[0042]提出更改方案后，再將更改后的零件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。如果驗(yàn)證試驗(yàn)成功，說明失效 原因正確，可將該案例的相關(guān)資料導(dǎo)入材料材料失效分析數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)查閱。如果驗(yàn) 證試驗(yàn)不成功，則對(duì)失效原因進(jìn)行重新查找。
[0043]下面以某一 C平臺(tái)車輛后穩(wěn)定桿卡箍在路試試驗(yàn)時(shí)開裂失效為例，說明材料失效 分析方法的具體流程，可參考圖3，具體地，
[0044]獲取失效零件的失效背景；
[0045] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，汽車零件的失效背景包括失效零件的受載情況、裝配情況、 使用時(shí)狀況、失效時(shí)狀況、失效零件的名稱及失效零件的預(yù)估失效形式等。預(yù)估失效形式包 括斷裂失效、變形失效和表面損傷失效。
[0046] 穩(wěn)定桿卡箍作用為固定穩(wěn)定桿;主要承受周期性載荷;在路試約50 %時(shí)，工作人員 檢查車輛狀態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)卡箍拐角處開裂。該卡箍失效屬于斷裂失效。
[0047] 對(duì)失效零件進(jìn)行外觀檢查，獲取失效零件的失效信息；
[0048] 失效信息包括失效零件的整體狀況、失效零件所在部位、失效零件所在系統(tǒng)和/或 失效零件失效時(shí)所在現(xiàn)場狀況、失效零件與其他相鄰部件的配合關(guān)系等。失效零件所在系 統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、汽車電器系統(tǒng)等。還可對(duì)失效零件及失效部位進(jìn) 行標(biāo)記和拍照記錄，以保存數(shù)據(jù)。
[0049] 在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中查找與所述失效零件的失效背景和/或失效信息相匹配 的材料失效數(shù)據(jù)，得出預(yù)估失效原因；
[0050]在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中，查找與本案失效形式和/失效背景相同或者相似的案 例，作為參考。例如，在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中的零件名稱中輸入"卡箍"搜索，得到數(shù)據(jù)庫 的查詢結(jié)果，如圖4所示。逐一打開數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，其中本案中卡箍的失效形式與K平臺(tái)相關(guān) 的LWT-MAT-2036,2063,2133,2150和2163的失效描述相似，其失效原因均為拐角過渡圓弧 處存在折彎的顯微裂紋，則本案中卡箍的預(yù)估失效原因?yàn)楣战沁^渡圓弧處存在折彎的顯微 裂紋。
[0051 ]根據(jù)預(yù)估失效原因，對(duì)失效零件進(jìn)行斷口觀察，得到斷口信息；
[0052] 斷口觀察包括原始斷口的觀察和清理后斷口的觀察。觀察方法有兩類，分別為低 倍觀察和高倍觀察。低倍觀察主要為目視，手持式放大鏡，體式顯微鏡等進(jìn)行觀察;高倍觀 察主要采用掃描電子顯微鏡，透射電鏡等對(duì)斷口進(jìn)行觀察。
[0053]在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于卡箍僅是開裂，并未完全斷裂。此時(shí)，需要將斷口切割 打開，將斷口清洗后，使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行高倍觀察。也可先對(duì)原始斷口進(jìn)行低倍觀 察，再清洗斷口，進(jìn)行高倍觀察。
[0054]根據(jù)斷口信息，判定失效形式；
[0055] 失效形式包括疲勞、磨損、腐蝕和/或斷裂等。根據(jù)斷口的結(jié)果，推斷失效零件的失 效形式:根據(jù)斷口上疲勞痕跡結(jié)果，失效形式判定為疲勞斷裂。
[0056] 采用材料分析方法對(duì)失效零件與未失效零件進(jìn)行對(duì)比分析，得到對(duì)比結(jié)果；
[0057]材料分析方法包括:尺寸檢測、金相檢測、機(jī)械性能、無損檢測、成分檢測和應(yīng)力分 析等。其中，金相檢測的檢測項(xiàng)目包括晶粒尺寸、表面處理、熱處理組織和微觀缺陷等;機(jī)械 性能的檢測項(xiàng)目包括:硬度、壓縮、拉伸、彎曲和沖擊韌性等;無損檢測的檢測項(xiàng)目包括渦 流、磁粉、超聲波、CT和內(nèi)應(yīng)力測試等;成分檢測的檢測項(xiàng)目包括斷□成分和基體成分等;應(yīng) 力分析的檢測項(xiàng)目包括使用時(shí)的載荷及應(yīng)力分布等。
[0058] 采用材料分析方法中的一種或者多種對(duì)失效零件與未失效零件進(jìn)行對(duì)比檢測分 析，檢測項(xiàng)目也可以選取一個(gè)或者多個(gè)，通過比對(duì)檢測找出兩者之間的差異，得到對(duì)比結(jié) 果。未失效零件可以采用通過件或進(jìn)口件或未使用件或其他車型上的相同零件，其中，通過 件是指安裝在車身上，在試驗(yàn)階段通過試驗(yàn)未失效的零件。本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)失效零件 和未使用件進(jìn)行了金相和硬度測試的對(duì)比檢測。
[0059] 在其他實(shí)施例中，如果失效零件加工制作時(shí)有明確要求，如尺寸偏差小于國標(biāo)，對(duì) 失效零件進(jìn)行某一檢測項(xiàng)目時(shí)，還可參考零件的圖紙要求。
[0060] 根據(jù)失效零件的失效形式和對(duì)比結(jié)果，確定失效零件的失效原因；
[0061] 通過對(duì)失效零件和未使用件進(jìn)行對(duì)比檢測，檢測結(jié)果為:失效件和未使用件硬度 無明顯差異，心部組織的金相無明顯差異。但是，在拐角的橫截面試樣的金相組織中均發(fā)現(xiàn) 有裂紋，且裂紋長度超過477um，而未使用零件的裂紋長度長達(dá)377um，裂紋出現(xiàn)的位置與開 裂失效位置一致。故失效原因歸結(jié)為:在制造過程中由于折彎工藝引入顯微裂紋，引起后期 試驗(yàn)過程中的疲勞開裂失效。該判定原因與預(yù)估失效原因相同。
[0062]根據(jù)失效原因，對(duì)失效零件提出更改方案；
[0063]對(duì)卡箍進(jìn)行應(yīng)力載荷分析，得出卡箍受力并不大，但在制造過程中需彎折90°，對(duì) 材料本身的成形性要求較高。針對(duì)卡箍需要彎折90°這一情況，在彎折工藝后增加一道磨削 工藝，以去除制造中產(chǎn)生的顯微鏡裂紋，減小應(yīng)力集中。
[0064]將更改后的零件重新進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。
[0065]如果更改后的零件通過驗(yàn)證，并未發(fā)生失效，說明失效原因分析正確，更改方案有 效。然后，將該卡箍失效分析的所有資料上傳至材料失效分析數(shù)據(jù)庫中以備查詢參考。 [0066]如果未通過驗(yàn)證試驗(yàn)，則按照上述步驟重新對(duì)失效零件進(jìn)行失效分析，找出失效 原因，直至通過驗(yàn)證試驗(yàn)為止。
[0067]以上，結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，所描述的具體實(shí)施 例用于幫助理解本發(fā)明的思想。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明具體實(shí)施例的基礎(chǔ)上做出的推導(dǎo) 和變型也屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種材料失效分析方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取失效零件的失效背景； 對(duì)失效零件進(jìn)行外觀檢查，得到失效零件的失效信息； 在材料失效分析數(shù)據(jù)庫中查找與所述失效背景和/或所述失效信息匹配的材料失效數(shù) 據(jù)，得到所述失效零件的預(yù)估失效原因； 根據(jù)預(yù)估失效原因，對(duì)所述失效零件進(jìn)行斷口觀察，得到所述失效零件的失效形式； 采用材料分析法對(duì)所述失效零件與未失效零件進(jìn)行對(duì)比分析，得到對(duì)比結(jié)果； 根據(jù)所述失效形式和所述對(duì)比結(jié)果，確定所述失效零件的失效原因。2. 如權(quán)利要求1所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述斷口觀察包括對(duì)原始 斷口的觀察和對(duì)清理后斷口的觀察。3. 如權(quán)利要求1所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述失效形式為疲勞、磨 損、腐蝕和/或斷裂。4. 如權(quán)利要求1所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述材料分析法包括以下 各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):尺寸檢測、金相檢測、機(jī)械性能檢測、無損檢測、成份檢測、應(yīng)力分析檢 測。5. 如權(quán)利要求1所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述材料失效分析數(shù)據(jù)庫 中包括材料測試案例的數(shù)據(jù)和材料失效分析案例的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照關(guān)鍵字信 息對(duì)所述預(yù)估失效原因進(jìn)行列表。6. 如權(quán)利要求1所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述關(guān)鍵字信息包括以下 各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：任務(wù)單號(hào)、車型平臺(tái)、發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)、項(xiàng)目號(hào)、需求部門、零件名稱、VPPS 號(hào)、零件號(hào)、VIN號(hào)、材料牌號(hào)、材料標(biāo)準(zhǔn)、材料類別、原材料供應(yīng)商、測試類型、測試項(xiàng)目、測 試標(biāo)準(zhǔn)、測試設(shè)備、測試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)鏈接、需求背景、失效分析。7. 如權(quán)利要求1-6任一所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述失效背景包括 失效零件的名稱、失效零件的受載情況、裝配情況、使用時(shí)狀況、失效時(shí)狀況和失效零件的 預(yù)估失效形式。8. 如權(quán)利要求1-6任一所述的材料失效分析方法，其特征在于，其中所述失效信息包括 失效零件的整體狀況、失效零件所在部位、失效零件所在系統(tǒng)狀況、失效零件失效時(shí)所在現(xiàn) 場狀況和失效零件與相鄰部件的配合關(guān)系。9. 如權(quán)利要求1-6任一所述的材料失效分析方法，其特征在于，在所述確定所述失效零 件的失效原因之后，所述方法還包括： 對(duì)失效原因進(jìn)行驗(yàn)證； 根據(jù)失效原因，對(duì)失效零件提出更改方案。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106096259SQ201610398677
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】劉鵬鵬, 王彩梅, 臧雨晨
【申請(qǐng)人】上汽通用汽車有限公司, 泛亞汽車技術(shù)中心有限公司