零件失效分析3-失效分析思路、程序及基本技能
失效分析的程序和步骤
失效分析的程序和步骤失效分析是一种用于识别和解决系统或设备失效问题的方法。
它通过仔细的观察和分析失效现象，找出失效原因，并采取相应的措施来修复或防止失效的再次发生。
下面将介绍失效分析的基本步骤和常用程序。
1.收集相关信息：在进行失效分析之前，首先需要收集相关的信息和数据。
这包括失效现象的描述、相关历史记录、设备的技术参数、使用条件等。
2.确定失效的范围和目标：在进行失效分析时，需要明确分析的范围和目标。
这可以帮助专家集中精力分析关键部分，更好地解决问题。
3.制定研究方案：根据收集到的信息和目标，制定研究方案。
这包括确定所需的实验、测试、分析方法和工具。
4.实施实验和测试：根据制定的方案，进行必要的实验和测试。
这包括对失效现象进行再现性测试，测量相关的物理量和参数等。
5.分析测试数据：根据实验和测试的结果，对数据进行仔细的分析。
这包括对数据的统计处理、趋势分析、相关性分析等。
6.确定失效原因：根据数据分析的结果，确定失效的原因。
这可能涉及到不同层面的分析，包括物理层面、材料层面、设计层面、制造层面等。
7.提出解决方案：根据确定的失效原因，提出相应的解决方案。
这可能需要进行工艺改进、设计修改、部件更换等。
8.实施解决方案：根据提出的解决方案，进行相应的实施。
这包括对设备进行修复、改进、更新等操作。
9.验证解决方案：在实施解决方案后，进行必要的验证。
这包括对修复后的设备进行功能测试、性能测试等，以确保解决方案的有效性。
10.记录和总结：对整个失效分析过程进行记录和总结。
这有助于积累经验，提高问题解决能力，并为今后的类似问题提供参考。
失效分析的程序和步骤并没有固定的模式，具体的程序和步骤可能因问题的性质、复杂度和资源的限制而有所不同。
在实际应用中，可能需要结合专业技术和经验来灵活地进行失效分析，并不断地进行迭代和改进。
同时，要充分利用各种技术手段和工具，如扫描电镜、红外热像仪、故障模式与失效分析（FMEA）等，以提高分析的准确性和效率。
失效分析思路方法和基本程序
第三章失效分析思路方法和基本程序• 3.1 失效分析的思想方法1.整体观念原则设备失效要考虑的对象不仅仅是设备，要把设备---环境—人当作一个系统来考虑a.失效构件与邻近非失效构件之间的关系b.失效构件与周围环境的关系c.失效构件与操作人的各种关系大胆设想可能与环境发生哪些问题，逐个列出失效因素，对照调查，检测，试验数据再逐个排除，特别是大型构件更要如此.2.从现象到本质的原则失效的表现是现象原因才是本质许多失效表现出一定的现象，如一个断口出现贝壳花样；又知道其承受交变载荷，就可认定失效类型是疲劳，但还要进一步弄清为什么会发生疲劳失效，找出原因才是本质。
3.动态原则位置机械产品对周围的环境相对运动变化之中条件设计参量和操作工艺指标只能是一个分析的参考量。
甚至存放在仓库的新产品也要认为在动态中。
内部受力条件会变化，外部温度、介质会变化，产品本身的某些因素也会变化。
4.两分法原则好的方面任何事物、事件一分为二不好的方面失效分析中对任何事物、事件都要一分为二，名牌、进口和质量好的产品也会失效，也会出现设计不当或材料问题。
5.立体原则客观事物在不同的时空范围内是变化的a.对同一设备在不同的服役阶段或不同的环境就会具有不同的性质。
b.同一工况条件构件的不同部位也会产生不同的失效模式失效分析要多方位综合考虑问题。
6.比较方法、历史方法、逻辑方法失效与已失效系统进行比较,依赖过去失效资料积累分析,分析比较综合归纳作出判断和推类。
3.2 相关性分析的思路及方法1.按失效零件制造全过程和使用条件进行分析（1）审查设计使用条件设计包括标准选用导致零件失效设计判据条件（估计不足）高应力区缺陷标准（选用不当）截面变化太陡判据（不准）倒角过小表面质量过低（2）材料分析选用不当热处理不合理成分不合格材料夹杂物超标导致失效产生组织不合要求材料各向异性冶金缺陷（3）加工制造缺陷铸造缺陷锻造缺陷焊接缺陷缺陷冷加工缺陷导致失效产生碰伤表面缺陷腐蚀表面缺陷装配不当缺陷（4）使用和维护情况分析超载超温超速问题频繁启动停车导致失效产生润滑问题冷却问题保养问题2.根据产品的失效形式及机械模式进行分析根据产品的失效表现形式进一步分析失效模式分析导致失效的内因和外因找出失效原因（后面详细讲解）3.“四M”分析思路及方法1）man人操作人员的情况分析工作态度责任心大小玩忽职守人主观臆断造成失效违章操作缺乏经验反映迟钝技术低能2）Media 环境产品使用状态下的环境情况分析载荷状态变化载荷大小变化载荷方向变化环境周围温度导致失效周围湿度周围尘埃腐蚀介质3）Machine 设备情况分析分析材料的选择结构设计加工制造水平造成失效安装水平运输保护措施4）Management 管理情况分析作业程序保护措施管理辅助工作造成失效使用工具维护保养3.3 系统工程的分析思路及方法▪ 1. 复杂系统▪除常规影响因素外▪还有人的因素和软件因素，用相关性及物理检测无法解决，必须采用系统工程来解决。
失效分析
失效分析第三章 失效分析的基本方法1. 按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法：（1）审查设计（2）材料分析（3）加工制造缺陷分析（4）使用及维护情况分析2. 系统工程的分析思路方法：（1）失效系统工程分析法的类型（2）故障树分析法（3）模糊故障树分析及应用3. 失效分析的程序：调查失效时间的现场；收集背景材料，深入研究分析，综合归纳所有信息并提出初步结论；重现性试验或证明试验，确定失效原因并提出建议措施；最后写出分析报告等内容。
4. 失效分析的步骤：（1）现场调查 ①保护现场 ②查明事故发生的时间、地点及失效过程 ③收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口 ④选取进一步分析的试样，并注明位置及取样方法⑤询问目击者及相关有关人员，了解有关情况 ⑥写出现场调查报告（2）收集背景材料 ①设备的自然情况，包括设备名称，出厂及使用日期，设计参数及功能要求等 ②设备的运行记录，要特别注意载荷及其波动，温度变化，腐蚀介质等③设备的维修历史情况 ④设备的失效历史情况 ⑤设计图样及说明书、装配程序说明书、使用维护说明书等 ⑥材料选择及其依据 ⑦设备主要零部件的生产流程 ⑧设备服役前的经历，包括装配、包装、运输、储存、安装和调试等阶段 ⑨质量检验报告及有关的规范和标准。
（3）技术参量复验 ①材料的化学成分 ②材料的金相组织和硬度及其分布 ③常规力学性能④主要零部件的几何参量及装配间隙（4）深入分析研究（5）综合分析归纳，推理判断提出初步结论（6）重现性试验或证明试验5. 断口的处理：①在干燥大气中断裂的新鲜断口，应立即放到干燥器内或真空室内保存，以防止锈蚀，并应注意防止手指污染断口及损伤断口表面；对于在现场一时不能取样的零件尤其是断口，应采取有效的保护，防止零件或断口的二次污染或锈蚀，尽可能地将断裂件移到安全的地方，必要时可采取油脂封涂的办法保护断口。
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，可先用稀盐酸水溶液去除锈蚀氧化物，然后用清水冲洗，再用无水酒精冲洗并吹干。
失效分析的流程
失效分析的流程
失效分析的流程主要包括以下步骤：
1. 故障现象记录：详细记录失效产品的故障表现、使用环境和条件，初步判断失效模式。
2. 样品收集与预处理：获取失效产品或部件样本，进行必要的保护和清洗，确保后续分析不受干扰。
3. 外观检查与非破坏性测试：通过肉眼观察、光学显微镜检查、X射线透视等手段，寻找外部可见的缺陷及内部结构异常。
4. 破坏性分析：采用金相分析、化学成分分析、断口分析等方法，深入探究失效机理。
5. 功能测试与模拟实验：对样品进行电气性能测试、力学性能测试，并根据需要设计加速老化、应力测试等模拟实验，重现失效过程。
6. 数据分析与结论得出：综合所有测试结果，分析失效原因，确定责任方，并提出改进措施或预防对策。
7. 报告编写与反馈：整理失效分析报告，将结论反馈给相关部门，指导产品质量改进和工艺优化。
机械零件的失效分析
失效分析方法和技术
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外部检查
通过外部观察和测量，我们可以找到外部因素对失效的影响。
2
内部检查
通过内部切割和断面观察，我们可以了解零件的内部结构和缺陷情况。
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材料分析
使用材料分析技术，如金相显微镜、扫描电镜等，可以帮助我们研究材料性质和 缺陷。
实例：钢件的疲劳失效分析
失效模式分析
通过分析钢件的疲劳失效形态， 我们可以确定失效模式和机制。
老化特征
通过观察塑料件的颜色变化、表面开裂等现象， 可以判断是否发生老化。
替代材料
通过寻找抗老化性能更好的材料，可以延长塑料 件的使用寿命。
结论和总结
机械零件的失效分析是提高产品可靠性和寿命的重要工具。通过深入研究失 效模式和原因，并采取相应的改进措施，我们可以更好地理解和应对机械零 件失效问题。
通过了解失效原因，我们可以改进设计、材料和制造过程，提高机械零件的可靠性和寿 命。
失效分析的基本原理
1 失效模式与机理
了解失效模式和机理可以帮助我们快速定位和识别失效的根本原因。
2 数据收集与分析
通过收集和分析失效数据，我们可以找到共同点和规律，帮助我们预测和预防将来的失 效。
3 实验与测试
通过实验和测试，我们可以验证我们对失效原因和机制的假设，从而得到更可靠的结论。
断口分析
观察钢件的断口形态，可以帮助 我们了Байду номын сангаас失效的根本原因。
金相分析
通过金相显微镜观察钢件的显微 组织，可以揭示材料的缺陷和组 织性质。
实例：塑料件的老化失效分析
老化机制
塑料件的老化失效通常由紫外线辐射、热氧化、 水解等因素引起。
老化测试
失效分析知识点
失效分析知识点第一章概论1.失效的定义：当这些零件失去其应有的功能时，则称该零件失效。
2.失效三种情况：（1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等从而完全丧失其功能；（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。
3. 失效分析定义：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。
也就是研究失效的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。
4. 失效分析过程：事前分析（预防失效事件的发生）、事中分析（防止运行中设备发生故障）、事后分析（找出某个系统或零件失效的原因）。
5. 失效分析的意义：（1）.失效分析的社会经济效益：失效将造成巨大的经济损失；质量低劣、寿命短导致重大经济损失；提高设备运行和使用的安全性。
（2）.失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高；（3）.失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益；（4）.失效分析是修订产品技术规范及标准的依据；（5）.失效分析对材料科学与工程的促进作用：材料强度与断裂；材料开发与工程应用。
第二章失效分析基础知识一.机械零件失效形式与来源：1.按照失效的外部形态分类：（1）过量变形失效：扭曲、拉长等。
原因：在一定载荷下发生过量变形，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（静载荷）：由于载荷或应力超过当时材料的承载能力而引起；环境介质引起的断裂：环境介质和应力共同作用引起的低应力脆断；疲劳断裂（交变载荷）：由于周期作用力引起的低应力破坏。
（3）表面损伤失效：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: 环境气氛的化学和电化学作用引起。
（4）.注：断裂的其他分类断裂时变形量大小：脆性断裂、延性断裂；裂纹走向与晶相组织的关系：穿晶断裂、沿晶断裂；2.失效的来源：（1）.设计的问题：高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；应力计算错误；设计判据不正确。
失效分析基本常识以及操作流程
失效分析基本常识以及操作流程失效分析是一种通过分析和探究事物、系统或过程发生失效的原因和机制的方法。
它可以帮助我们识别并改进潜在的问题，以提高系统的可靠性和性能。
以下是关于失效分析的基本常识与操作流程。
一、失效分析的基本常识1.失效模式与效应分析（FMEA）：FMEA是一种通过分析预测和评估失效模式及其严重性、发生概率和检测能力的方法。
它可以在设计、生产和使用阶段预防或减少失效。
2.失效树分析（FTA）：FTA是一种通过将失效进行因果关系的图形化表示来分析系统失效的方法。
它能够帮助确定导致一些具体失效的事件链。
3.事故树分析（ETA）：ETA是一种通过将事故及其后果进行因果关系的图形化表示来分析事故发生的方法。
它可以帮助识别和评估事故的潜在原因及其对系统的影响。
4.失效模式、原因和影响分析（FMEDA）：FMEDA是一种通过分析失效模式、失效原因和失效影响的方法来评估系统的可靠性。
它通常用于评估硬件系统。
5.人因分析：人因分析是一种通过分析人因相关的错误、失误和措施来评估和改进工作系统和流程的方法。
它可以帮助减少人为失误和提高操作效率。
二、失效分析的操作流程1.确定分析目标：确定需要进行失效分析的系统、产品或过程，并明确分析的目标和范围。
例如，是为了解决一个特定的问题，还是为了提高整体系统的可靠性等。
2.收集相关数据：收集和整理与失效有关的数据和信息，包括过去的失效记录、测量数据、使用情况等。
这些数据将为后续的分析提供基础。
3.选择适当的工具和方法：根据分析的目标和需要，选择适合的失效分析方法和工具，如FMEA、FTA、ETA等。
有时需要结合多种方法进行分析。
4.定义失效模式与效应：识别和描述可能的失效模式及其对系统的影响。
这包括对失效模式的描述和分类，以及对失效的严重性进行评估。
5.分析失效原因：通过追溯失效模式，分析导致失效发生的可能原因和机制。
这包括对失效原因的分类和评估，以及确定潜在缺陷和改进点。
失效分析基本常识以及操作流程
提交分析报告
任务来源 分析过程
背景描述
分析结果
记录和图片 综合评审
分析实质原因 提出纠正措施
工艺
设计结构 材料
测试方法 使用条件 质量控制
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6.0 操作流程-1
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6.0 操作流程-2
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6.0 操作流程-3
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6.0 操作流程-4
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9.0 FA工程师因该具备的能力
1. 要懂基础的物理科学，对物理对电路都要有 一定的基础，否则无法解释一些本质现象， 思路也不宽。
2. 要熟悉产品封装工艺，这个是失效分析的基 础，不然没法给结论。
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9.0 FA工程师因该具备的能力
3. 要懂电路和机械装配图。 4. 熟悉材料科学，会分析各种材料的相关问题。 5. 要对业界的所有失效分析设备，材料分析设
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2.0 研究对象和要求
2.1 需要做失效分析的对象
现场使用的失效样品（客诉样品） 可靠性试验失效样品 生产筛选失效样品（特大异常样品）
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2.0 研究对象和要求
2.2 失效分析层次要求
任一产品或系统的构成都是有层次的，失效原因也 具有层次性，如系统－单机－部件（组件）－零件（元 件）－材料。
上一层次的失效原因即是下一层次的失效现象。 凭我们现有资源和技术能力，结合产品特性，失效 分析适宜以器件为单元建立失效模式。分析机理达到零 件（如芯片\壳体\滤波片\插芯套组件等）层次即可。
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失效分析的程序和步骤
失效分析概要失效分析培训班用2007年11月前言江苏省机械研究所于2007年12月举办一个三天半的失效分析培训班，本教材即为该培训班而准备的,本教材由东南大学材料科学与工程学院孔宪中编写，部分文字内容参考金属所的金属断裂失效分析一书。
我们知道，进行失效分析,是1，找出事故原因，分清责任所属,依法进行索赔，挽回经济损失。
2，找出经验教训，避免同类事故,改进制造水平，定立新的工艺。
3，提供有关资料，促进法治建设，减少资金浪费，加快建设速度。
4，产生新型学科，提升科技水平,增强国家实力，节约资源成本这四方面所必需的，这次失效分析培训班主要介绍如何进行失效分析，大致内容有1．失效分析的几种分析思路:按：根据失效分类的分析思路根据设备或部件工作状况的分析思路根据制造工艺和部件类别的分析思路2．失效分析的分析程序1),现场调查2），观察,检测和检验3），分析及验证，作分析结论，4），提出报告，建议,及回访3．失效分析程序的实施1）设计分析程序和实施步骤2）失效部件的直观检验过程3）断裂源的确定4）断裂机制的确定,5）取样及编号6）检测和检验7）信息的纵综合，归纳，分析，得出初步结论8）结论的验证，写出报告，提出建议，4，常用的失效分析技术1）金属的显微断口分析2)金属及部件的疲劳失效分析3）腐蚀疲劳失效分析及应力腐蚀失效分析4）氢脆失效分析5）高温失效分析6)焊接失效分析5．常见部件的失效分析案例1）轮类用齿轮,叶轮，螺杆，轮箍各选一例2）轴类用曲轴，摇杆轴，前轴，连杆各选一例3）管道类用管道,导管方面选二例4）基础件类用轴承，弹簧，模具方面选三例通过培训班学习,使参加者获得一定的失效分析素养，能具备一定的失效分析能力，有一定程度的失效分析技术，接触一定数量的失效分析案例,便于开展失效分析工作。
一失效的定义凡机械设备或装置零件，只要不再能满足设计规定的功能者，统称“失效”。
一般有三种情况：即1，产生损害，不能继续使用.2，具备产生损害的危险，不能继续使用。
失效分析基本常识以及操作流程概要
失效分析基本常识以及操作流程概要失效分析是一种通过对可能导致系统、设备或产品失效的原因进行分析，找出失效根本原因并采取措施来防止或解决失效问题的方法。
它是广泛应用于各个行业的一种科学技术手段，可以提高产品和系统的可靠性、安全性和稳定性。
失效分析的基本常识包括以下几个方面：1.失效模式与失效机理：失效模式是指系统、设备或产品发生失效的表现形式，如断裂、腐蚀或短路等。
失效机理是导致失效发生的物理或化学过程，如疲劳、腐蚀或热膨胀等。
2.失效根本原因：失效根本原因是导致失效机理发生的根本问题，可以是设计缺陷、材料问题、工艺不良或使用误操作等。
3.失效分析方法：失效分析可以采用多种方法，如故障树分析、事件树分析、失效模式与效应分析（FMEA）和故障模式与效应分析（FMECA）等。
这些方法可以帮助确定失效发生的可能原因、失效的后果以及防止或解决失效的措施。
4.失效分析工具：失效分析可以借助一些工具来进行，如故障记录、故障数据分析、实验测试和仿真模拟等。
这些工具可以提供有关失效发生的详细信息，以便进行有效的分析和解决。
失效分析的操作流程概要如下：1.收集失效信息：首先需要收集与失效相关的信息，包括失效模式、失效机理、失效数据和相关报告等。
2.确定失效根本原因：通过对失效信息进行分析，确定失效的根本原因。
可以采用故障树分析等方法来帮助确定可能的失效原因。
3.评估失效后果：评估失效的后果，包括人员伤害、财产损失和环境影响等。
可以采用FMEA和FMECA等方法来评估失效的后果。
4.制定措施：根据失效的根本原因和后果，制定相应的措施来防止或解决失效问题。
这些措施可以包括改进设计、优化工艺、更换材料或提供培训等。
5.实施措施：根据制定的措施，进行实施。
这可能涉及到产品的改进、工艺的优化或操作人员的培训等。
6.监控效果：监控实施措施的效果，以确保达到预期的目标。
如果发现新的失效问题，需要重新进行失效分析并制定相应的措施。
机械零部件失效分析的方法和步骤
机械零部件失效分析的方法和步骤第一章机械零部件失效分析的方法和步骤1、失效分析与机械设计的关系机械产品丧失其规定功能的事件称为机械产品的失效。
失效常发生在产品使用过程中，也发生在试运转过程中，甚至可能发生在使用前的存放过程中。
以同类产品使用寿命期内失效事件总数为基数的统计数据表明，寿命早期失效率较高，晚期的失效率也较高，而中期较长时间的失效率很低，典型的失效率曲线呈浴盘状曲线。
机械产品的早期失效案例尤其值得重视。
它们常常暴露出设计和制造工艺中各种的欠缺和不当，及时的失效分析有利于改进和提高产品的质量。
晚期失效分析反应出机械产品耗损期的诸多病端失效分析有利于提高产品的使用寿命。
针对机械产品失效案例进行的技术和管理活动称为失效分析。
失效分析的主要内容是查明失效的具体原因（失效诊断）和提出预防和补救措施（失效对策）。
失效分析的主要目标是防止同类失效事件的再次发生和提高产品质量。
机械产品的恶性失效事故造成重大经济损失，甚至人员伤亡，例如飞机坠落，大型机组毁坏，大型压力容器爆炸，这种特大事故发生后，通常开展大规模的调查活动。
如果确认或怀疑事故是由机械零部件失效而造成，就会进行一系列失效分析活动，包括各种试验和研究工作。
由于领导部门重视，投入较大，研究工作深入，常能达到预期目标。
中、小型失效事件或事故，也应该进行相应的失效分析活动。
而各单位和厂家对于所发生失效事件的重视程度有很大的差异。
有一些厂家极重视其产品的失效案例，买回典型的失效零部件，进行认真分析研究。
许多设计师经常调查所设计机械设备使用中失效情况，作为改善设计的重要依据。
“失败乃成功之母”，概略地说明了失效分析与机械设计间的关系。
2、机械产品失效分类机械产品失效分类有两种主要系统：按照失效类型分类；按照失效原因分类。
机械产品失效类型有五大类：变形、断裂、腐蚀、磨损和老化。
还可以进一步细分为更多的类型，断裂失效可分为塑性断裂、脆性断裂、环境促进断裂和高温断裂。
零件失效分析
气轮机主轴的工艺路线为：备料→锻造→第一次正火→去 氢处理→第二次正火→高温回火→机械加工→成品受交变的扭转、弯曲载荷以及振动和冲击 力的作用。 按内燃机的转速不同可选用不同的材料。通常低速内 燃机曲轴选用正火态的45钢或球黑铸铁；中速的内燃 机曲轴选用调质态的45钢、调质态的中碳合金钢（例 如40Cr）或球墨铸铁。高速内燃机曲轴选用强度级别 再高一些的合金钢（例如42CrMo等）。
2、断裂失效 断裂失效 机械零件因断裂而产生的失效。 （1）韧性断裂失效 断裂前有明显的塑性变形。 宏观变形方式为颈缩，典型断口呈韧窝状，韧窝是由于 空洞的形成、长大并连接而导致韧性断裂产生的。
（2）脆性断裂失效
断裂前无塑性变形。疲劳断裂、应力腐蚀断裂、腐蚀疲 劳断裂和蠕变断裂等均属于脆性断裂。
① 疲劳断裂
在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的 屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹导致发生断裂，
称金属的疲劳断裂。
②低应力脆性断裂失效
石油化工容器、锅炉等一些大型锻件或焊接件，在工 作应力远远低于材料的屈服应力作用下，由于材料自 身固有的裂纹扩展导致的无明显塑性变形的突然断裂， 称为低应力脆性断裂。
⑶ 查阅失效零部件的有关资料，包括零部件的设计、 加工、安装、使用维护等方面的资料。
⑷ 试验研究
2、失效分析实例——锅炉给水泵轴的断裂分析
某大型化肥厂从国外引进的两台离心式锅炉给水泵在试车过程中只运 行了 1400 多小时便先后发生断轴事故。泵轴的材质相当于我国的 42CrMo钢，外径为90mm，断裂部位为平衡鼓附近的轴节处，该处最小 直径为74mm。在试车期间，给水泵曾频繁开停车。图为泵轴的断口照 片。
机械零件的失效分析思路与基本知识介绍
4.2 宏观分析
宏观分析法的特点:
-- 简便、迅速、试样尺寸不受限制、不必破坏断裂零件、观察范围大;
-- 能观察与分析破断全貌、裂缝和零件形状的关系、断口与变形方向 的关系、断口与受力状态（主应力与切应力）的关系； -- 能够初步判断断裂起源位置、断裂性质与原因； -- 缩小进一步分析研究的范围，可为进一步分析取样部位和数量的确 定提供线索和依据。 宏观分析方法是 破断故障分析中最方 便、最常用、最重要 的不可缺少的步骤和 方法，是整个失效分 析的基础。
在还未进行断口分析前就把断口破坏进行
材料分析
（理化分析）
材质分析，因此而失去了断裂形式的判断 机会，对分析的结论也将受到影响。 验证试验 分析报告
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失效分析故障树法
4. 失效分析的常用分析手段及选用原则
失效情况调查
宏观分析
痕迹分析
断口分析
理化分析
裂纹分析
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4.1 失效情况调查
此阶段的主要工 作
此次培训的主要目的:
让从事机械零件的产品、工艺、材料及质量分析人员了解失效分析的工 作程序及其作用，以便在产品失效后能正确处理及保护好失效件或在寻找失 效原因工作中少走弯路，使从失效分析中找出的原因能为今后的质量改进提 供依据。使产品质量不断提高。
名词解释：
形状、尺寸、 材料性能
失效
当由于某种原因使得此零件丧失它应有的功能时，或因受严重损伤 不能安全可靠地继续工作时，则称之为失效。
扫描电镜的问世，使断口的微观 细节分析成为可能，直接促进了 断口学的完善。
终失效的过程联系起来，找出与失效相关
的内在或外在原因的科学技术。
断口分析阶段主要工作
观察断口的颜色、粗糙度、花纹、唇口、 边缘情况、微观特征，进而确定断裂失效 的方式，断裂源的位置等。（如脆断、韧 性断及疲劳断、它是受到什么方向和什么 种类的载荷而破坏）。
《失效分析》课件-3
所谓“四M”分析法，是指将Man（人）、 Machine（机器设备）、Media（环境介质）和 Management（管理）作为一个统一的系统进行 分析的方法。对于一个比较复杂的系统常采用此 种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作
四M方法
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3.1 失效分析的思路及方法 3. “四M”分析思路及方法
技术参量
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3.2 失效分析的程序与步骤
4．深入分析研究 （1）失效产品的直观检查（变形，损伤情况，
裂纹扩展，断裂源）
（2）断口的宏观分析及微观形貌分析（多用扫 描电镜）
（3）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位 素、X射线、超声波等）
（4）表面及界面成分分析（俄歇能谱） （5）局部或微区成分分析（辉光光谱、能谱、 电子探针）
（6）相结构分析（X射线衍射法） （7）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核
深入研究
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3.2 失效分析的程序与步骤
5 综合分析归纳，推理判断提出初步结论
根据失效现场获得的信息、背景材料及各种实测数据，运用材
料学、机械学、管理学及统计学等方面的知识，进行综合归纳 、推理判断、分析后，初步确定失效模式并提出失效原因的初 步意见和预防措施。
故障树法
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3.1 失效分析的思路及方法
工作程序
确定不希望发生的事件（上端事件）； 对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进
行分析； 采用手工或计算机合成故障树； 求出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目
的基本事件的集合； 收集计算时必须的故障率数据； 计算上端事件发生的概率； 对基本事件的重要度作评价； 分析计算结果，提出改进措施。
防止锈蚀，防止手指
零件失效分析讲义
零件失效分析与产品质量保障讲义目录1、零件的失效及其危害性2、零件失效分析工作内容和意义3、零件失效形式4、零件失效基本原因5、失效分析步骤6、失效分析技术简介7、断裂失效分析8、磨损失效分析9、腐蚀失效分析10、汽车、机械、航空、建筑机械、电气设备零件失效分析案例11、高分子材料及高聚物基复合材料构件的失效分析12、电子器件的失效分析13、零件失效预防，产品质量保障14、零件失效分析报告第一章零件的失效及其危害性一、零件的失效失效零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。
如：沙发弹簧弹性丧失汽车变速箱齿轮磨损电动机轴断裂二、零件失效的危害性1、零件失效，导致机械不能正常工作，降低生产效率，降低产品质量。
例：冷冲模具磨损失效2、零件失效，导致机械不能工作，停工停产，造成重大经济损失。
例：一汽车运行3天后连杆断裂，汽缸体捣坏、报废。
损失约20万元。
黄河刘家峡水电站水轮发电机风叶掉脱，刮坏全部定子线圈，直接损失257万元。
3、零件失效，导致机毁人亡一大货车，超载运行，因制动失灵，撞一客车翻入山沟，造成24人死亡。
第二章零件失效分析工作内容和意义一、零件失效分析零件失效分析:判断零件失效性质、分析零件失效原因、研究零件失效的预防措施的技术工作。
二、零件失效分析工作内容1、判断零件失效性质畸变失效、断裂失效、磨损失效、腐蚀失效。
2、分析零件失效原因设计、材料、加工、装配、使用、维护。
3、研究零件失效的预防措施，保障产品质量修改设计？更换材料？改进加工？合理装配？正确使用？及时维护？三、零件失效分析意义产品质量是企业的生命线。
提高产品质量、延长零部件的使用寿命，是企业的立足之本。
1、减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生，保障产品质量，提高产品竞争力。
2、分析机械零件失效原因，为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。
失效分析基本方法
事件 均值m 分布、
x7 x8 x9 x10 x11 0.0002 5.03410-5 0.0002 5.03410-5 0.0010 2.51710-4 0.0009 2.26510-4 0.0020 5.03410-4
事件 均值m 分布、
x13 0.00001 2.51710-6 x14 0.00001 2.51710-6 x15 x16 x17 0.0001 0.0001 2.51710-5 2.51710-5
（1）设备的自然情况
（2）设备的运行记录 （3）设备的维修历史情况 （4）设备的失效历史情况 （5）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用 维护说明书 （6）材料选择及其依据 （7）设备主要零部件的生产流程
（8）质量检验报告及有关的规范和标准
收集材料
23
3.2
失效分析的程序与步骤
3 技术参量复验 （1）材料的化学成分
TOP 0.0060 1.50610-3
故障树例
18
3.1 失效分析的思路及方法
3 数理统计分析思路及方法 巴特雷图
相关性分析 灰色关联分析
数理统计法
19
3.2
失效分析的程序与步骤
3.2.1 分析程序的意义
失效分析是一项复杂的技术工作，它不仅要求失效分 析工作人员具备多方面的专业知识，而且要求多方面的工 程技术人员，操作者及有关的科学工作者的相互配合，才 能圆满地解决问题。因此，如果在分析以前没有设计出一 个科学的分析程序和实施步骤，往往就会出现工作忙乱、 漏取数据、工作缓慢或走弯路，甚至把分析时步骤搞颠倒， 使某些应得的信息被另一提前的步骤给毁掉了。
3.1.2 相关性分析的思路及方法
一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。
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收集与失效有关的物质，如气氛、物料粉尘、飞溅 物、反应物，并注意机械划伤、污染吸附等痕迹；
残骸的重要关键性部位，供实验室分析用； 清理现场时将编号的无用残骸有秩序地堆放在避 风雨的地方暂存、备用；
调查、访问和背景资料的收集
装备的工作原理及运行技术数据和有关的规程、 标准； 设计的原始依据； 选材的依据； 使用材料的牌号、性能指标、质量保证书、供应 状态、验收记录、供应厂家、出厂时间等； 加工、制造、装配的技术文件；
初步判断： 材料化学成材料组织有缺陷 材质分析 力学性能分析 断口分析 显微组织分析 分析论证开裂原因
结论
建立具体的分析 思路和工作程序
举例：汽车轮毂紧固螺栓断裂事故分析 现场信息调查：汽车轮毂紧固螺栓是汽车上至关重 要的零件，如果该零件出现问题，轻则造成交通事 故，重则造成车毁人亡，后果严重。某厂生产的汽 车的左后轮紧固螺栓全部断裂，5个螺栓中有4个螺 栓断裂前出现弯曲和扭转， 1个螺栓被剪切，造成 了车祸，该厂紧急召回了废车对其事故进行分析。
2. 失效分析的程序与步骤
（九）性能检验 性能检验是与设计所对应的性能 试验，这种确定性能的试验通常是破坏性试验。在 不允许对失效件做破坏性取样时，可以用硬度试验 来推断其力学性能，如屈服强度等。 （十）失效分析 模拟失效原因，制作与失效件相 同的构件，使之在设计要求的真实工况下运行。这 是非常昂贵但却可信的试验，只有在特殊需要下才 做。
初步判断： 螺栓的力学性能不够
可能原因
结构和装配问题 材质分析（材料成分、显微组织） 力学性能分析（工况、紧固、强度） 建立具体的分析 思路和工作程序 断口分析（形貌） 分析论证开裂原因 结论
失效树分析（FTA法） 失效模式及效应分析（FMEA法） 系统工程分析法 管理失误与风险树分析（MORT法） 事件树分析（ETA法） …
失效件的清理 先判断后清理，先表面后内层，尽量采用物理方法 清理而少用化学方法。
干燥气流或有机纤维软刷子； 有机溶剂及超声清洗； 醋酸纤维素复膜处理； 水基洗涤剂清理；
阴极清理；
化学侵蚀清理；
4. 常规测试技术
可信性
有效性
测试技术选用原则
可能性
经济性
化学成分分析 组织结构分析
2. 失效分析的程序与步骤
（七）微观断口分析 包括断口显微形貌（断口组织） 试验和局部化学成分试验，以此确定断裂机理。通常 都是采用电子显微镜分析。
（八）金相检验 金相试样的制备需在失效件上切片， 这可能要求有关各方在切片前取得一致。金相检验材 料的显微组织，有助于确认热处理的质量情况，为失 效原因提供证据。
能谱分析（EDS）
a
条件与门，表示B1、B2两个事 件同时发生（输入）时，还 必须满足条件a，A事件才发 生（输出）；
a
限制门，表示B事件发生（输 入）且满足条件a时，A事件 才能发生（输出）。
失效树的建立
熟悉系统 确定顶事件 收集系统资料 建立失效树
修改简化失效树
调查失效
调查原因事件
定性分析 制定安全措施
定量分析
2. 失效分析的程序与步骤
（五）制造过程及其各工艺环节分析 错误的加工 工艺过程往往是导致失效的主要原因，如不合格的 原材料、各种热加工工艺的错误和机加工、磨削的 错误等等。 （六）宏观断口形貌检查 在裸眼和低倍放大下检查 断口表面时，往往可以发现明显的形貌特征，可按照 断裂特征和载荷性质之间的关系来推断断裂的模式。
定性+定量
FTA法的步骤
基本事件的重要度分析
失效树的定量分析
失效树的定性分析 失效树的建造
失效分析的 关键
砂轮伤害事故的失效树图
砂轮伤害 击中人体
防护装臵不起作用 砂轮破碎飞出
质量缺陷
未检查
安装缺陷
操作不当
安装不牢
无防护罩
砂轮不 平衡
有裂纹
紧固砂轮 上砂轮敲 用力过大 打过猛
吃刀量 过大 启动过急
失效树所用符号
+
·
•
逻 辑 门 符 号
或门，表示B1或B2任一事件单独发生（输 入）时，A事件都可以发生（输出）；
与门，表示B1、B2两个事件同时发生（输 入）时，A事件才能发生（输出）；
失效树所用符号
+
·
a
条件或门，表示B1或B2任一事 件单独发生（输入）时，还 必须满足条件a，A事件才发 生（输出）；
材 料 的 选 择
冶 金 质 量
热 加 工 工 艺
冷 加 工 工 艺
作 业 程 序
维 载 温 修 荷 度 保 养 制 度
腐 蚀 介 质
“撒大网”逐个因素排除的思 路
优点：面面俱到，怀疑一切，不放过任何一个可疑点。 缺点： 工作量较大。
“撒大网”分析法多应用于重要失效事故的分
析和军事部门，在一般实际应用中应有所侧重。
处理意见 对安全性维护的建议
最重要知识和经验的总结
3. 失效件的保护、取样及试样清洗、保存
失效件的保护 机械损伤 断口保护 断口脆弱 化学损伤
显微形貌特征的消失或破坏
措施：
在裂纹打开、切割断口时要以保持断口原貌为原则； 在搬运断口时，最好在断口表面覆盖一层柔软的布或棉 花加以保护； 用缓和干燥的压缩空气轻轻吹干断口表面，并将试样放 在干燥器、真空储存室中或用合适的干燥剂把试样封装 起来； 使用防腐蚀的表面涂料（防锈漆、醋酸纤维丙酮溶液等）；
主要的测试技术
力学性能测试 无损检测 物化性能测试
化学成分分析
化学分析法
原子发射光谱分析（AES） 原子吸收光谱分析（AAS）
光谱分析
X射线荧光光谱分析（XFS） X射线光电子能谱分析（XPS） 电子探针X射线显微分析
微区化学成分分析 俄歇电子能谱分析
X射线光电子能谱分析（XPS）
类金刚石镀层表面的C1s峰谱图
失效分析与常规研究工作有所不同
后果严重、 失效分析任 涉及面广 务繁重、时 间紧迫
分析结论要正确 无误，改进措施 要切实可行
一果多因使失效分析的中间过程纵横交错、 头绪万千，正确思路的指导有利于确定分析 方向、明确分析范围、推断失效过程。
失效分析思路的重要性
失效分析的关键性试样十分有限，只容许一次取 样，一次观察和测量。在分析程序上走错一步， 可能导致整个分析的失败。
基本概念： “顶事件”：系统不希望发生的失效状态作为失效 分析的目标； “中间事件”：导致这一失效发生的所有可能的直 接原因；
“底事件”：导致每一个中间事件发生的所有可能 的原因；
顺序渐进，直至追踪到对被分析对象来说是一 种基本原因为止。
失效树所用符号
事件符号： 顶上事件、中间事件符号，需要进一步 往下分析的事件； 基本事件符号，不能再往下分析的事件； 正常事件符号，正常情况下存在的事件； 省略事件，不能或不需要向下分析的事件；
残骸分析法
残骸分析法：从物理、化学的角度对失效零件进行 分析的方法。
服役条件 线索来源 断口特征 失效的抗力指标
零件的服役条件 零件的失效分析 主要的失效抗力指标 主要的失效抗力指标与 成分、组织、状态的关系 结构改进 力学计算 应力分析
材料工艺 改进
提高失效抗力指标途径 形成试验方案 实验室试验 选择最佳的材料和工艺 使用考验
失效树分析法
失效树分析（Failure Tree Analysis） 1960’s 由美国贝尔研究所首先用于导弹的控制系统 设计上，预测导弹发射的随机失效概率。 1974年 美国原子能管理委员会主要采用失效树分析 商用原子反应堆安全性的Wash-1400报告。 FTA法在国外被公认为是对复杂安全性、可靠性 分析的一种好方法。
顺瓜摸藤+顺藤找根、顺根摸藤+顺藤摸瓜、
顺藤摸瓜+顺藤找根
失效分析思路的方向性及基本原则
整体观念原则
从现象到本质的原则 基本原则 动态原则 一分为二原则 立体性原则
失效分析思路的方向性及基本原则
系统方法
抓主要矛盾方法 具体方法 比较方法 历史方法 逻辑方法
失效分析的主要思路
失效分析的主要思路
第3章 失效分析的思路、程序和基本技能
失效分析思路与方法 失效分析的程序与步骤 失效件的保护、取样及试样清洗、保存 常规测试技术 失效分析的几种基本技能
1. 失效分析思路与方法
失效分析思路的重要性 失效分析思路的方向性及基本原则 失效分析的主要思路（重点）
失效分析思路的重要性
失效树分析法：在系统设计过程中，通过对可能造成 系统失效的各种因素（包括软件、硬件、环境、人为 因素等）进行分析，画出逻辑框图（即失效树），从 而确定系统失效原因的各种可能的组合方式或发生概 率，以计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以 提高系统可靠性的一种设计分析方法。 灵活性 特点
图形演绎的方法
2. 失效分析的程序与步骤
接受任务明确目的和要求 调查现场及收集背景资料 失效件的观察、检测和试验 确定失效原因并提出改进措施
调查现场及收集背景资料
现场失效信息的收集、保留与记录
已经确认能反映失效事故的过程 和起因的现象和物质
估计可能用得着的物质和值得进 一步分析的现象
全面、三维地、定量地反映失效后的现场
钻柱失效树模型
2. 失效分析的程序与步骤
美国的Brooks失效分析程序和ASM失效分析程序 （一）失效情况的描述 以技术文件的形式记述失效 的历史情况。如失效的特征过程、失效件的原设计 要求以及失效件的使用情况和环境。特别是有关的 照片资料和多媒体资料。 （二）裸眼观察 失效件失效后的总体形貌应记入 上述文件，而且必须进行断口表面或其他重要的 失效特征的保护，不得造成损害。