摘 要

本课题旨在研究42CrMo油缸拉缸断裂的原因。在研究过程中，作者先查阅了大量的文献，了解了有关材料的成分以及热处理方式和设备的相关设计以及制造技术标准。然后在充分阐述了失效分析的国内外发展现状以及前景的情况下利用失效分析方法对发生在某公司的油缸耳环断裂实例进行分析。结果发现此耳环虽然使用的是常见的制造液压油缸的材料42CrMo，但是Mo元素含量较低，并且没有对材料进行调质处理，导致材料的性能达不到制造要求。此外设备的制造过程中，由于加工不当，耳环根部的机加工刀痕提供的应力应变集中点是材料的脆性快速失稳断裂的主要原因。

关键词：42CrMo 液压油缸 断裂 失效分析

Analysis of fracture reason of 42 crmo cylinder cylinder

abstract

The purpose of this topic is to study the reason why the cylinder of 42 crmo cylinder breaks. In the process of research, the author first consulted a large number of documents and learned about the composition of relevant materials, heat treatment methods, relevant design of equipment and manufacturing technical standards. Then, the development status and prospect of failure analysis at home and abroad are fully elaborated, and the failure analysis method is used to analyze the fracture case of the oil cylinder earring occurred in a company. The result shows that although the earrings use 42 crmo, a common material for manufacturing hydraulic cylinders, the mo content is low and the material has not been quenched and tempered, resulting in the performance of the material not meeting the manufacturing requirements. In addition, due to improper processing in the manufacturing process of the equipment, the stress and strain concentration points provided by the machining tool marks at the earring root are the main reasons for the brittle and rapid instability fracture of the material.

Key words: 42Crmo hydraulic ram Fracture Failure analysis

前言

随着社会经济的进步，国家工业持续发展，液压油缸以其优越的性能和实用性也越来越多的运用到各个场合，比如工程机械，冶金，起重设备，五金成型等。42CrMo钢强度，淬透性高，具有良好的韧性，在淬火的时候变形较小，在高温时又能体现出较高的蠕变强度和持久强度。42CrMo以其优越的性能也常常用于油缸的制作，但是由于种种原因，不时也会出现一些失效的情况，比如说油缸断裂，这不仅会造成巨大的经济损失，更可能危及相关工作人员的生命安全，所以及时对此类失效事件的原因进行分析是具有极其重要的意义的。根据现有的研究，油缸失效的原因一般有原材料选用不佳，制造工艺有缺陷，热处理工艺不当等，论文中会选取数个油缸失效的实例进行分析，探寻失效的原因。首先介绍国内外失效分析的研究现状，说明失效的危害，反应失效分析的重要意义，确定研究方向内容。其次分析42CrMo材料的化学成分，热处理工艺。再然后列举油缸断裂失效的实例，采用各种失效分析手段，对失效件进行断裂原因分析，得出可能的失效原因。最后总结全文。

目录

摘要 Ⅰ

前言 Ⅲ

第一章 失效分析的发展及现状 1

1 国外失效分析的发展 1

2 国内失效分析的发展 2

第二章 42CrMo材料简介 4

1 42CrMo概述 4

2 常见的42CrMo钢性能影响因素 6

2.1淬火温度 6

2.2 铸造方式 7

2.3 调质处理 8

第三章 液压油缸简介 11

1 液压油缸概述 11

2 液压油缸的设计与制造要求 11

2.1 液压油缸的设计要求 11

2.2 液压油缸的制造要求 12

第四章 液压油缸失效实例分析 15

1 材料试验分析 15

1.1 化学成分分析 15

1.2 耳环最低使用温度（-32.3℃）冲击试验 15

2 失效分析 16

3 结果分析 28

4 鉴定结论 28

第五章 结论与展望 29

参考文献 30

第一章 失效分析的发展及现状

1 国外失效分析的发展

“失效”是一个事件。失效通常是可靠性设计中研究的问题，是可靠的反义词。失效是执行某项规定能力的终结，失效后，出现故障。通常所说的失效包括功能降低，丧失功能，若继续使用，安全性和可靠性得不到保障。那失效分析的定义是什么呢？学术界里把判断失效模式，查找失效原因和机理，提出预防在时效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。失效分析的发展历史并不长，而我们国家开展这方面的研究时间则更短，与许多发达国家相比仍存在较大的差距。从人类开始使用工具的时候，失效就伴随着产品的使用。在远古时期，由于生产力落后，制造的工具也极为简陋，当发生失效的时候往往只能是直接更换，所以当时虽然有了产品，但是并没有失效分析的概念。失效分析的第一个阶段可以认为是公元前2025年到世界工业革命之前，也被称作古代失效分析阶段，其中最为出名的就是公元前2025年古巴比伦国王汉莫拉比所写的汉莫拉比法典，也被认为是有史以来最早的产品质量的法律文件，而直到两百多年前失效分析才被用于裁定事故责任和提高产品质量。失效分析的第二个阶段一般认为是工业革命到上个世纪五十年代，也被称作近代失效分析。以大机器工业为基础。1962年，英国第一个蒸汽锅炉监察局的建立标志着人类将失效分析上升到了法律阶段。也正是在这个时候相关学科得到了极大的促进与发展，特别是强度理论和断裂力学。在这个阶段也涌现了大量的理论与发明，如夏比发明了摆锤冲击试验机用以测试金属材料韧性；沃勒研究出第一台疲劳试验机；格里菲思提出了脆断理论；这一时期，失效分析仅仅停留在肉眼可见的表面。这一情况在上个世纪五十年代末得到改变，电子显微学的发展是人们不仅仅在停留在表面进行失效研究，其中，扫描电镜的出现意味着失效分析进入了微观时代，也开启了发展至今的失效分析的第三个阶段。以系统理论为指导。在五十年代末到八十年代初期，失效分析附属于材料学科或者其他理化检测，从八十年代后期开始，随着大量失效分析专著的出现，全国各地陆续的建立失效分析协会，失效分析渐渐发展成了一个独立的分支。在国外，尤其是一些工业发达国家，比如美国，英国，德国，日本，引领着失效分析的发展。美国设有国家运输安全委员会，其成立的MFPC更是受到原子能委员会，NASA的长期支持。在美国，失效分析遍布各个领域，有属于政府的机构，也有大公司设立的部门，甚至在一些大学也可以见到失效分析中心。具有代表性的有肯尼迪空间中心故障分析室，马歇尔空间中心，波音公司及洛克威尔公司失效分析中心，加州大学，华盛顿大学，美国金属学会，美国机械师工程协会。德国的失效分析中心主要属于联邦及州立材料检测中心。在西德时期就已经有五百二十三个材料检测站，分别做着各自专长的失效分析任务。德国还拥有诸如GKSS研究中心这样闻名于世的失效分析研究机构。与之对应的是日本，日本也有许多研究机构，他们有的属于国家如金属材料技术研究所，原子力研究所等。有的属于个人，新日铁，三菱等大型企业都有研究机构。此外还有许多具有强大研究实力的工科大学。在意大利也有长期进行失效综合研究的世界知名机构Bodycote材料测试国家实验室。在学士期刊方面，影响力较大的有美国出版的《金属手册》里面的失效分析卷。此外，还有美国杂志《工程失效分析》，英国杂志《失效分析与防护》。国际工程失效会议也会隔年召开一次。

2 国内失效分析的发展

说回国内失效分析的发展，上个世纪七十年代，失效分析的分会场第一次出现在了与南京举行的材料金相学术讨论会上；八十年代初期，第一次全国机械装备失效分析经验交流会在北京召开；然后又陆续在1984,1988,1993年分别召开了第二，三，四次全国失效分析会议；中国航空学会失效分析专业会议于1994年成立；此外，几十年的发展中，国内也出版了很多失效分析的书籍，比如《机械零件失效分析》，《金属断口分析》，《失效分析》；还有相关的失效分析期刊，比如《理化检验》，《金属热处理》，《失效分析与预防》；在国内高校中，包括清华，北航，南工大等30余所大学开设了失效分析相关课程。失效分析是一个学科交叉，知识综合的新兴学科。一个国家机械设备失效率反映着生产制造的质量，也体现着操作管理人员的综合素养。在失效发生之后，面对问题的处理上，相关的技术人员是否可以在短时间内做出正确的判断，提出合理的解决办法，更是直接体现了国家和相关人员的科学技术水平。失效分析在我国起步较晚，所以相关的技术人员和一些领导还没有认识到失效分析的重要性，对其重视程度更是远远比不上美英德日等发达国家。目前，国内只有少数的机构从事失效分析的工作。失效分析的最终目的不是解决问题，而是预防问题的产生。在遇到新的问题是，我们应该注意利用已有的理论，知识，结合实际情况分析问题解决问题，这也是促进我国失效分析快速发展的一条捷径。鉴于失效分析涉及的知识面广，知识维度深，分析的过程复杂，工作量大，所以对相关的工作人员就会有相当高的要求，不仅要有丰富的专业知识，也要有丰富的实践经验。与之对应的就是我国现在失效分析领域的专家和工程师数量太少，相关的分析人员有时技术也达不到要求，所以技术人员的培训是急需要解决的，并且应该积极促进他们之间的交流，以期达到共同进步加快发展。国外的失效分析起步早，发展久，重视程度也远远超过国内，大到航天事故，小到螺丝钉的失效都会进行失效分析。在国外拥有众多的研究机构，大量的研究人人员，更重要的是随着时间的推进，研究人员的经验日渐丰富，交流愈发增多，已经形成了一个浓厚的研究氛围。在当今形势下，要想快速跟上国际脚步，我们必须加强与发达国家的学术交流，学习他们的先进经验，加大相关机构的建设力度，努力缩小与发达国家的水平。随着中国制造业的飞速发展，中国造产品越来越多的出口到国外，相应的失效现象也就越来越多，因此，我们在与国际交流的同时，也要积极促进各个国家之间的分析认可度。失效分析的发展趋势是：由单一的失效分析模式发展成复杂的失效分析模式，由事故发生之后的分析原因变成用已有理论来预防事故的发生，使失效分析发展成一个学科体系。随着科学技术的进步，新的材料，技术，生产制造工艺会不断的运用，于是越来越多的新模式的失效也就会出现，现在国内在研制阶段的失效分析工作还有欠缺，所以在新技术研发的同时，应该加强失效模式的研究，以期达到预防事故的目的。学术研究会作为一个社团，里面涵盖了相关领域内的大量专业人士和学者，随着经济的发展，作为中立机构的学会作用越来越大。今后我们应该充分利用学会的资源，人才，以基层为目标，深入开展失效分析工作，推动产品质量的发展，扩大失效分析的影响，促进失效分析事业的共同进步！

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