第1章 失效分析基本概念及方法分解

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失效分析课件总结版

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第一章1. 失效的含义,分类,产品丧失规定的功能即为失效,分类为:按照失效发展的过程:早期失效,偶然失效;磨损失效1. (按照失效发生速度) 突发性失效、渐进性失效、间歇性失效;2.(按失效整体性) 系统性失效、部份性失效;3. (按失效可修复性) 暂时性失效、永久性失效;4. (按失效相关性)独立失效和从属失效,或者关联失效和非关联失效;5,按失效造成的后果:部份(退化)失效、彻底(恶性)失效、危(wei)险性(严重)失效、灾难性(致命)失效。

2.失效分析研究工作内容: (1)失效物理的研究:即从原子和份子的角度出发,来解释元件、材料失效的现象(2) 失效机理的研究:研究失效的物理、化学原因、失效过程及其影响因素。

(3)失效诊断的研究和失效预防工程技术方面的研究。

失效机理研究是基础,失效分析工作是实践,它们是促进整个失效分析工作以及失效理论向前发展的两个相辅相承的方面。

3.失效分析的内涵:1,失效分析(分析和查明产品的失效原因、失效机理、判断失效模式,研究并提出预防再失效的对策等技术活动和管理活动。

) 2;明确失效对象(在失效系统中寻觅并确认失效零件及其部位和失效过程) 。

3, 确定失效模式(失效模式是指失效的外在宏观表现形式和过程,可理解为失效的性质和类型。

)4, 研究失效机理(失效机理是指失效的物理、化学变化本质,其微观过程可追溯到原子、份子尺度和结构的变化。

他是对失效内在本质、必然性和规律性的研究。

失效模式与其有必然的联系)。

5, 找出失效原因(失效原因是指酿成失效甚至事故的直接关键性因素。

失效原因的查询和判断是建立在失效模式的确定和失效机理的分析基础上而得到科学结论。

)6, 提出预防措施(更清晰地认识使用材料、提出更合理的技术规范、改进材料的选用和工艺技术)4. :失效过程的特点:过程的不可逆性,过程的有序性,过程的不稳定性,过程的累计性。

失效原因的特点:必然性,双重性,实序性,普遍性。

《材料失效分析》

《材料失效分析》

《材料失效分析》材料失效分析概论随着现代科学技术的飞跃发展,失效分析已经成为一门综合性学科,在工程上正得到日益广泛的应用和普遍的重视。

为了提高机械产品质量及使用寿命,国内外对机械构件的失效(断裂)现象进行了大量的分析和研究,日益完善了失效分析技术及其基本理论。

应用失效分析技术——可以指导机械产品规划、设计、选材、加工、检验及质量管理等方面工作;同时失效分析技术又是制定技术规范、科学发展规划、法律仲裁等的重要依据之一。

大力开展失效分析研究,无论对工业、民生、科技发展,都具有极其重要的作用。

一、失效的概念所谓失效——主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成指定的功能。

亦可称为故障或事故。

一个机械零部件被认为是失效,应根据是否具有以下三个条件中的一个为判据:(1) 零件完全破坏,不能工作;(2) 严重损伤,继续工作不安全;(3) 虽能暂时安全工作,但已不能满意完成指定任务。

上述情况的任何一种发生,都认为零件已经失效。

二、失效的形式机械零部件最常见的失效形式有以下几种:1(断裂失效:通常包括塑性(韧性)断裂失效;低应力脆性断裂失效;疲劳断裂失效;蠕变断裂失效;应力腐蚀断裂失效。

2(表面损伤失效:通常包括磨损失效;腐蚀失效;表面疲劳失效3(变形失效:包括塑性变形失效;弹性变形失效同一种零件可有几种不同失效形式。

例如,轴的失效,可以是疲劳断裂,也可以是过量弹性变形(弹性失稳)。

究竟以什么形式失效,决定于具体条件下,零件的哪种抗力最低。

因此,一个零件失效,总是由一种形式起主导作用,很少以两种形式主导失效的。

但它们可以组合为更复杂的失效形式,例如腐蚀磨损、腐蚀疲劳等。

三、失效分析失效分析是指分析研究机械构件的断裂,表面损伤及变形等失效现象的特征1及规律,并从中找出产生失效主要原因的一门新的学科或分析技术。

也称之为故障分析或事故分析等。

失效分析是门多学科的边缘科学,它不仅包括断口学及材料学,而且它还与力学、化学、腐蚀科学、摩擦学、工艺学及设计基础等学科有关。

失效分析

失效分析

1.2 失效分析的意义
可产生巨大的社会经济效益; 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; 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; 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; 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。 促进材料科学与工程及其相关学科的发展。ຫໍສະໝຸດ 表2-1失效分析程序表
2.1 现场调查
• 目的是进一步了解与失效产品有关的背景资料和现场情况 (1)现场调查的内容 1)失效事件发生的时间,失效经过和现场环境,失效产品及相 关场合 2)失效部件损坏的程度及失效的顺序 3)残骸碎片与主体相对位置的分布,应绘制草图或照相 4)失效发生时的操作阶段,失效前有无反常或不正常的音响情 况,失效部件的质量情况 5)在服役中可能导致失效的任何差错 6)访问失效时的目击者,还应询问和听取与失效产品有关的人 员或其他能提供有用信息人员对失效事件的了解和看法
按照失效分析工作进行的时序(在失效的前后) 按照失效分析工作进行的时序(在失效的前后)和主要目 失效分析可分为事前分析 事中分析和事后分析。 事前分析、 的,失效分析可分为事前分析、事中分析和事后分析。 事前分析,主要采用逻辑思维方法(如故障树分析法、 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 因素图分析法等), 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。 效事件的发生。 事中分析,主要采用故障诊断与状态监测技术, 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。 中的设备发生故障。 事后分析,是采用实验检测技术与方法, 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。 失效的原因。 失效分析学的显著特点:一是实用性强, 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 实用性强 用背景,与国民经济建设存在着密切关系;二是综合性强,即 用背景,与国民经济建设存在着密切关系;二是综合性强, 综合性强 它涉及广泛的学科领域和技术部门 .

13机械零件的失效分析和表面处理解析

13机械零件的失效分析和表面处理解析
法,目的是研究材料的显微组织结构与失效的关系 )、力学性能测试等,
必要时进行无损探伤和断裂力学分析。 失效分析的结果对零件的设计、选材、加工以及使用具有一定的指导意义。
3/20 第三页,共20页。
第二节 材料的表面处理技术(jìshù)简介
一、表面(biǎomiàn)处理的意义
在扭转、弯曲、冲击、疲劳等负荷作用(zuòyòng)下的零件,其表面层比
等现象,失去原有性能指标的现象,称高分子材料的老化。老化是高分子材料
不可避免的。 一个零部件失效,总是以一种形式起主导作用,但是,各种失效因素相互
交叉作用,可以组合成更复杂的失效形式。例如应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀磨
损、蠕变疲劳交互作用等。
1/20 第一页,共20页。
三、失效(shī xiào)的原因
6/20 第六页,共20页。
2.堆焊(和du喷ī 焊hàn) (1)堆焊(du用ī 传hà统n)的电焊方法,将合金丝或焊条(hàntiáo)熔化堆结在 件表面形成冶金结合层的方法。如用气焊、焊条电弧焊及氩弧
焊等各种电弧焊方法,把不同堆焊材料堆焊在工件表面,达到 修复或改善工件表面性能的目的。
(2)喷焊 是采用气体火焰或等离子焰将自溶性合金粉末熔化
造成机械零件(línɡ jiàn)失效的原因很多,零件(línɡ jiàn)在设计选材加工以及安装
面的不当都可能(kěnéng)导致零件的失效。
(1)设计不合理 零件设计不当而导致失效的主要表现在两个方面:一是
零件的结构、尺寸设计不合理或结构工艺性差,例如过渡圆角太小、存在尖 角、孔槽位置不当等都会造成较大的应力集中;二是设计时错误地估计了零
有较高的吸附能力, — 般工业上作为表面涂装的底层,经化学氧化后再涂装, 可以大大提高铝及铝合金外观装饰件的抗蚀能力,使涂料的保持性增强。铝及 铝合金化学氧化的优点主要是生产效率高、成本低、不消耗电能,不需专门设

机械零件的失效分析

机械零件的失效分析

u : 弹性能
u

1
2
e e

1

2 e
2E
4. 塑性 是指材料断裂前发生塑性变形的能力。常用
断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。
断后伸长率 LL0 100%
L0
断面收缩率 A0 A100%
A0
显然,断后伸长率和断面收缩率越大,材料的 塑性越好。
5. 硬度 表征材料软硬程度的性能,具体来说是指材
其他材料的应力-应变曲线 1–纯金属, 2–脆性材料, 3–高弹性材料
二、静载性能指标
1. 刚度 —零(构)件受力时抵抗弹性变形的能力,它
等于材料弹性模量与零(构)件横截面积的乘积。
单向拉伸(或压缩):
E F A EA F


纯剪切:
G F A G A F


第一章机械零件的失效分析
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
2. 零件失效的原因:为了预防零件失效,必须做到设 计正确,选材恰当和工艺合理。为此,我们不仅要 熟悉零件的工作条件,掌握零件的受力和运动规律, 还要把它们和材料的性能结合起来,即从零件的工 作条件中找出其对材料的性能要求,然后才能做到 正确选择材料和合理制定冷、热加工的技术条件及 工艺路线。 而研究零件各种形式的失效是深刻了解零件工作 条件的基础。
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
3. 常见的失效方式
过量变形 Excessive deformation 断裂 Fracture 疲劳 Fatigue 磨损 Wear 高温蠕变 High temperature creep 腐蚀 Corr形

第1章机械零件的失效分析-1

第1章机械零件的失效分析-1

功能材料

Functional Materials
电功能材料 磁功能材料 热功能材料 光功能材料 其它功能材料简介
材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部 结构来决定的,从材料的内部结构 来料加工看,可分为四个层次:
原子结构——结合键——
原子排列方式——显微组织
四层次的关系
低碳钢,正火、退火、调质态的 中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合 金及某些高分子材料都具有上图所示 的应力-应变行为。即在拉伸应力的作 用下的变形过程分为四个阶段:弹性 变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、 不均匀集中塑性变形。
大多数纯金属(Al, Cu, Au, Ag) 变形分为三个阶段,无 屈服塑性变形阶段
零件在受力时抵抗弹性变形的能力称为零 件的刚度。
零件的形状-截面积 材料抵抗弹性变形的 能力
设计
选材
材料抵抗弹性变形的性能指标
弹性变形阶段, σ-ε 曲 线 的 斜 率 tanθ = E , 称为材料的拉伸弹性 模量,它表示材料抵 抗弹性变形的能力。
E
应力 σ
θ 应变 ε
当材料受纯剪切时,同样有:
主要参考书
• 材料科学基础 • 工程材料学 • 工程材料性能 • 机械工程材料与设计选材 • 金属学及热处理 • 材料工程基础 • 物理冶金学原理 • The science and design of engineering
materials
第一章 机械零件的失效分析
零件(构件)的功能 在一定的压力、温度、介质下, • 保持规定的形状和尺寸; • 实现规定的机械运动; • 传递力和能。
外力去除后可恢复
塑性变形
外力去除后不可恢复

第01章半导体器件失效分析概论

第01章半导体器件失效分析概论

第一章半导体器件失效分析概论1*失效分析的产生与发展随着微电子学的飞速发展,半导体器件已广泛应用于宇航/军事/工业和民用产品中。

所以对半导体器件的可靠性研究也更加重要。

半导体器件的可靠性的研究主要包括两方面:一是评价可靠性水平(如可靠性数学/可靠性试验/可靠性评估等);二是如何提高可靠性(如失效分析/失效物理/工艺监控/可靠性设计等)。

虽然器件可靠性研究首先是从评价可靠性水平开始的,但研究重点逐渐在转向如何提高可靠性方面。

因为可靠性研究不仅是为了评价器件可靠性,更重要的是为了提高可靠性,所以失效分析的失效物理研究越来越受到广大可靠性工作者的重视。

失效分析和失效物理研究的迅速发展并不单是为了学术研究的需要,更重要的是为了满足可靠性工程迅速发展的需要。

特别是60年代以后,随着可靠性研究的发展和高可靠半导体器件及大规模集成电路的出现,可靠性研究遇到了难以克服的困难(例如失效率10-7意味着10000个器件作1000小时试验之后才能得出这一结果)。

第二,半导体器件和集成电路的品种及工艺更新速度很快,使得过去取得的可靠性数据常常变得不适用。

第三。

当代电子设备和系统的日益复杂化/综合化,并对器件提出了高可靠的要求。

为了解决以上的问题,迫切需要一种既省时间,又省费用的可靠性研究方法。

失效分析和失效物理研究就是为了达到这一目的而迅速发展起来的,发展的情况如表1-1所示。

路两项发明,开辟了利用集成电路的新时期,使集成电路的可靠性得到了很大提高,并成功地用于“民兵”洲际弹道导弹,成为美国宇航局在阿波罗计划中广泛使用集成电路的典范。

集成电路用于“民兵”导弹在可靠性方面的意义可定量说明如下:在1958年,要求微型电路的平均失效率为7*10-9。

然而,那时侯晶体管的失效率大约是1*10-5。

“民兵”计划的改进措施(主要是以失效分析为中心的元器件质量保证计划)致使集成电路的失效率降低到3*10-9。

其中失效分析对半导体器件可靠性的提高发挥了很大的推动作用。

失效分析培训

失效分析培训

X-RAY判断原则
不良情况 球脱 点脱 原因或责任者 组装
如大量点脱是同一只脚,则为组装不良。如点脱金丝形状较规 则,则为组装或包封之前L/F变形,运转过程中震动,上料框架 牵拉过大,L/F打在予热台上动作大,两道工序都要检查。如点 脱金丝弧度和旁边的金丝弧度差不多,则为组装造成。
整体冲歪,乱,断
可靠性试验(三)




交变试验:评估产品在经过极高,极低温度后,再放入温 湿度变化之环境后产生的效应。 稳态湿热THT:评估非密闭性之固态产品在湿气环境下之 可靠度,使用温度条件加速水汽渗透。 高温贮存HTST:判断高温对产品之效应。 低温试验LT:判断低温对产品之效应。 电耐久BURN-IN:对产品施加一定的电压,电流来加速产 品的电老化。
金丝布线和芯片表观(一)


金丝 导电胶 芯片 基岛 管脚 树脂体(阴影部 份)
金丝布线和芯片表观(二)
粉红色是腐球后的压区,实 质上是氧化硅的颜色。
铝线 氧化硅
金丝布线和芯片表观(三)



中测点 金球 金丝 未腐球时的压区
通常芯片上的白色部分为铝线 。图 片上白 色)区域是压区,另有小块白色区域 是中测点(芯片制造厂用来测试芯片 合格与否的地方),上图中芯片表面 粉红色部位为氧化硅。整个芯片表面 有一层薄薄的芯片保护层。腐球后的 压区有不同的颜色,如红,黄,绿, 蓝,紫等,这是因为氧化层厚度不同 的缘故。 上图为一例,实际上视芯 片不同各部位颜色或形状有很大区别。
静电对电子元件之影响

物体放电形式主要通过低电阻区域,放电电流 I= Q/t,即静电电荷变化量与完成这些静电电 荷变化所用的时间之比。当I足够大时,能影 响P-N结热击穿接合点,导致氧气层击穿,引 起即时的和不可逆转的损坏,但这种损坏只有 10%可引起产品即时损坏,90%的产品可毫无觉 察地通过测试,流到客户手里,但它的可靠性 却大大地降低了,并且静电可吸附灰尘,降低 基片净化度,使IC成品率下降。

第一章机械零件的失效分析ppt课件

第一章机械零件的失效分析ppt课件

➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
美国1983年统计:零件失效造成的经济损失每 年可达3400亿美元 德国:零件失效造成的损失每年可达700亿马克
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
弹性极限( se ): 衡量材料最大弹性 变形的抗力指标
se=Pe / Fo 比例极限(sp): 保证材料的弹性变 形能按正比关系变 化的最大抗力指标
sp=PP / Fo
低碳钢拉伸时的应力应变曲线
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
二、过量变形失效
1.过量弹性变形失效及抗力指标
材料在弹性变形范围内,应力和应变遵守虎克定律
单向拉伸时的弹性模量:
Es P A
EA=P/ε
EA:零件产生单位弹性变形所需的载荷大小
刚度:零件抵抗弹性变形的能力
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
屈服极限(sS =Ps / Fo):材料抵抗起始塑性 变形的抗力指标 为避免零件发生塑性变形或发生过量塑性变形失 效,产品设计时应以屈服极限为依据
加工硬化:由塑性变形导致的材料强度 升高、塑性降低现象

材料失效分析课件第1章材料失效分析概论

材料失效分析课件第1章材料失效分析概论

1.2 失效分析的基本概念
1.2.2 失效的新定义*
√ 失效 (failure) 是产品因外观形态或微观结构发生
变化而不能达到设计规定的功能
外观 形态
截面分离 局部损伤 变形过量 表面变性
微观 结构
电子缺陷 离子缺陷 原子缺陷 线状缺陷 平面缺陷 体型缺陷 组织退化
* 杨振国. 论失效分析的本质及其内在关系. 理化检验-物理分册, 2013, 49 (S2): 1-3.(第五届全国失效分析学术会议大会特邀报告)
因此,泰坦尼克号的失效是在冰山撞击力、铆钉及船板的断裂 韧性低、航速过快等三种因素的相互作用下发生低应力脆性断裂(失 效起因)。
附录: 泰坦尼克号沉没事故的相关文献
1. Division of the History of Technology, Transportation Collections, National Museum of American History, in cooperation with the Public Inquiry Mail Service, Smithsonian Institution, "The Titanic," (Smithsonian Institution, May 1997). /resource/faq/nmah/titanic.htm
经济损失巨大!
1.1 概述
1.1.2 失效分析的意义 ● 失效分析是综合运用材料基础知识和各种表征方
法,开展事故调查、分析和研究的。通过失效分析, 可以找到失效的产生原因,从而避免同类事故的重 复发生,经济效益将是巨大的。它的作用主要有:
1. 防止同类事故的重复发生,保障社会稳定; 2. 明确事故的责任,维护用户的应有权益; 3. 吸取经验教训,提高产品质量、改善安全管理; 4. 促进材料研究的进步,为设计开发新材料、改进

芯片失效分析_

芯片失效分析_

形貌象技术
• 光学显微术:分辨率3600A,倍数1200X 景深小,构造简单
对多层结构有透明性,可不制样 • 扫描电子显微镜:分辨率50A,倍数10万
景深大,构造复杂 对多层结构无透明性,需制样
信息产业部电子五所分析中心
以测量电压效应为基础的失效 定位技术
信息产业部电子五所分析中心
以测量电流效应为基础的失效 定位技术
• 红外热象技术 用途:热分布图,定热点 • 光发射显微镜 用途:微漏电点失效定位
栅氧化层缺陷,pn结缺陷,闩锁效应 • 电子束感生电流象 用途:pn结缺陷
信息产业部电子五所分析中心
用途:确定断路失效点位置 主要失效定位技术: • 扫描电镜的电压衬度象 • 机械探针的电压和波形测试 • 电子束测试系统的电压和波形测试
信息产业部电子五所分析中心
SEM电压衬度象原理
信息产业部电子五所分析中心
失效机理的概念(续)
• 参数漂移的可能失效机理:封装内水汽 凝结、介质的离子沾污、欧姆接触退化、 金属电迁移、辐射损伤
信息产业部电子五所分析中心
失效分析的作用
• 确定引起失效的责任方 • 确定失效原因 • 为实施整改措施提供确凿的证据
信息产业部电子五所分析中心
• 反射式扫描声学显微技术
用途:观察芯片粘接的完整性,微裂纹,
界面断层
信息产业部电子五所分析中心
检漏技术
• 粗检:负压法、氟碳加压法 • 细检:氦质谱检漏法
信息产业部电子五所分析中心
负压法检漏

失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效:工艺缺陷、材料缺陷、筛选 不充分
• 随机失效:静电损伤、过电损伤 • 磨损失效:元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性

第一章 机械零件(金属材料)的性能指标与失效分析

第一章   机械零件(金属材料)的性能指标与失效分析

(2)脆性断裂的判据
1)裂纹尖端应力场强度因子KI 描述裂纹尖端场强弱的量
KI = Yσa1/2
Y: 裂纹几何形状因子。 σ:零件的工作应力 a:裂纹的半长度;(裂纹长度的一半
2)判据:
KI>KIC KI=KIC KI<KIC 发生脆断; 临界状态; 安全;
KIC:断裂韧度,材料性能指标只与材料有关。 (可以通过合金化、热处理等改变)
弹性极限 se 屈服强度 ss 抗拉强度 sb 断裂强度 sk
① 比例极限σp与弹性极限σe σp---在σ-ε曲线上
开始偏离直线时的应 力。 σe---由弹性变形过渡 到弹-塑性变形时的应
力。
2015年12月25日12时 26分
材料与成形技术 1.1 概述 10
② 屈服现象与屈服强度 屈服现象:在试验外力不增加或上下波动 的情况下,试件应变明显增加的现象。不 同材料或在不同试验条件下得到的σ-ε 曲线类型如图所示。
滑痕法硬度值(莫氏硬度) 弹性回跳法硬度值(肖氏硬度) 压入法硬度值(工业中应用广泛)
常见的硬度表示方法有:
1、布氏硬度
2、洛氏硬度 3、维氏硬度
(1). 布氏硬度(HB) (物理意义:压痕表面上单位面积所承受的压力)
在力P的作用下把直径为D的钢球压入被测材料,布氏硬度值是载荷P除以压 痕(球冠)的面积F ,用HB表示。即: B = P/F = 2P/π[D - (D2-d2)1/2] 这种方法只适合于测量HBS < 450的材料。如:
2、断裂韧度K
IC
(1)定义:是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。是
评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标,
KIC↑,抵抗裂纹失稳扩展的能力↑

失效分析第一章ppt课件

失效分析第一章ppt课件

失效模式是指构件失效后的外观形式,即可观 察的、可测量的失效的宏观特征。比如,脆性断 裂疲劳开裂、接触磨损等。
根据构件失效的宏观特征,失效模式应有五种:
(1) 变形(deformation )
(2) 断裂(fracture)
(3) 腐蚀 (corrosion)
(4) 磨损(wear)
(5) 衰减(attenuation): 微结构随时间、环境等因 素渐变弱化
20钢
Al2O3
橡胶
MMC
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.3失效分析的综合性
产品质量管理一般实行“五要素”法管理: “人、机、料、法、环”
“人、机、料、法、环、测” 但产品的失效分析更复杂,分析人员不仅 需要有材料、工艺、结构、力学、控制、 检验等专业知识,还要懂得安装、维护、 运行、环境等工程知识,同时也要熟悉生 产过程涉及的标准、规范、规程,还包括 心理学等在内的一些管理知识。
1.1.1失效问题每时每刻都在发生,遍及各行 各业
1.1.2失效会造成巨大的经济损失
2006年11月21日发射,2007年11月18日指出,该卫星太阳能帆 寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多 板无法打开,一直不能正常工作。直接经济损失20亿RMB,间接 损失1000亿元以上。
应该指出:“失效”和“事故”是两个不同的概 念
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第一章失效分析基本概念及方法失效分析最早有史料记载的是在公元前2025年由巴比伦国王汉莫拉比撰写的法典中,而真正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是应用于1862年建立了世界上第一个锅炉监察局。

失效分析走上系统化、综合化、理论化的新阶段是从20世纪中叶,随着微电子技术的异军突起开始的。

1.1失效分析基本概念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他形成的构件(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,则称该零件发生了失效。

失效分析的信息,客观上能够反映机械失效的起始、发展、变化和完成的全过程,以及导致这一失效运动的内、外原因和条件等等,通过与失效事件有关的各种途径传出,经过失效分析人员运用各种必要、可能的调查、检验等科学技术手段(借助科学仪器)等接收,产生回溯反馈,在人类已有失效规律和知识的基础上,就能较完整地在认识或实践上再现失效的全过程。

失效事件中的信息量,是由每个具体的失效过程所决定的,而接收这种失效信息多少,则取决于失效分析人员的专业水平和失效分析的科学技术水平。

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,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。

国家标准GB3187-82中定义:“失效(故障)——产品丧失规定的功能。

对可修复产品,通常也称为故障。

”该定义中涉及到产品、可修复产品、功能、规定的功能和丧失等几个概念。

(1)产品按经济学上的定义:企业进行生产活动所创造的、符合于原定生产目的和用途的直接生产成果,物质产品按其完成程度可分为成品、半成品和在制品。

它包括任何元件、器件、设备或系统,可以表示产品的总体、样品等。

总之,其确切含义在使用这一词时应加以说明,但废品不能算产品。

在可靠性和失效分析领域内,如不加说明,产品一般指成品。

(2)可修复产品当产品丧失规定功能时,按规定的程序和方法进行维修后,可恢复规定功能的产品。

即故障后可以修复的产品。

一个产品是否可以修复,是一个历史的相对的概念,受多方面因素的制约。

一看技术上是否可能;二看经济上是否值得;三看时间上是否允许。

例如电阻、电容、电子管、日光灯管、铆钉、垫片等,一般归于不可修复产品;而起落架、油泵、机床等,只要符合规定的技术条件,一般属于可修复产品,但当超过规定的修理深度时,又变成不可修复产品。

所有,产品处于“可修状态”或“不可修状态”。

对一个复杂的设备或系统来讲,其中某些零件失效后是不可修复的(如轮胎爆破和前面所说的铆钉和垫片等),但对系统来说(如飞机或发动机)却是可修复的,只需将这些失效的零件替换。

(3)功能功能是指作为产品必须完成的事项,产品的功能和用途。

不同产品的功能是五花八门的。

(4)规定的功能规定的功能是指国家有关法规、质量标准、技术文件以及合同规定的对产品适用、安全和其他特性的要求。

它既是产品质量的核心,又是产品是否失效的判据。

因此,产品是否失效主要是在使用(包括检验)过程中考察。

一般来说,产品的规定功能与规定的条件相对应。

还应具有常识上所应具备的一些功能,如儿童玩具必须具备在儿童误操作的情况下不会对儿童造成伤害的功能。

(5)丧失一般理解为产品原有规定的功能在商品流通或使用过程中失去(或消失了),也就是说,产品的规定功能有一个从有到无、从合格到不合格的过程。

丧失,可能是暂时的、间断的或永久性的;可能是部分的、全部的;丧失可能快也可能慢;而丧失规定的功能,经过修理后有可能恢复,也可能无法恢复。

无论上述哪种情况,都在丧失规定功能之列,即均处于失效状态。

也可能有这样的情况,产品一开始就不具备规定的功能。

因此,这里建议采用“不具备”来代替“丧失”。

从以上可以看出,失效强调的是产品所处的功能状态,失效产品从某种意义上讲也是潜在的不合格产品(虽然出厂时已经贴上了合格的标签),包括在使用初期是合格品而在规定的有效使用时间内功能失效的产品。

而故障强调的是产品失效以后可以修复(但不是自然恢复),或者说,故障是产品处于可修复的失效状态。

失效分析是判断产品的失效模式,查找产品失效机理和原因,提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动。

失效分析的主要工作内容包括:(1)调查(包括确认是否失效、取证、普查等);(2)判断失效模式;(3)查找失效原因(包括与产品失效相关的管理因素);(4)探讨失效机理及其与失效模式的关系(过程的因果关系);(5)失效后果(影响和危险性)分析;(6)合理制定或修改失效判据(必要时才进行);(7)失效的数理统计分析(必要并有条件时才进行);(8)模拟再现和失效预测(必要并有条件时才进行);(9)明确产品失效责任(必要时才进行);(10)提出防止再失效的对策(失效分析成果的反馈和响应),注意新的失效因子。

失效模式是指失效的外在宏观表现形式和过程规律。

一般可理解为失效的性质和类型。

失效模式按其所定义的范围、属性、标准和参量,可分为一级失效模式、二级失效模式等。

模式准确,就是要将失效的性质和类型判断准确,尤其是要将一级失效模式和二级失效模式判断准确。

一级失效模式的分类如图1-1所示。

二级失效模式分类所依据的“标准”和“参量”繁杂多样,其判断也要比一级难得多。

有兴趣的读者还可参阅有关的失效分析文献。

韧性断裂失效断裂失效脆性断裂失效疲劳断裂失效失效模式磨损失效腐蚀失效非断裂失效变形失效电接触失效热损伤失效污染失效图1-1 一级失效模式的分类失效机理是指失效的物理、化学变化本质和微观过程可以追溯到原子、分子尺度和结构的变化,但与此相对的是它迟早也要表现出一系列宏观(外在的)性能、性质变化和联系。

机械失效,乃是一种物质的运动,并表现为一定的形态,故而必然会和一定的客体物发生相互作用,这一作用的结果必然要引起原客体物发生相互作用,这一作用的结果必然要引起原客体物结构和能量的变化,改变客体物的形态,产生一定的反映特征。

这种反映特征,就是失效分析中信息源的最主要的物质基础。

至于信息量的多少,是由客观事物本身决定的。

失效原因的判断是整个失效分析的核心和关键,通常是指酿成失效甚至事故的直接关键性因素。

与失效模式一样,失效原因也可分为一级失效原因和二级失效原因等。

一级失效原因的判断,一般指造成该失效事故的直接关键因素处于设计、材料、制造工艺、使用及环境的那一环节,即通常所谓的"设计是根本,材料是基础,工艺是关键,使用是保证"的某一关键环节。

失效原因的判断建立在失效模式判断的基础上,当一个失效件的二级以上失效模式确定以后,一般而言,一级失效原因基本上就很容易确定了。

在一级失效原因正确的基础上,探讨和分析二级失效原因。

例如设计原因引起的失效还可细分为设计思想、结构、对载荷分析的准确性、选材等二级失效原因。

同样,失效原因的确定也分为定量确定和定性确定,在必要时,还要采用失效模拟技术来确定失效的原因。

然而失效原因的确定是相当复杂的,其复杂性表现为失效原因具有一些特点,如原因的必要性、多样性、相关性、可变性和偶然性。

有关这方面的深入研究可阅读有关参考资料。

二十世纪中叶以来,随着微电子技术的异军突起(电子光学、断口学、痕迹学、表面科学、电子金相学等迅猛发展),产品失效的物理、化学过程,已能从微观方面阐明失效的本质、规律和原因。

在此基础上,失效分析逐步走上了较为系统、综合、理论化的新阶段,并在国民经济和技术进步中发挥着日益重要的作用,已为世人所注目。

进入本世纪以来,失效分析进入了更加高速发展的阶段,如2004年在葡萄牙里斯本举办的第一届工程失效分析国际会议,参会人数仅有50人左右,而2012年在荷兰海牙举办的第五届工程失效分析国际会议,参会人数超过250人,设立三个分会场,涉及的领域几乎遍布各个行业部门。

在如2005年和2006年,美国和我国目前公开发行的专业失效分析杂志《JOURNAL OF FAILURE AND PREVENTION》和《失效分析与预防》分别问世,进一步推动了失效分析学科的发展。

1.2失效分析基本程序失效分析过程中往往涉及到有多个零部件同时遭到破坏,情况相当复杂。

因此,除了要有正确的分析思路外,还需要有一个合理的失效分析程序。

由于产品失效的情况千变万化,只能有适应于一般情况的失效分析基本程序。

大致包括以下几方面:(1)调查现场失效信息(2)初步确定肇事失效件(3)确定具体的分析思路和工作程序(4)初步判断肇事失效件的失效模式(5)查找失效的原因(6)综合性的分析(7)失效分析报告失效分析基本程序中,每一步骤具体要求如下:(1)调查现场失效信息调查现场失效信息是失效分析的第一步,对现场失效信息的调查必须给予高度重视。

它是整个失效分析工作的基础,也是逻辑推理的必要前提。

现场失效信息调查是以失效现场为出发点,全面、系统、客观、细致地观察收集失效对象、失效现象、失效环境等现场失效信息以获取真实可靠的感官材料,即要强调现场失效信息的准确性、全面性、客观性和系统性,切忌片面性、主观性以及局限性。

(2)初步确定肇事失效件在寻找肇事失效件过程中,往往情况比较复杂,要综合正确掌握逻辑推理,把归纳推理、演绎推理、类比推理、选择性推理和假设性推理这几种常用的逻辑推理方法灵活运用。

(3)确定具体的分析思路和工作程序要从设计、制造、维修、使用和研究部门调查了解,历史上是否发生过类似失效事件。

如果发生过这种失效先例,并曾作过相应的失效分析,建议按类比和逻辑推理相结合的思路和程序进行分析;如果没有这种失效先例时,则按逻辑推断的思路和程序进行分析。

(4)初步判断肇事失效件的失效模式要仔细观察和分析肇事失效件的失效信息,例如失效的具体部位、各种痕迹、结构完整性、表面完整性以及各种性能变化等。

同时要观察相关失效件上的有关失效信息以及所处的具体失效小环境。

在此基础上,对肇事失效件失效模式的主要类型作出初步判断。

判断肇事失效件的失效模式,实际上是一种类别的认定工作,它是以客体的种类特征为基础。

同种和同类失效模式是个集合概念,是把种和类相同的客体物(失效事件)的特征综合起来,从而据以判定其失效为这一种或另一类失效模式,这实际上是一种类比推理。

应当强调,人们必须先具有关于各类失效模式的基本概念、主要特征、发生条件以及主要判据,否则无法进行失效模式的初步判断。

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