失效分析复习材料

失效分析复习材料第一章1、失效：当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效失效的三种情况：（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。

2、失效分析 Failure Analysis：通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。

就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。

第二章1、失效的主要形式及原因序号失效类型失效形式直接原因1 过量变形失效a. 扭曲（如花键）b. 拉长（如紧固件）c. 胀大超限（如液压活塞缸体）d. 高低温下的蠕变（如动力机械）e. 弹性元件发生永久变形由于在一定载荷条件下发生过量变形，零件失去应有功能，不能正常使用。

2 断裂失效一次加载断裂（如拉伸、冲击、持久等）由于载荷或应力强度超过当时材料的承载能力而引起。

环境介质引起的断裂（应力腐蚀、氢脆、液态金属脆化，辐照脆化和腐蚀疲劳等）由于环境介质、应力共同作用引起的低应力脆断。

疲劳断裂：低周疲劳，高周疲劳。

弯曲、扭转、接触、拉-拉、拉-压、复合载荷谱疲劳与热疲劳，高温疲劳等。

由于周期（交变）作用力引起的低应力破坏。

3 表面损伤失效磨损：主要引起几何尺寸上的变化和表面损伤（发生在有相对运动的表面）。

主要有粘着磨损和磨粒磨损。

由于两物体接触表面在接触应力下有相对运动造成材料流失所引起的一种失效形式。

腐蚀：氧化腐蚀和电化学腐蚀，冲蚀，气蚀，磨蚀等。

局部腐蚀和均匀腐蚀。

环境气氛的化学和电化学作用引起。

2、失效的来源：设计问题;材料选择上的缺点;加工制造及装配中存在的问题;不合理的服役条件。

3、残余应力的产生：（1）热处理残余应力（2）焊接残余应力（3）表面化学热处理引起的残余应力（4）电镀引起的残余应力（5）切削加工残余应力（6）铸造残余应力4、残余应力影响：对静强度的影响；对硬度的影响；对疲劳强度的响（一般，当承受交变应力的构件存在压缩残余应力时，构件的疲劳强度提高；当存在拉伸残余应力时，构件的疲劳强度下降。

）；对脆性破坏和应力腐蚀开裂的影响。

5、消除残余应力的方法：（1）去应力退火（2）回火或自然时效处理（3）加静载（或动载）（4）火焰烘烤法第三章1、材料失效分析的步骤： 1，调查失效事件的现场 2，收集背景材料 3，深入研究分析 4，综合归纳所有信息并提出初步结论 5，重现性试验或证明试验 6，确定失效原因并提出建议措施 7，写出分析报告等内容。

2、不同断口的处理方法：（1）在干燥大气中断裂的新鲜断口防止锈蚀，防止手指污染断口及损伤断口表面；（2）对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。

（3）在潮湿大气中锈蚀的断口。

（4）在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要。

3、断口分析的任务：（l）确定断裂的宏观性质。

塑性断裂/脆住断裂/疲劳断裂等。

（2）确定断口的宏观形貌。

纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等（3）查找裂纹源区的位置及数量。

裂纹源区的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源区的数目，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等；（4）确定断口的形成过程。

裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如何等；（5）确定断裂的微观机制。

解理型/准解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；（6）确定断口表面产物的性质。

断口上有无腐蚀产物或其他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。

4、主断面的宏观判断方法：所谓主断面就是最先开裂的断裂面（1）利用碎片拼凑法确定主断面；（2）按照“T”型汇合法确定主断面或主裂纹；（3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹。

5、断裂源区的判断方法：裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位。

（1）利用断口上的“三要素”特征确定裂纹源区；（2）利用断口上的“人”字纹特征确定裂纹源区；（3）根据断口上的放射花样确定裂纹源区；（4）根据断口上的“贝纹”线确定裂纹源区。

（5）将断开的零件的两部分相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源；（6）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区——氧化色（程度），锈蚀情况，油污等；（7）断口表面的损伤情况碰撞，摩擦等；（8）断口的边缘情况剪切唇，毛刺等。

6、解理型断裂，微孔型断裂的形貌特点（1）解理断裂解理断裂的特点：解理断裂是正应力作用下金属的原子键遭到破坏而产生的一种穿晶断裂。

其断裂的特点是，解理初裂纹起源于晶界、亚晶界或相界面并严格沿着金属的结晶学平面扩展，其断裂单元为一个晶粒尺寸。

断口形貌特征：河流花样及解理台阶。

（2）微孔型断裂微孔型断裂，又叫微孔聚集型断裂，它是指塑性变形起主导作用的一种延性断裂。

微孔型断裂的微观电子形貌呈孔坑、塑坑、韧窝、迭波花样。

在孔坑的内部通常可以看到第二相质点或其脱落后留下的痕迹，这是区别断裂的主要微观特征。

第四章1、腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的区别P192表格应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）系金属在应力（残余应力、热应力、工作应力等）和腐蚀介质共同作用下，而引起的一种破坏形式。

在静拉应力作用下金属的腐蚀破坏，一般称为应力腐蚀开裂；而在交变应力作用下金属的腐蚀破坏，则称为腐蚀疲劳。

特征应力腐蚀开裂腐蚀疲劳应力条件1、高于临界应力的静拉伸应力、压应力不产生2、低应变速度的动应力3、多为残余应力1、临界值以上具有振幅的动应力（包括压应力）2、静应力不产生3、多为工作应力和热应力材料/介质条件1、材料与介质一般要有特定的配合2、容易在材料极耐全面腐蚀的介质中产生3、温度多在50 C以上1、材料与介质没有特定的配合，任何介质中均可产生2、介质的腐蚀性越强，越易产生3、没有温度限制裂纹内、外介质pH值裂纹内介质pH值显著低于裂纹外整体工艺介质的pH值裂纹内介质pH值与裂纹外工艺介质的pH值相近电位条件多出现在钝态不稳定的电位；在活化态也能产生在活化态和钝化态均能发生表面腐蚀状态一般没有明显的全面腐蚀（仅有少数例外）通常有较明显的全面腐蚀和点蚀（也有少数例外）出现的部位多出现在焊接部位、截面形状突变处以及造成应力集中的表面缺陷处（如键槽、点蚀坑、加工划伤等）在光滑表面上较难产生，多出现在构件表面缺陷和形状突变处以及点蚀坑部位裂纹特征1、宏观裂纹较平直，但多可见分叉、花纹及龟裂2、微观裂纹一般有既有主干又有分支，裂纹的尖端较锐利1、观裂纹常见切向和正向扩展的特征，并多呈锯齿状和台阶壮2、微观裂纹一般没有分叉（仅少数例外），较为平直、或略呈锯齿状，裂纹尖端较钝断口形貌1、宏观断口粗糙，多呈结晶状、层片状、放射状和山形形貌；无贝壳状花纹；2、微观断口：穿晶形为解理或准解理，常有撕裂棱；晶间形呈冰糖块状花样，无辉纹出现1、宏观断口较平整，呈现有较明显的贝壳状花纹2、微观断口上可见疲劳辉纹（特别是裂纹的扩展后期），有蚀坑、蚀沟等2、氢致断裂：由于氢而导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂，称为氢致断裂，又称氢脆。

3、氢进入金属材料的途径：（1）金属材料基体内残留的氢：冶炼、焊接、熔铸（2）金属材料在含氢的高温气氛中加热时，进入金属内部的氢（3）金属材料在化学及电化学处理过程中，进入金属内部的氢（4）金属构件在运行过程中，环境也可提供氢 4、氢致脆断的类型：（1）溶解在金属基体中的氢原子析出并在金属内部的缺陷处结合成分子状态，由此产生的高压，使材料变脆。

钢中的“白点”即属于此种类型。

（2）由环境气氛中的氢在高温下进入金属内部，并夺取钢中的碳形成甲烷，使钢变脆。

（3）固溶氢引起的可逆性氢脆。

机械零件通常发生的氢致断裂，一般属于此种氢脆。

（4）固溶氢引起的氢脆 5、氢致脆断的断口形貌特征：（1）宏观断口齐平，为脆性的结晶状，表面洁净呈亮灰色；（2）微观断口沿晶分离，晶粒轮廓鲜明，晶界有时可看到变形线（呈发纹或鸡爪痕花样）；应力较大时也可能出现微孔型的穿晶断裂。

（3）显微裂纹呈断续而弯曲的锯齿状。

（4）在应力集中较大的部位起裂时，微裂纹源于表面或靠近缺口底部。

（5）对于在高温下氢与钢中碳形成CH4气泡导致的脆性断裂，断口表面具有氧化色及晶粒状。

（6）氢化物致脆断裂，也属沿晶型的。

在微观断口上可看到氢化物第二相质点。

第五章1、疲劳断口的宏观形貌:P149图（自己看书，这是画图题）2、疲劳断裂失效的一般特征：疲劳断裂的突发性；疲劳断裂应力很低；疲劳断裂是一个损伤积累的过程；疲劳断裂对材料缺陷的敏感性；疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性。

3、疲劳断裂原因：零件的结构形状不合理；表面状态不良；材料及其组织状态；装配与联接效应；使用环境；载荷频谱。

4、疲劳断裂的预防措施：延缓疲劳裂纹萌生的时间；降低疲劳裂纹的扩展速率；提高疲劳裂纹门槛值的长度（ Kth）；第六章1、磨损失效的类型：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。

（1）粘着磨损（2）磨料磨损（3）疲劳磨损（4）腐蚀磨损（5）冲蚀磨损（6）微动磨损 2、腐蚀失效的基本类型：点腐蚀失效；缝隙腐蚀失效；晶间腐蚀失效；接触腐蚀失效；空泡腐蚀失效；磨耗腐蚀失效。

第七章金属构件加工缺陷及失效：1、铸造加工：1、冷隔冷隔是存在于铸件表面或表皮下的不连续组织，是由两股未能相互融合的金属液流汇合所形成的不规则线性缺陷2、气孔金属在熔融状态溶解大量气体，在冷凝过程中，绝大部分气体逸出，残余的少量气体则在金属构件内部形成气孔或称为气泡。

3、针孔溶解于合金液中的气体在凝固过程中析出时，因某种原因而残留在铸件形成的针状孔洞，是小于或等于1毫米的小气孔。

4、缩孔由于金属从液态至固态的凝固期间，产生的收缩得不到充分补缩，使铸件在最后凝固部位形成具有粗糙的或粗晶粒表面的孔洞，一般呈倒锥形。

5、疏松铸件组织不致密，存在着细小且分散的孔穴称为疏松（或缩松）。

6、夹杂物固态金属基体内的非金属物质。

铸件中常见的夹杂物包括耐火材料、熔渣、熔剂、脱氧产物及铸造金属氧化物等的颗粒，一般又可分为硫化物、氧化物、氮化物和硅酸盐等。

7、偏析合金在冷凝过程中，由于某些因素导致的化学成分不一致称为偏析。

8、热裂纹热裂纹发生在金属完全凝固之前，在固相线附近的液固共存区，由于收缩受阻而形成的裂纹。

该裂纹常常延伸到铸件表面，暴露于大气之中，受到严重氧化和脱碳或发生其它大气反应。

9、冷裂纹冷裂纹发生在金属凝固之后，由于冷却时所形成的热应力、组织应力及搬运、清理、校正时的热振作用而产生。

2、锻造加工：1、折叠锻件一部分表面金属折入锻件内部、使金属形成重叠层缺陷，称为折叠。