第三章 失效理论概述
机械设备修理工艺——失效理论概述
20 11:17:54
第三章 失效理论概述
§3.6 老化
老化：机械设备和零部件制造后，在长 期的使用或保管、闲置过程出现精度下降、 性能变坏、价值贬低的现象。 一、老化的分类
1、有形老化：因摩擦磨损、变形、断裂、 腐蚀等作用产生的实物形态变化。
2、无形老化：因技术进步产生的使用价值 降低的现象。
术依据、提供改进措施等。 二、失效分析的基本内容
1、调查检测 2、分析诊断 3、处置与预测
27 11:17:54
第三章 失效理论概述
§3.8 失效分析技术简介
三、失效形式的特征及其判断（表3-3） 弹性变形失效、屈服失效、疲劳断裂失
效、腐蚀失效、磨损失效、蠕变失效等。
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第三章 失效理论概述
30 11:17:54
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第三章 失效理论概述
§3.8 失效分析技术简介
五、失效分析举例 1、带式运输机的托辊轴承； 2、柴油机缸套外圆受到气蚀破坏； 3、转子液压泵的转子与轴套咬死； 4、挖掘机斗齿的磨损失效分析。
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简答题及参考答案
1、故障和失效有何不同？ 答:机器失去正常工作能力称故障。机器零件失去正常工
主要原因：应力超过材料的屈服强度。 1、外载荷——永久变形； 2、温度——屈服强度下降、蠕变（缓慢塑性变 形）、内应力和热应力； 3、内应力——弹性变形，对策：时效处理； 4、结晶缺陷（位错，空位）——金属滑移变形。
8 11:17:54
第三章 失效理论概述
§3.2 变形 四、减少变形的措施
1、设计：重视强度、刚度、制造、装配、 使用、拆卸、修理等问题，正确选材。
第三章失效理论概述
弹性后效：许多金属材料在低于弹性极限应力 作用下，会产生应变并逐渐恢复，但总是落后 于应力，这种现象称弹性滞后或弹性后效。
因素：取决于金属材料的性质、应力大小和状 态、以及温度等
经过校直的轴类零件过了一段时间后又会发生 弯曲，就是弹性后效的表现，进行回火处理。
2．塑性变形 塑性变形是指外力去除后不能恢复的那部分 永久变形。
为核心，似水波形式向外扩展，形成许多同心圆或同心弧带，
其方向与裂纹的扩展方向相垂直。
一般情况下，疲劳断面愈光滑，说明零件在断裂前经历的
应力循环次数愈多，承受载荷愈小。
(3)瞬时断裂区(最终破断区) 它是当疲劳裂纹扩展到临界
尺寸时发生快速破断区。瞬时断裂的位置和大小取决于承受的
载荷大小，当载荷愈大，则最终破断区越移向断面的中间。
可开工艺孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔
改为通孔等。形状复杂的零件在可能条件下，采用组合结
构、镶拼结构，改善受力状况。在设计中注意应用新技术 、新工艺和新材料，减少制造时的内应力和变形。
2．加工
在加工中要采取工艺措施来防止和减少变形 。对毛坯要进行时效处理，以消除其残余内应 力。可以将生产出来的毛坯在露天存放1～2 年，利用内应力在1 2～2 0月逐渐消失的特点 进行自然时效，效果最佳，但周期太长；也可 使毛坯受到高温退火、保温缓冷而消除内应力 即进行人工时效；还可利用振动的作用来消除 内应力。复杂零件和精密零件在粗加工后仍要 进行人工时效，高精度零件在精加工过程中继 续要安排人工时效。
2．温度
1)温度升高．金属材料的原子热振动增大，临界切变 抗力下降．容易产生滑移变形，使材料屈服强度降低 。长期在400℃以上使用的铸铁，反复加热与冷却会 使体积膨胀而发生变形，温度愈高，变形愈厉害。这 是由于珠光体中的Fe3C在高温下分解为铁素体和石墨 ，引起体积增大的结果；同时各处体积膨胀不均匀还 会产生内应力。
汽车失效理论课件
进行失效模式分析
在设计阶段，进行全面的失效模式分析，预测和识别潜在的设计缺 陷和失效模式，采取预防措施，避免失效的发生。
汽车制造阶段的失效预防与控制
制定制造规范
制定详细的制造规范和质量控制标准，确保每个零部件的 制造过程符合要求，降低制造过程中的缺陷和误差。
。
减震器失效
减震器失效会导致车辆行驶颠簸 ，影响乘坐舒适性。
转向系统失灵
转向系统失灵会导致车辆无法正 常转向，影响车辆行驶安全。
03 汽车系统失效模 式与影响分析
发动机系统失效模式与影响分析
失效模式 发动机过热
发动机燃烧异常
发动机系统失效模式与影响分析
发动机振动过大 发动机噪音异常
发动机起动困难
故障原因
轮胎磨损严重或气压不 足，导致行驶系统不平 衡。
解决方法
检查轮胎磨损情况和气 压是否正常，更换轮胎 或调整气压，并对行驶 系统进行全面检查和维 修。
06 未来汽车失效理 论研究方向与展 望
提高汽车零部件的可靠性研究
01
零部件可靠性提升
通过优化设计、选用高性能材料、实施严格的生产质量控制等措施，提
发动机系统失效模式与影响分析
发动机性能下降 影响
车辆行驶效率降低
发动机系统失效模式与影响分析
车辆油耗增加 车辆排放增加 车辆行驶安全性降低
传动系统失效模式与影响分析
01
失效模式
02
离合器打滑或失效
变速器换挡异常
03
传动系统失效模式与影响分析
主减速器噪音或振动过大
1
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。
汽车零部件的失效理论
第二章 汽车零部件的失效理论
第一节 汽车零部件失效概述 第二节 汽车零部件的磨损失效 第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 第四节 汽车零件的变形失效 第五节 汽车零件的腐蚀失效 第六节 汽车零部件失效方法分析
第一节 汽车零部件失效概述
一、汽车零件失效类型 1.失效的分类 汽车整机的失效通常是由某个零部件首先损坏而引发的。而汽车 零件的失效大致有三种形式： ①过量变形，以致在机构中失去功能，如高温工作条件下的螺栓发生
松弛，汽车板簧发生滞后塑性变形失去弹性等；
②磨损或腐蚀造成表面损伤，影响到机构的精度或灵敏度等； ③断裂事故，这往往造成灾难性后果。
根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间
以及失效产生的后果，将失效进行不同的分类见表 2-1。
第一节 汽车零部件失效概述
表2-1 失效的分类及定义
第一节 汽车零部件失效概述
第一节 汽车零部件失效概述
二、汽车零件的失效原因 （4）气候条件的影响 ①环境温度的影响。图2-1表明有一个故障率最低的环境气象温度。 图2-2 也表明有一个汽缸磨损最小的冷却液温度。
图2-1汽车故障率与环境温度图 ②环境湿度和风速的影响。 （5）维修水平的影响
第3章元器件的失效物理模型(前言)3-1随时间退化的失
第3章元器件的失效物理模型(前言)3-1随时间退化的失效模型3-1-1基于激活能的模型3-1-1-1阿列尼乌兹和艾林的模型3-1-1-1-1阿列尼乌兹模型3-1-1-1-2艾林模型3-1-1-2温湿度条件下非密封器件的寿命模型3-1-1-2-1 Peck的模型3-1-1-2-2 Shirley的模型3-1-1-2-3其它的模型3-1-1-3电迁移模型3-1-1-3-1质量迁移的离子流方程3-1-1-3-2 Black的模型3-1-1-3-3直流条件下的通用寿命模型 3-1-1-3-4交流条件下的模型3-1-1-4随时间退化的电解质击穿模型3-1-1-4-1///Ref.433-1-1-4-2 E模型3-1-1-4-3 1/E模型3-1-1-4-4其它模型3-1-1-5金属的腐蚀模型3-1-1-6Mobile ions/污染3-1-1-7Negative Bias Temp Instability (NBTI) 3-1-1-8CFF模型3-1-1-9IMC增长的模型第3章 元器件的失效物理模型 正如在前面章节中所已经描述的那样，失效物理模型给出了一个产品失效的数量关系。
它包含了失效模型和失效判据两个部分。
其中，失效模型量化地描述了产品失效的应力、性能、强度或是寿命随载荷以及时间变化的一个确定的过程或关系，而失效判据在数量上定义了失效发生的条件。
针对不同的失效机理，失效模型的形式可以是应力强度模型、寿命模型、性能衰减模型或是强度衰减模型，同时，每种模型又对应着各自形式的失效判据。
3-1与时间相关的失效模型 产品的失效依据其是否具有损伤的时间累积效应而被分为“过应力型失效”和“耗损型失效”，所以，与时间相关的失效模型定量地描述了产品随时间的损伤积累状况，在宏观上表现为性能或是参数随时间的退化。
目前，在电子的可靠性领域，最为常见的失效模型在数学的形式上包括了如下的三种类型：即基于激活能的模型、逆幂率的模型和Coffin-Manson 的疲劳模型。
失效学与失效分析
复合材料由多种材料组成，各材料之间的粘附力对于复合材料的整体性能至关重要。当 粘附力减弱或丧失时，会发生界面失效。界面失效的原因可能包括环境因素、温度变化、 化学腐蚀等。界面失效会导致复合材料性能下降，甚至完全失效。因此，在复合材料设
计和应用中，应充分考虑各组成材料的相容性和环境适应性。
案例四：压力容器的断裂失效
物理失效模式与影响分析
对产品进行全面的物理失效模式分析，评估各种失效模式对产品性能 的影响，以便采取相应的改进措施。
可靠性框图
通过建立可靠性框图，分析产品各部分之间的相互关系和影响，以便 找出薄弱环节和改进方向。
03
失效模式与影响分析
失效模式的分类
早期失效
产品在初始使用阶段就发生的失效，通常与 产品设计、制造缺陷或材料问题有关。
核能领域
在核能领域，失效物理用于研究核反应堆材料在高温、高 压和高辐射环境下的失效机制，以确保核设施的安全运行。
机械工程领域
在机械工程领域，失效物理应用于各种机械部件的失效分 析，如轴承、齿轮和发动机部件等，以提高机械设备的可 靠性和寿命。
05
失效案例研究
案例一：机械零件的疲劳失效
总结词
机械零件在循环载荷下发生的失效，通常表现为裂纹的形成和扩展。
失效物理的核心原理包括断裂力学、疲劳、蠕变等，这些原理揭示了材料在不同环境下的失效机制。
失效物理的原理对于预测和预防失效至关重要，通过了解材料的失效机制，可以采取相应的措施来提高 其可靠性和安全性。
失效物理的分析方法
01
实验分析
通过实验测试材料在不同条件下 的性能，观察其失效模式和过程
，分析其失效机理。
03
理论分析
基于物理和数学模型，对材料的 失效行为进行理论分析和预测。
汽车零部件的失效理论
04
详细描述
提高材料的抗疲劳性能可 以增强材料抵抗疲劳裂纹 扩展的能力。优化设计可 以减少应力集中区域，降 低交变应力幅值。采用抗 疲劳制造工艺可以改善材 料内部组织结构，提高抗 疲劳性能。
腐蚀失效
• 总结词：腐蚀失效是指汽车零部件受到化学腐蚀或电化学腐蚀而失效的现象。 • 详细描述：腐蚀失效通常发生在与腐蚀介质接触的零部件上，如发动机气缸、排气管、燃油系统等。在腐蚀介
失效理论的研究方法包括实验研究、仿真分析和 理论建模等，这些方法可以相互补充，为汽车零 部件的失效分析提供更加全面和准确的信息。
通过研究汽车零部件的失效模式和机理，可以更 好地了解其性能和可靠性，从而优化设计、制造 和使用过程中的各种因素，提高零部件的可靠性 和寿命。
在实际应用中，失效理论的研究成果可以应用于 汽车零部件的设计、制造、使用和维护等各个环 节，提高汽车的安全性和可靠性。
05 汽车零部件失效的预防和 改进措施
材料选择与质量控制
总结词
材料选择与质量控制是预防汽车零部件失效的关键措施之一 。
详细描述
在材料选择方面，应优先选择具有高强度、耐腐蚀和耐磨性 能的材料，以确保零部件的可靠性和耐久性。同时，加强材 料质量控制，确保材料性能稳定，避免因材料缺陷导致的失 效问题。
总结词
提高使用和维护水平是预防汽车零部件 失效的重要措施之一。
VS
详细描述
通过提高驾驶员的驾驶技能和安全意识， 避免因操作不当导致的零部件损坏。同时 ，加强汽车维护保养，定期检查和更换易 损件，及时发现并解决潜在的失效问题， 延长汽车使用寿命。
06 案例分析
案例一：发动机活塞断裂失效分析
总结词
材料缺陷、热处理不当、机械疲劳
《失效理论概述》课件
05
结论与展望
失效理论的重要性和应用应用价值
失效理论是研究系统或组件失效 模式、机理及影响的重要工具， 对于提高系统可靠性和安全性具
有重要意义。
通过失效分析，可以识别出系统 中的薄弱环节和潜在风险，为预 防和减少失效事件提供科学依据
。
失效理论在工程领域、航空航天 、交通运输、电子产品等领域有 广泛应用，为相关行业的发展提
故障树分析（FTA）
总结词
通过构建故障树来分析系统故障的原因和逻辑关系，确定导致故障的基本事件和 潜在的薄弱环节。
详细描述
FTA是一种自上而下的分析方法，通过将系统故障与导致该故障的基本事件联系 起来，构建故障树。通过对故障树的深入分析，可以识别出导致系统故障的关键 因素和潜在的改进方向，从而提高系统的可靠性和安全性。
应力-强度干涉理论
总结词
基于应力和强度两个因素相互作用的理论，分析产品的可靠性和寿命。
详细描述
应力-强度干涉理论认为产品的可靠性和寿命取决于所承受的应力和材料的强度。当产品的应力超过其 强度时，就会发生失效。该理论通过分析应力和强度的关系，评估产品的可靠性和寿命，并指导设计 优化和可靠性提升。
03
对产品或系统的可靠性进 行评估，确保满足设计要 求和使用条件。
冗余设计
通过增加备份或冗余组件 ，提高产品或系统的可靠 性。
耐环境设计
考虑产品或系统在各种环 境条件下的性能表现，提 高其在恶劣环境下的可靠 性。
持续改进与优化
失效分析
对失效案例进行深入分析，找出 根本原因，制定改进措施。
优化设计
不断优化产品或系统的设计，提 高其性能、可靠性和安全性。
为设备超负荷运行或电路设计缺陷。
机械零件失效的模式及其机理
机械零件失效的模式及其机理第一章机械零件失效的模式及其机理在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。
当机械设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。
机械零件失效的模式，即失效的外在表现形式，主要表现为磨损、变形、断裂等；而失效机理是指失效的物理、化学、机械等变化的过程和内在原因的实质。
第一节机械零件的磨损通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种形式。
一、粘着磨损当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发生相对运动时，由于粘着作用，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面所引起的磨损称为粘着磨损。
粘着磨损又称粘附磨损。
二、磨料磨损磨料磨损又称磨粒磨损。
它是当摩擦副的接触表面之间存在着硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损，其特征是在接触面上有明显的切削痕迹。
磨料磨损是十分常见又是危害最严重的一种磨损。
其磨损速率和磨损强度都很大，致使机械设备的使用寿命大大降低，能源和材料大量损耗。
三、疲劳磨损疲劳磨损是摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的一种磨损。
四、腐蚀磨损在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，引起金属表面的腐蚀产物剥落，这种现象称为腐蚀磨损。
它是在腐蚀现象与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。
它是一种极为复杂的磨损过程，经常发生在高温或潮湿的环境，更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质条件下。
按腐蚀介质的不同类型，腐蚀磨损可分为氧化磨损和特殊介质下腐蚀磨损两大类。
五、微动磨损两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。
它产生于相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视。
微动磨损的最大特点是：在外界变动载荷作用下，产生振幅很小（一般为2－20微米）的相对运动，由此发生摩擦磨损。
失效分析总结
第一章1、零件失效：当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效。
2、零件失效的含义：1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等，从而完全丧失其功能。
2）.零件在外部环境下作用下，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，如由于腐蚀导致尺寸超差等。
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。
3、失效分析：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，也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。
4、失效分析可分为事前分析、事中分析、事后分析。
5、失效分析的社会经济效益：（1） 失效将造成巨大的经济损失。
（2） 质量低劣、寿命短导致重大经济损失。
（3） 提高设备运行和使用的安全性。
第二章1. 工程构件的失效分为断裂、磨损、腐蚀三大类。
2. 失效形式分类及原因（表2-1P18）3. 失效来源包括1.设计的问题2.材料选择上的缺点3.加工制造及装配中存在的问题4.不合理的服役条件4. 应力集中：零件截面有急剧变化处，就会引起局部地区的应力高于受力体的平均应力，这一现象称为应力集中。
表示应力集中大小的系数称为应力集中系数。
5. 缺口敏感性NSR=σNb/σb（σNb表示缺口式样抗拉强度，σb表示光滑试样抗拉强度）比值NSR越大，敏感性越小。
当NSR>1时，说明缺口处发生了塑性变形的扩展，比值越大说明塑性变形扩展越大，脆性倾向越小。
塑性材料的NSR>1，材料反而具有缺口强化效应，缺口敏感性小甚至不敏感。
NSR<1，说面缺口处还未发生明显塑性变形扩展就脆断，表示缺口敏感。
6. 内应力通常分为3类：第一类内应力（宏观应力）是指存在于物体或者在较大尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在0.1mm以上；第二类内（微观）应力是指在晶粒大小尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸为10-1~10-2mm；第三类（微观）应力是在原子尺度范围保持平衡的应力，尺寸为10-3~10-6。
汽车零部件失效理论
汽车零部件失效理论汽车是高度复杂的机械设备，由数百个零部件构成。
在车辆运行及使用过程中，由于各种原因，这些零部件可能会出现失效现象。
汽车零部件失效的原因有很多种，包括材料老化、磨损、疲劳、设计缺陷、生产工艺问题等。
本文将讨论汽车零部件失效的理论问题。
失效模式在研究汽车零部件失效理论之前，我们需要了解失效模式的概念。
失效模式是指零部件在服务中出现失效的方式和形式。
根据失效模式的不同，我们可以将零部件失效分为以下几种类型：突然失效突然失效是指零部件在使用中突然发生完全失效的现象。
比如，轮胎爆胎、驱动皮带断裂等。
逐渐失效逐渐失效是指零部件在使用中由于经过一段时间的磨损而逐渐失去功能的现象。
比如，制动片由于摩擦而磨损，最终失去制动效果。
稳定失效稳定失效是指零部件在使用中逐渐失效，但失效的速度相对较慢，最终达到一定的稳定状态。
比如，发动机气门和活塞环的磨损。
失效机理汽车零部件失效的机理是非常复杂的，但总体上可以分为以下几种：材料老化材料老化是指材料在使用过程中发生的不可逆变化，从而导致零部件性能下降或失效。
例如，汽车轮胎经过一段时间的使用后，橡胶会老化，导致轮胎爆胎的风险增加。
疲劳疲劳是指零部件长期反复受到应力作用后出现的失效现象。
比如，汽车发动机的曲轴经过长期的高速旋转，可能会出现疲劳裂纹，导致曲轴折断。
磨损磨损是指零部件在运行中逐渐消耗的现象。
比如，制动片在制动过程中与制动盘之间的摩擦会导致制动片表面的摩擦材料磨损。
腐蚀腐蚀是指零部件在潮湿、酸性或浓度过高的环境中受到腐蚀作用而失效的现象。
例如，汽车排气管在受到雨水和路面盐水的侵蚀后容易产生腐蚀。
设计缺陷设计缺陷是指零部件在设计阶段出现的缺陷，导致零部件失效的现象。
通常设计缺陷需要通过召回或改进来进行处理，以免造成安全事故。
失效预测为了降低汽车零部件失效带来的损失，我们需要对零部件失效进行预测和防范。
失效预测是通过分析零部件失效的机理、特点和条件，来预测零部件的失效时间和方式。
第03章体内失效机理(DOC)
第三章体内失效机理1* 二次击穿一．热电破坏引起器件二次击穿半导体器件的体内失效中，热电破坏是最主要得失效形式之一。
热电破坏是器件因温度升高而引起的器件参数退化或烧毁。
最典型的例子是高反压器件和高功率器件的“二次击穿”。
二次击穿是体内失效，它是导致功率管突然烧毁和早期失效的主要原因。
（一）二次击穿概述二次击穿是指器件被偏置在某一特殊工作点时，电压突然下跌，电流突然上升（出现负阻）的物理现象。
二次击穿（简称SB）现象不仅在双极功率管中存在，而且在点接触二极管/CMOS集成电路以及各种体效应器件中也同样存在。
如果器件无限流装置或保护措施，一旦发生二次击穿，器件会立即烧毁。
只不过不同器件对二次击穿的敏感性不同，其中功率器件和CMOS集成电路比较敏感。
双极型晶体管的二次击穿现象如图3-1所示。
根据发射结的偏置状态，可以分为正偏二次击穿和反偏二次击穿。
图3-1所示曲线有以下特点：1．三种曲线皆存在一个电压开始跌落的点，这个点称为二次击穿触发点，其功率大小为PSB。
在二次击穿触发点停留时间（Τd ）称为二次击穿“延迟时间”。
2．三条曲线中Psbr<Psbo<Psbf，可见反偏二次击穿的功率最小，正偏二次击穿的功率最大。
3．三条曲线进入低压大电流时，其电压极限值近于相等，约为10—15V。
二次击穿与雪崩击穿（一次击穿）不同，它们有本质的区别；雪崩击穿是电击穿，一旦反偏电压下降，器件仍可恢复正常，可见一次击穿是非破坏性的，是可逆的。
二次击穿则不然，它是一种热电击穿，它属于破坏性的，是不可逆的。
二次击穿发生时有很大的过量电流流过PN结，PN结有很高的温升，因此二次击穿会严重损伤PN结，甚至烧毁。
小功率器件的二次击穿功率Psb比一次击穿功率Pcm大15---100倍，但大功率器件的功率余量则很小，一般Psb比Pcm仅大2---10倍，两者相差一个数量级。
因此二次击穿失效对功率晶体管可靠性的危害特别严重。
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2．按断口的微观形态特征分类 (1)穿晶断裂 这是指裂纹穿过晶粒内部的断 裂，它可以是延性的，也可以是脆性断裂。 (2)晶间断裂 这种断裂的裂纹是沿着晶界扩 展，多数属于脆性断裂。
3．按载荷性质分类 (1)一次加载断裂 零件在一次静拉伸、 静压缩、静扭转、静弯曲、静剪切或一次冲 击能量作用下的断裂称一次加载断裂。 (2)疲劳断裂 经历反复多次的应力作用 或能量负荷循环后才发生断裂的现象叫作疲 劳断裂。疲劳断裂占整个断裂的80％～90％ ，它的类型很多，包括拉压疲劳、弯曲疲劳 、接触疲劳，扭转疲劳、振动疲劳等。疲劳 又根据循环次数的多少分高周和低周疲劳。
2．加工 在加工中要采取工艺措施来防止和减少变形 。对毛坯要进行时效处理，以消除其残余内应 力。可以将生产出来的毛坯在露天存放1～2 年，利用内应力在1 2～2 0月逐渐消失的特点 进行自然时效，效果最佳，但周期太长；也可 使毛坯受到高温退火、保温缓冷而消除内应力 即进行人工时效；还可利用振动的作用来消除 内应力。复杂零件和精密零件在粗加工后仍要 进行人工时效，高精度零件在精加工过程中继 续要安排人工时效。
三、断口分析 断口分析是研究金属断面的科学。 1 .现场调查 2．宏观分析 3．微观分析 4．金相组织、化学成分、力学性能的检验 5．其它因素
区别一次加载断裂与疲劳断裂有以下几种方法： 1)从零件断裂前的载荷作用情况 2)从断口分析的外观推测 3)从断口附近的变形情况分析
4．使用 加强生产技术管理，制定并严格执行操作规 程，不超负荷运行，避免局部超载或过热，加 强机械设备的检查和维护。
第三节 断 裂
断裂定义： 是物体在机械力、热、磁、声响、腐蚀等单独作用或联合 作用下，使其本身连续遭到破坏，从而发生局部开裂或分 成几部分的现象。 断裂形式： （1）疲劳断裂：机械零件在循环应力作用下会发生疲劳断裂 。 （2）蠕变断裂：在高温持久应力作用下出现蠕变断裂。 （3）腐蚀疲劳：在腐蚀环境下产生应力腐蚀或腐蚀疲劳。 断裂失效的几率比变形小，但是断裂会造成重大事故，产 生严重的后果，具有更大的危险性。
二、变形的危害 变形将使其它零件加速磨损，甚至断裂， 还有可能导致整台机械设备被破坏，极大 地降低使用寿命，所以变形的危害是十分 严重的。 三、变形的原因 主要原因是零件的应力超过材料的屈服强 度所致。 1．外载荷 当外载荷产生的应力超过材料的屈服强 度时，则零件将产生过应力，永久变形。 如经常满载或超载工作、频繁制动、停车 和起动，有振动和冲击，结构布置不合理 等情况下很容易出现。
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Βιβλιοθήκη 四、减轻断裂危害的措施 1．减少局部应力集中 一般零件上只要有任何几何形状的不连续，或者有 存在于材料中的不连续时，都可能产生应力集中。几何 形状不连续通称为缺口，如肩台圆角、沟槽，油孔、键 槽、螺纹、压配合零件的边缘以及加工刀痕等皆是。在 它们附近的实际应力．要比名义平均应力高得多，这就 是应力集中。 特别应强调的是，在静载荷下，应力集中所起的作用， 还不算十分显著，但在循环载荷或冲击载荷下，其影响 是决定性的。所以必须要改善零件的结构形状．例如： 焊缝通常是疲劳断裂的起源区域，对“T”型焊接接头应 取适当的几何形状，焊后打圆角或钻孔，均能减轻应力 集中的程度。
1．弹性变形
弹性变形是指外力去除后能完全恢复的那一部 分变形。 弹性变形特点： 1)具有可塑性，当外力去除后变形完全消失； 2)弹性变形量很小，一般不超过材料原来长度 的0.1～1.0%； 3)在弹性变形范围内，应力和应变成线性关系 ，符合虎克定律。
弹性后效：许多金属材料在低于弹性极限应力 作用下，会产生应变并逐渐恢复，但总是落后 于应力，这种现象称弹性滞后或弹性后效。 因素：取决于金属材料的性质、应力大小和状 态、以及温度等 经过校直的轴类零件过了一段时间后又会发生 弯曲，就是弹性后效的表现，进行回火处理。
3．修理 在修理中，不仅要满足恢复零件的尺寸、配 合精度、表面质量等．还要检查和修复主要零 件的形状及位置误差；制定出与变形有关的标 准和修理规范，设计简单可靠、好用的专用量 具和工夹具；大力推广“三新”技术，特别是 新的修复工艺，如刷镀、粘接等，用来代替传 统的焊接，尽量减少零件在修理中产生的应力 和变形。
二、分类 1、按失效原因分: 误用失效、本质失效、独立失效、从属失效。 2、按工作时间： 早期失效、偶然失效、耗损失效。 3、按发生速度分： 突变失效、退化失效、间隙时效。 4、按失效程度分： 完全失效、部分失效、 5、按危害程度分：致命失效、严重实效、一般失效、 轻度失效。 6、不可预测失效，可预测失效。
上节回顾： 一、失效理论概述
1、定义： 2、诱发因素： 3、形式： 二、变形 1、分类： 2、原因： 3、减少变形的措施： 三、断裂 1、分类： 2、减轻断裂危害的措施
二、疲劳断裂 疲劳断裂的特点是断裂时应力低于材料的抗 拉强度或屈服强度。不论是脆性材料还是塑性材 料，疲劳断裂在宏观上均表现为脆性断裂。 1．疲劳裂纹的产生 材料的表面或内部缺陷起着尖缺口的作用，金属 材料的第二相质点、非金属夹杂物与基体引起疲 劳断裂的产生。 措施：（1）降低交变载荷、（2）减少零件 表面加工缺陷和应力集中部位（3）控制夹杂物等 级、（4）细化品粒、强化金属表面
3．内应力 尤其是铸造毛坯，形状复杂、尺寸较大、厚薄不均，在 浇铸后冷却过程中，形成拉伸、压缩等不同的应力状态 。内应力影响零件的静强度和尺寸的稳定性，不仅使其 弹性极限降低，还会产生减小内应力的塑性变形，严重 时将引起断裂。毛坯的内应力是不稳定的，通常在12～ 20个月的时间内逐步消失。但随着应力的重新分布，零 件将产生变形。 虽然对毛坯安排了消除内应力的工序，即时效处理， 但内应力不一定消除得那么彻底，将有部分残存下来。 在残余应力的长期作用下，使弹性极限降低，产生减少 内应力的塑性变形，这种现象称内应力松弛。尤其是箱 体类零件和大的基础件，厚薄过渡很多，为残余应力的 产生创造了条件，所以内应力松弛引起的变形问题也突 出。
4．结晶缺陷 产生变形的内在原因是材料内部缺陷、如位 错、空位等，特别是位错其移动和扩散，构 成影响变形的主要内在因素。
零件变形的原因是多方面的，往往是几种原 因共同作用的结果。较小的应力也能产生变 形，这种变形不是一次产生的，实际上是多 次变形累计的结果。
四、减少变形的措施 1．设计： 2．加工： 3．修理： 4．使用： 1．设计：内应力和变形 设计时不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度和制 造、装配、使用、拆卸、修理等问题。正确选用材料、注 意工艺性能，如铸造的流动性、收缩性；锻造的可锻性； 焊接的冷裂、热裂倾向；机加工的可切削性；热处理的淬 透性、冷脆性等。要合理布置零部件，选择适当的结构尺 寸，如避免尖角、棱角改为圆角、倒角；厚薄悬殊的部分 可开工艺孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔 改为通孔等。形状复杂的零件在可能条件下，采用组合结 构、镶拼结构，改善受力状况。在设计中注意应用新技术 、新工艺和新材料，减少制造时的内应力和变形。
3．控制载荷防止超载 载荷对断裂有直接影响。为减轻或防止断裂， 还应十分注意零件所受载荷的大小，或估计其 超载程度。通过对断口特征的分析，可估算受 载情况和超载程度。
4．其它 1)在使用时注意早期发现裂纹，定期进行无 损探伤和监测；尽量减轻零件的腐蚀损伤；减 少机械设备运行时各部分的温差；尽量避免热 应力； 2)在维修时注意操作对零件断裂的影响，避 免因拆装、存放、加工而使零件表面损伤；裂 纹和断裂零件可用焊接，粘接、铆接等方法修 复；对不重要零件上的裂纹可钻止裂孔，防止 或延缓其扩展，可附加强肋；疲劳裂纹发生在 紧固件周围，可将紧固孔镀削去除所有裂纹部 分，换用较大的紧固件，此方法“去皮处理” 。
一、分类 1．按零件断裂后的自然表面即断口的宏 观形态特征分类。
(1)韧性断裂
零件在外力作用下，若应力超过强 度极限时发生韧性变形，而后造成断裂 ，称韧性断裂。 它的断口其宏观形态是呈杯锥状， 或鹅毛绒状，颜色发暗，边缘有剪切唇 ，断口附近有明显的塑性变形。
(2)脆性断裂
它一般发生在应力达到屈服强度前， 没有或只有少量的塑性变形，多为沿晶界 扩展而突然发生，又称晶界断裂。它的断 口呈结晶状，常有人字纹或放射花样，平 滑而光亮，且与正应力垂直，称解理面， 因此这种断裂也称解理断裂。它多见于体 心立方、密排六方的金属及其台金。低温 、应力集中、冲击、晶粒粗大和脆性材料 均有利于发生解理断裂。
第三章 失效理论概述
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第一节 概念
一、失效的定义： 机械零件在使用过程中，由于设计、材料 、工艺及装配等各方面原因，使其丧失规定的 功能，无法继续工作的现象称失效。 一般机械设备中，80%失效来源于磨损。
2．塑性变形 塑性变形是指外力去除后不能恢复的那部分 永久变形。 特点是： ①引起材料的组织结构和性能发生变化 。 ②表现出各向异性，金属产生加工硬化 现象。 ③多晶体在塑性变形时，各晶粒及同一 晶粒内部的变形是不均匀的，当外力去除后 各晶粒的弹性恢复也不一样，因而产生内应 力。 ④金属的耐腐蚀性下降。
2．温度 1)温度升高．金属材料的原子热振动增大，临界切变 抗力下降．容易产生滑移变形，使材料屈服强度降低 。长期在400℃以上使用的铸铁，反复加热与冷却会 使体积膨胀而发生变形，温度愈高，变形愈厉害。这 是由于珠光体中的Fe3C在高温下分解为铁素体和石墨 ，引起体积增大的结果；同时各处体积膨胀不均匀还 会产生内应力。 2)当温度超过一定程度时．在一定温度和应力作用下 ，随着时间的增加，金属材料将缓慢地发生塑性变形 ，这种现象称蠕变，叫高温蠕变。例如碳钢的温度高 于300～350℃．时就会产生蠕变。当温度更高时；产 生蠕变的应力则相应变小。 3)如果零件受热不均．各处温差较大，会产生较大的 热应力和内应力而引起零件变形.