0失效分析绪论

由于科学技术的限制，这一时期虽然有失效分析 的专门机构，但其分析手段仅限于宏观痕迹以及对材 质的宏观检查。分析仅限于宏观，不能从宏、微观上 揭示产品失效的物理本质与化学本质。
失效分析历史
3. 20世纪50年代开始进入了失效分析第三阶段 到20世纪50年代末电子显微学取得长足进
步，特别是扫描电子显微镜的出现，为失效分 析工作提供了微观分析手段，为失效分析技术 向纵深发展创造了条件，失效分析进入以系统 理论为指导的现代失效分析阶段。
失效分析
金属失效分析
“失效分析”课程简介
1. 失效概念 2. 失效分析概念 3. 失效分析相关学科 4. 失效分析历史 5. 失效分析发展 6. 失效分析简单案例 7. 失效分析的意义
“失效分析”课程简 介
对广大同学而言，失效和失效分析也许是一个陌生的概 念。然而在我们的周围，大到各种机械零件，工程设备，运 输机械，锅炉、压力容器等，小到生活、学习、娱乐场所的 各类设施，我们手头的各种电子器件等等，不管你意识到没 有，失效却总是在发生着。
研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的 模式和原因。
任务是既要揭示产品功能失效的模式和原因， 弄清失效的机理和规律，又要找出纠正和预防失 效的措施。
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失效分析工作进行的时序：
事前分析，主要采用逻辑思维方法（如故障树分析法、事件时 序树分析法和特征—因素图分析法等），其主要目的是预防失 效事件的发生。
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q著名材料科学家、中国科学院院士、中国工程院士师昌绪教授 在1998年10月召开的第三次全国机电装备失效分析预测预防战略 研讨会上作了题为“提高失效分析人员素质、促进失效学科发展 ”的讲话。他强调“通过这次会议，对失效分析会引起很大的重 视，特别是领导部门，还有中国科协、中国机械工程学会等。 我想失效分析会越来越受到重视，因此，对参与失效分析的人员 要求也越来越高。我特别强调对人员需要特别高的要求。第一专 业知识要扎实，第二知识面要广，任何事都不是孤立的，而更 重要的是从事失效分析人员的素质问题。失效分析人员必须站在 公正的立场，不受政治干扰，如果做不到这一点，我觉得就没有 资格去从事这项工作。因此人员素质是很重要的。另一个问题 ，任何一个失效分析都是综合性的，这就需要大家合作，一个人 绝对不可能完成这项工作，因此必须协作。”“总而言之，失效 分析是不可缺少的，而且越来越重7要。”
事中分析，主要采用故障诊断与状态监测技术，用于防止运行 中的设备发生故障。 事后分析，是采用实验检测技术与方法，找出某个系统或零件 失效的原因。
失效分析学的显著特点：一是实用性强，即它有很强的生产使 用背景，与国民经济建设存在着密切关系；二是综合性强，即 它涉及广泛的学科领域和技术部门 .
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思想方法
德国的机器失效分析与预防
q政府方面：原西德11个州建立了523个材料检验站，分别承担负有专长的 失效分析任务。鼓励私人投资成立例如格林失效研究及失效防止研究所一 类的机构。
q大学中的国立材料检验中心：加强工科大学的国立材料检验中心，使其 真正成为在技术上处于领先地位的权威单位。如斯图加特大学的材料检验 中心，300余人，年经费约2亿马克（一半来自企业，一半来自政府）。
复合材料的失效，又称为复合材料破坏，指复合材料 在经过某些物理、化学过程后（如载荷作用、材料老化、 温度和湿度变化等）发生了形状、尺寸性能的变化而丧失 了预定的功能。
国外失效分析机构
在德国，失效分析中心主要建在联邦 及州立的材料检验中心。原西德的11个 州共建了523个材料检验站，分别承担各 自富有专长的失效分析任务。工科大学 的材料检验中心，在失效分析技术上处 于领先地位。德国联邦材料测试实验室 及GKSS研究中心是长期从事材料及结构 服役与失效综合研究的世界著名的研究 机构。
系统工程
方
法
概率论
论
Байду номын сангаас
成分分析
材
料
组织结构分析
学
材料组织结构与性能
模糊数学
失
材料热加工与组织性能及缺陷、残余应力
效
分 材料加工工艺学
析
材料机械加工与组织性能及缺陷、残余应力
检测技术 质
量
无损检测
控
制
可靠性分析
材料常规力学性能
材
料
力
弹性力学、断裂力学、疲劳、摩擦
学
材料的高低温性能和抗腐蚀性能
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失效分析历史
q阿里盎兹技术保险公司：为了降低所保险范围内的失效事故率，加强竞 争能力，该公司技术中心拥有专职人员130余人，每年的设备投资平均为 100万马克。公司拥有340多名专职技术保险工程师，业务重点是研究和预 防造成十万马克以上损失的事故。
q企业和制造公司：加强了各自研究发展中心对其产品寿命及可靠性的研 究，如本兹汽车公司，拥有先进的分析手段和雄厚的技术力量。
20世纪80年代中后期开始的阶段，失效分析开始 逐渐形成一个分支学科，而不再是材料科学技术的一 个附属部分，这一阶段失效分析领域发展的主要标志 是失效分析的专著大量出现，全国性的失效分析分会 相继成立。
国外失效分析机构
国外工业发达国家高度重视航空装备在内的交通 安全事故的调查研究工作。美国建有国家运输安全委 员会，并早在1967年，美国成立了“机械故障预防中 心(MFPC ) ”，由原子能委员会、美国国家航空和宇航 局(NASA)等长期支持开展航空和宇航材料与结构的服 役失效分析工作。
失效失效——各类机电产品的机械零部件、微电子元件和仪 器仪表等以及各种金属及其它材料形成的构件（工程上习惯地 统称为零件，以下简称零件）都具有一定的功能，承担各种各 样的工作任务，如承受载荷、传递能量、完成某种规定的动作 等。当这些
零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效。
失效给我们造成巨大的甚至是无法挽回的损失；而失效分析则可以有 效地避免或减少这些损失。
从在这一阶段的初期，大型运载工具尤 其是航空装备的广泛应用，各种失效造成的事 故越来越大，影响越来越严重，反过来又大大 促使了失效分析的迅猛发展。
失效分析历史
现代失效分析阶段可分为两个阶段:20世纪60-80 年代中期，借助扫描电镜的帮助，失效分析围绕断裂 特征和性质分析，这一阶段的失效分析大多从材质冶 金等方面去寻找引起断裂失效原因，而对失效件的力 学分析则认为是结构设计考虑的问题，失效分析的学 术活动及其学术组织也都附属于材料学科或理化检测 领域。
(5)结论。
(1)原材料化学成分分析
结果:在模具上取样，测定模具的化学 成分(Wt %)如表1.与GB1299- 85相比， 其化学成分符合国标要求。
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q失效分析的意义——
可产生巨大的社会经济效益； 有助于提高管理水平和促进产品质量提高； 有助于分清责任和保护用户（或生产者）利益； 为新产品开发提供依据； 是修订产品技术规范及标准的依据； 促进材料科学与工程及其相关学科的发展。
25钢的齿状零件。模具加工时，发现锻件硬度 较高，为了便于加工，将模具进行过一次降低 硬度退火，但温度和时间己无纪录。加工后的 模具在淬火过程中听到模具开裂声音，随即停 止冷却，并放在630℃回火炉中回火，回火时 裂纹继续扩展使模具成为多个碎块(见图a, b)。 由于发现模具开裂，中止继续回火。
2.失效分析的初步判断
国外失效分析机构
在日本，国立的失效分析研究机构有金属材料技 术研究所、产业安全研究所和原子力研究所等。在企 业界，新日铁、日立、三井、三菱等都有研究机构， 另外各工科大学都有很强的研究力量。
意大利Bodycote材料测试国家实验室也是长期从 事材料及结构服役与失效综合研究的世界著名的研 究机构。
失效分析历史
2. 从工业革命到20世纪50年代末 失效分析发展的第二阶段，即以大机器工业为基础
的近代失效分析阶段。以蒸汽动力和大机器生产为代 表的工业革命给人类带来巨大的物质文明的同时，也 不断给人类带来前所未有的灾难。
英国在总结大量蒸汽锅炉爆炸事件后，于1862年建 立了世界上第一个蒸汽锅炉监察局，把失效分析作为 仲裁事故的法律手段和提高产品质量的技术手段。
美国的失效分析中心遍布全国各个部门，有政府 办的，也有大公司及大学办的。例如，国防尖端部门、 原子能及宇航故障分析集中在国家的研究机构中进行; 宇航部件的故障分析在肯尼迪空间中心故障分析室进 行;阿波罗航天飞机的故障在约翰逊空间中心和马歇尔 空间中心进行分析;民用飞机故障在波音公司及洛克威 尔公司的失效分析中心进行分析等。
模具在热处理时开裂的原因分析，主要有 二种情况可能造成失效:材料化学成分错误， 加热温度过高，原始材料组织有缺陷(如组织 粗大、碳化物或杂质分布不均匀)。 3. 建立具体分析思路和工作程序 按二种情况，建立具体分析思路和工作程序:
（1）材质分析， （2) 力学性能分析， （3）断口分析， （4）分析论证开裂原因，
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失效 failure
零件失效即失去其原有功能的含义包括三种情况：
（1）零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等而完全丧失其功能；
（2）零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然 能够工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差 等；
（3）零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时， 不能确保安全可靠性。如经过长期高温运行的压力容器及其 管道，其内部组织已经发生变化，当达到一定的运行时间， 继续使用就存在开裂的可能。
1. 公元前2025年到世界工业革命前 失效分析的第一阶段，即与简单手工生产
基础相适效分析的第一阶段，即与简单手工生 产基础相适应的古代失效分析阶段。
公元前2025年由巴比伦国王汉莫拉比撰写 的汉莫拉比法典是史料记载的最早的产品质量 的法律文件。它第一次在人类历史上明确规定 对制造有缺陷产品的工匠进行严厉制裁。由于 生产力落后，商品往往供不应求，罗马法律肯 定了商品出门概不退换的总原则。