TPM咨詢服務中心TPM咨詢公司概述：在TPM管理中設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，但隨著機械設備日益向著大功率、高轉速的方向發(fā)展，斷裂失效的幾率有所提高，尤其是斷裂會造成重大事故，產生嚴重的后果，具有更大的危險性。因此，研究斷裂成了日益緊迫的課題。

　TPM設備斷裂

　　1、TPM管理之設備斷裂的分類

　　(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

　?、夙g性斷裂。韌性斷裂一般是在切應力作用下發(fā)生的，又稱切變斷裂。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。

　　②脆性斷裂。它一般發(fā)生在應力達到屈服強度前，沒有或只有少量的塑性變形，多為沿晶界擴展而突然發(fā)生，又稱晶界斷裂。它的斷口呈結晶狀，常有人字紋或放射花樣，平滑而光亮，且與正應力垂直，稱解理面，因此這種斷裂也稱解理斷裂。

　　(2)按斷口的微觀形態(tài)特征分類

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

　　②晶間斷裂。這種斷裂的裂紋是沿著晶界擴展，多數(shù)屬于脆性斷裂。

　　(3)按載荷性質分類

　?、僖淮渭虞d斷裂。零件在一次靜拉伸、靜壓縮、靜扭轉、靜彎曲、靜剪切或一次沖擊能量作用下的斷裂稱一次加載斷裂。

　?、谄跀嗔?。經歷反復多次的應力作用或能量負荷循環(huán)后才發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫做疲勞斷裂。下面將重點討論疲勞斷裂。

　　2、TPM管理之設備疲勞斷裂

　　設備疲勞斷裂的特點是斷裂時的應力低于材料的抗拉強度或屈服強度。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，表面因位錯運動將出現(xiàn)一些不均勻的滑移線或滑移帶，在滑移帶中產生一些缺口峰。這是形成疲勞裂紋的最根本原因。

　　(2)疲勞裂紋的擴展

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

　　裂紋按第一階段擴展到一定距離后將方向改變?yōu)檠嘏c正應力相垂直的方向擴展，又稱正向擴展階段，其裂紋基本上以單純正向疲勞方式、均勻的速率穩(wěn)定地向前擴展。這一擴展階段在疲勞斷口上產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程有3個區(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，但若材料表面進行了強化或內部有缺陷，也可發(fā)生在皮下或內部。

　?、谄诹鸭y擴展區(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，說明零件在斷裂前經歷的應力循環(huán)次數(shù)愈多，承受載荷愈小。

　　③瞬時斷裂區(qū)。該區(qū)簡稱靜斷口。它是當疲勞裂紋擴展到臨界尺寸時發(fā)生的快速破斷區(qū)。

　　3、TPM管理之減輕設備斷裂危害的措施

　　(1)減少局部應力集中

　　通過斷口分析可知，絕大部分疲勞斷裂都是起源于應力集中嚴重的部位，因此減少局部應力集中，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，都可能產生應力集中。

　　幾何形狀不連續(xù)通常稱為缺口，如肩臺圓角、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)通常稱為材料缺陷，如縮松及縮孔、非金屬夾雜物、白點、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，在它們附近的實際應力要比名義平均應力高得多，這就是應力集中。

　　特別應強調的是在靜載荷下應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構形狀，并注意減少局部應力集中。例如：焊縫通常是疲勞斷裂的起源區(qū)域，對“T”形焊接接頭應取適當?shù)膸缀涡螤?，焊后打圓角或鉆孔，均能減輕應力集中的程度。

　　(2)減少殘余應力影響

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

　　(3)控制載荷防止超載

　　載荷對斷裂有直接影響。為減少或防止斷裂，還應十分注意零件所受載荷的大小，或估計其超載程度。通過對斷口特征的分析可估算受載情況和超載程度。

　　(4)其他

　?、僭谑褂脮r注意早期發(fā)現(xiàn)裂紋，定期進行無損探傷和監(jiān)測；盡量減輕零件的腐蝕損傷；減少機械設備運行時各部分的溫差；盡量避免熱應力。

　?、谠诰S修時注意操作對零件斷裂的影響，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；對不重要零件上的裂紋可鉆止裂孔防止或延緩其擴展，可附加強肋；疲勞裂紋發(fā)生在緊固件周圍，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”去皮處理”。