2失效分析基础知识解析
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
1 引言机械产品的失效一般可分为非断裂失效与断裂失效两大类。
非断裂失效一般包括磨损失效、腐蚀失效、变形失效及功能退化失效等。
断裂失效是机械产品最主要和最具危险性的失效,其分类比较复杂,一般有如下几种:(1)按断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、沿晶断裂和疲劳断裂;(2)按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂;(3)按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。
在失效分析实践中大都采用这种分类法。
断裂失效分析是从分析断口的宏观与微观特征入手,确定断裂失效模式,分析研究断口形貌特征与材料组织和性能、零件的受力状态以及环境条件(如温度、介质等)等之间的关系,揭示断裂失效机理、原因与规律,进而采取改进措施与预防对策。
从本期起分期介绍韧性、脆性及疲劳三类断裂失效分析的基础知识及典型失效案例分析。
2 韧性断裂失效分析2.1 概述韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂,即零件断裂之前,在断裂部位出现较为明显的塑性变形。
在工程结构中,韧性断裂一般表现为过载断裂,即零件危险截面处所承受的实际应力超过了材料的屈服强度或强度极限而发生的断裂。
在正常情况下,机载零件的设计都将零件危险截面处的实际应力控制在材料的屈服强度以下,一般不会出现韧性断裂失效。
但是,由于机械产品在经历设计、用材、加工制造、装配直至使用维修的全过程中,存在着众多环节和各种复杂因素,因而机械零件的韧性断裂失效至今仍难完全避免。
2.2 韧性断裂机理与典型形貌工程材料的显微结构复杂,特定的显微结构在特定的外界条件(如载荷类型与大小,环境温度与介质)下有特定的断裂机理和微观形貌特征。
金属零件韧性断裂的机理主要是滑移分离和韧窝断裂。
2.2.1 滑移分离韧性断裂最显著的特征是伴有大量的塑性变形,而塑性变形的普遍机理是滑移,即在韧性断裂前晶体产生大量的滑移。
过量的滑移变形会出现滑移分离,其微观形貌有滑移台阶、蛇形花样和涟波等。
因此有必要对滑移分离加以叙述。
失效分析基础知识
失效分析基础知识失效分析（Failure Analysis）是指通过对被测设备或系统内部的失效原因进行分析和研究，找出导致失效的根本原因，并提出相应的改进措施，以避免或减少同类失效事件的再次发生。
失效分析是现代工程领域中非常重要的一项技术，能够提高产品质量和可靠性，减少故障率，降低生产成本，延长设备的使用寿命。
失效可以分为两大类，一类是功能失效，指的是设备或系统无法按照设计要求完成其功能；另一类是物理失效，指的是设备或系统的一些或多个组成部分发生破坏、损坏或失效。
失效分析主要针对物理失效进行研究，通过对失效物理机制和失效模式进行分析，找出可能导致失效的根本原因，然后推导出失效的关键因素，并提出相应的改进方案。
失效分析的基本原则包括以下几点：1.收集失效信息：通过调查、询问用户、现场观察等方式，收集尽可能多的失效信息，包括失效模式、失效时间、失效环境等。
2.分析失效机理：通过对失效物理机制的研究，找出导致失效的根本原因。
失效机理可以通过物理实验、数值模拟等方式进行研究。
3.分析失效模式：失效模式是指设备或系统在失效前的状态和失效后的状态之间的差异。
通过对失效模式进行分析，可以找出导致失效的关键因素。
4.分析失效的关键因素：通过对失效模式和失效机理的分析，推导出导致失效的关键因素。
关键因素可以是设计缺陷、制造缺陷、材料问题、操作错误等。
5.提出改进措施：根据分析结果，提出相应的改进措施，包括设计改进、制造改进、材料改进、操作改进等。
改进措施应该能够消除或减少导致失效的关键因素，从而提高设备或系统的可靠性和安全性。
失效分析常用的方法和技术包括材料分析、断口分析、显微分析、化学分析、热分析、电子显微镜观察等。
这些方法和技术可以帮助工程师深入了解失效的原因和机制，从而提出有效的改进措施。
失效分析在工程领域中具有广泛的应用，包括电子设备、机械设备、化工设备、航空航天设备等各个领域。
通过对失效进行分析和研究，可以提高产品的可靠性和质量，减少故障率，降低生产成本，延长设备的使用寿命。
失效分析基础知识.doc
失效分析基础知识失效分析基础知识钟群鹏(北京航空航天大学，北京100083)1基本概念1.1失效和失效分析产品丧失规定的功能称为失效。
判断失效的模式，杏找失效原因和机理，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。
1.2失效和事故失效与事故是紧密相关的两个范畴，事故强调的是后果，即造成的损失和危害，而失效强调的是机械产品本身的功能状态。
失效和事故常常有一定的因果关系，但两者没有必然的联系。
1.3失效和可靠失效是可靠的反义词。
机电产品的可靠度R(t)是指时间t内还能满足规定功能产品的比率，即n(t)/n(0),n(t)为时间t内满足规定功能产品的数量,n(0)为产品试验总数量。
累积失效概率F(t)就是时间t 内的不可靠度,即F(t)=I-R(t)=[n(0)-n(t)]/n(0)o1.4失效件和废品失效件是指进入商品流通领域后发生故障的零件，而废品则是指进入商品流通领域前发生质量问题的零件。
废品分析采用的方法常与失效分析方法一致。
1.5失效学研究机电产品失效的诊断、预测和预防理论、技术和方法的交叉综合的分支学科。
失效学与相关学科的边界还不够明确，它是一个发展中的新兴学科。
2失效的分类2.1按功能分类由失效的定义可知，失效的判据是看规定的功能是否丧失。
因此，失效的分类可以按功能进行分类。
例如，按不同材料的规定功能可以用各种材料缺陷(包括成分、性能、组织、表面完整性、品种、规格等方面)来划分材料失效的类型。
对机械产品可按照其相应规定功能来分类。
2.2按材料损伤机理分类根据机械失效过程中材料发生变化的物理、化学的本质机理不同和过程特征差异，可以分类如图1所示。
图1失效的分类2.3按机械失效的时间特征分类(1)早期失效可分为偶然早期失效和耗损期失效。
(2)突发失效可分为渐进(渐变)失效和间歇失效。
2.4按机械失效的后果分类(1)部分失效(2)完全失效(3)轻度失效(4)危险性(严重)失效(5)灾难性(致命)失效3失效分析的分类失效分析的分类一般按分析的目的不同可分为：(1)狭义的失效分析主要目的在于找出引起产品失效的直接原因。
金属材料失效分析
失效分析机电工程学院何敏U n R e g i s t e r e d“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。
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。
U n R e g i s t e r e d11零件失效即失去其原有功能的含义包括三种情况：失效failure“失效”与“事故”要区分“失效”与“事故”，这是两个不同的概念。
事故是一种结果，其原因可能是失效引起的，也可能不是失效引起的。
同样，失效可能导致事故的发生，但也不一定就导致事故。
（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。
U n R e g i s t e r e dU n R e g i st e r e dderetsigeRnUderetsigeRnU“失效分析”课程简介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。
失效分析是一门综合性的质量系统工程，是一门解决材料、工程结构、系统组元等质量问题的工程学。
失效分析基础知识
主要使力学性能、密封性能、表面粗糙度受影响 ★ 缩孔与疏松的消除
合理选择合金成分 合理的铸造工艺 合理的锻轧工艺 2020/4/25
2.偏析
凝固形成的晶体 内部由于扩散不 足引起的偏析。
金属在凝固时由 于某些因素的影 响而生产的化学 成分不均匀现象
4
先结晶区域的化 学成分与后结晶 区域间的偏析。
三、夹杂物对钢性能的影响
12
三 夹杂物对钢性能的影响
构件失效中，90%是疲劳失效(正常使用时)。
1. 夹杂物的类型 a. 脆性夹杂物
a. (OM像)
b. (SEM像)
38CrMoAl疲劳试样表面裂纹 疲劳断口, 夹杂物与钢基体脱开
图2-11 裂纹优先在较大夹杂物与钢基体交界处产生
2020/4/25
图2-21 焊缝中的延迟裂纹
2020/4/25
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图2-22 焊缝中的淬硬脆化裂纹
2020/4/25
21
d. 层状撕裂
①层状撕裂温度不超过400℃； ②常发生在装焊过程或结构完工之后，是一种难修复的结
构破坏，甚至造成灾难性事故； ③低合金高强钢或调质钢的厚板结构，如采油平台、厚壁
容器、潜艇等，易发生层状撕裂。
图2-4 气孔
2020/4/25
7
白点：合金液中的氢在凝固时析出形成气体氢，聚集于
合金内，在纵向断口上呈现为表面光滑、银白色的圆形 或椭圆形的斑点。
易发钢种：
含Cr、Ni、Mn的合金结 构钢及低合金工具钢
白点的消除：净化除气
提醒：含白点的钢材或
其它材料不能使用！
图2-5 白点
2020/4/25
失效分析基础课件
根据深入分析的结果， 提出针对性的改进措施 和建议，包括设计优化、 制造工艺改进、使用条 件调整等。
02
失效模式与影响分析
失效模式识别与分类
01
02
常见失效模式
失效分类
03 失效模式识别方法
失效影响评估
失效影响分析
失效后果评估
失效影响评估方法
失效模式与影响分析的实践方法
收集数据
分析失效原因
制定分析计划
对失效产品或系统进行 现场调查和检查，了解 失效的具体情况，包括 失效部位、失效形式、 失效时间等。
根据现场调查和检查的 结果，初步分析失效原 因，包括设计、制造、 使用等方面的原因。
对初步分析结果进行深 入分析，采用各种测试 手段和方法，如金相分 析、力学性能测试、化 学分析等，进一步确定 失效原因。
建立分析模型
提出改进措施
03
失效原因分析与预防措施
失效原因分析方法
故障树分析法 失效模式与影响分析法 原因分析法
常见失效原因及其应对措施
机械疲劳
磨损
腐蚀
老化
预防措施制定与实施
制定预防措施
实施预防措施 监控与评估
04
失效分析技术在产品质量改进中的应用
产品质量ห้องสมุดไป่ตู้进的重要性
提高产品竞争力
优质的产品能够满足客户需求， 提高市场占有率，为企业带来更
05
失效分析技术的发展趋势与挑战
失效分析技术的发展趋势
智能化和自动化
1
多学科交叉
2
在线监测和预测
3
失效分析面临的挑战与困难
数据获取和处理
01
失效模式识别
02
失效原因分析
失效分析
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，它是
整个失效分析工作的基础，也是逻辑推理的必 要前提。 • 一般以机械失效现场为出发点，细致、客观、 全面、系统地观察、收集失效对象、失效现象、 失效环境等现场失效信息以获得真实、可靠的 感性材料。如：路况、行驶速度、载重、天气、 事故现场状况等。
• 根据调查情况、试验分析及模拟试验 结果，运用逻辑推理（归纳推理、演 绎推理、类比推理）综合分析失效的 原因。
6、改进措施及写出失效
分析报告
• 失效分析的最终目的是要针对失效原因，提 出改进和提高机械产品质量的各种措施，并 能够按这些措施进行试生产验证，然后写出 失效分析报告。
7、效果验证
• 对改进后的试验性小批产品装机进行实际运行考 验，如果运行正常，说明改进措施是切实可行的、 有效的。反之，必须及时调整试验方法，重新认 识失效过程，直至改进和提高产品质量为止。
3、塑性断裂
当工件所受的实际应力大于材料的屈服强 度时，将产生塑性变形，应力进一步增大就会 产生断裂，称为韧性或塑性断裂。 宏观断口特征：断口附近有明显的宏观变 形，断口表面粗造呈暗灰色，一般可分为三个 特征区－即纤维区、放射区和剪切唇区。
微观断口特征
• 韧窝花样（见图1）、 蛇形滑动、滑移痕迹、 涟波花样、延伸花样。 韧窝越深，平均直径越 大，材料韧性越好。
一失效分析术语
• 1、失效（故障）：产品丧失规定的功能（不可修复）。 • 2、故障：产品丧失部分规定的功能，但是可以修复。 • 3、失效分析：判断失效产品的失效模式，查找产品失效机 理和原因，提出预防再失效的技术活动和管理活动。 • 4、规定功能：是指国家法规、质量标准以及合同等规定的 对产品适用、安全及其特殊的要求。 • 5、失效模式：是指失效的外在宏观表现形式和过程规律。 • 6、失效机理：是指失效件的物理、化学变化的本质及微观 （可以追溯到原子、分子）尺度和结构的变化，以及与此 相对应的一系列宏观的性能、性质变化和联系。
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
金属构件失效分析
脆性断裂失效 构件在断裂之前没有发生或很少发生宏观 可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。 可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。 构件在交变载荷作用下， 疲劳断裂失效 构件在交变载荷作用下，经过一定的周期 后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。 后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。 腐蚀失效 腐蚀是材料表面与服投环境发生物理或化学的 反应，使材料发生损坏或变质的现象， 反应，使材料发生损坏或变质的现象，构件发生的腐蚀使其不 能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式， 能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式，有均匀 均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀， 遍及构件表面的均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀 遍及构件表面的均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀，局 部腐蚀又有点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、 部腐蚀又有点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐 蚀疲劳等。 蚀疲劳等。
Hale Waihona Puke • 选材不当及材料缺陷金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、 金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、加工工艺 使用性原则 性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。 性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。使 用在特定环境中的构件， 用在特定环境中的构件，对可预见的失效形式要为其选择足够 的抵抗失效的能力。 对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂， 的抵抗失效的能力。如对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂， 应该选择足够的拉伸强度和屈服强度； 应该选择足够的拉伸强度和屈服强度；但对可能产生的脆性断 疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件， 裂、疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件，高强度的材料往往适得 其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料， 其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料，对构件的成 形要有好的加工工艺性能。在保证构件使用性能、 形要有好的加工工艺性能。在保证构件使用性能、加工工艺性 能要求的前题下，经济性也是必须考虑的。 能要求的前题下，经济性也是必须考虑的。
有关常见材料失效模式及分析手段的基础知识
有关常见材料失效模式及分析手段的基础知识失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。
在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。
失效分析流程啦加工和服役历史 现场调查及残髓分析判断首先破坏件^∣~j 初步观察制定分析方案II制一复型及截一试样口定观断口分析H 我分析I 金相分析I 分或新「分J化学成分分析 常班力品主一熹一］［综乎析］PCB 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为 重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性I爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。
确定失效原因I 提出改道指檐III 曲& I(1)无损检测：外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，c-SAM检测，红外热成像(2)表面元素分析：扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)显微红外分析(FTIR)俄歇电子能谱分析(AES)X射线光电子能谱分析(XPS)二次离子质谱分析(TOF-SIMS)(3)热分析：差示扫描量热法(DSC)热机械分析(TMA)热重分析(TGA)动态热机械分析(DMA)导热系数(稳态热流法、激光散射法)(4)电性能测试：击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移(5)破坏性能测试：染色及渗透检测电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。
开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等（1）电测：连接性测试电参数测试功能测试（2）无损检测：开封技术（机械开封、化学开封、激光开封）去钝化层技术（化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层）微区分析技术（FIB、CP）（3）制样技术：开封技术（机械开封、化学开封、激光开封）去钝化层技术（化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层）微区分析技术（FIB、CP）（4）显微形貌分析：光学显微分析技术扫描电子显微镜二次电子像技术（5）表面元素分析：扫描电镜及能谱分析（SEM/EDS）俄歇电子能谱分析（AES）X射线光电子能谱分析（XPS）二次离子质谱分析（SlMS）（6）无损分析技术：X射线透视技术三维透视技术反射式扫描声学显微技术（C-SAM）随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业、科技以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，因此金属材料的质量应更加值得关注。
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。
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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缩孔与疏松
液态金属的温度越 高，则液体与固体 之间的体积差越大， 而缩孔的体积也越 大
10/10/2018
缩孔与疏松
• 如在急剧冷却的条件下浇注 金属，可以避免在铸锭上部 形成集中缩孔。但在此情况 下，液态金属与固态金属之 间的体积差仍保持一定的数 值，虽然在表面上似乎已经 “消除”了大的缩孔，可是 有许多细小缩孔即疏松，分 布在金属的整个体积中
2 失效分析基础知识
2.1 金属构件中可能引起的冶金缺陷 2.2 力学计算 宏观裂纹缺陷 2.3 环境作用机理
10/10/2018
失效分析基础知识
• 2.1、金属构件中可能引起失效的冶金缺陷 • 2.1.1 铸态金属组织缺陷 • 铸态金属常见的组织缺陷有缩孔、疏松、偏析、内裂 纹、气泡和白点等。 • 缩孔与疏松 • 金属在冷凝过程中由于体积的收缩而在铸锭或铸件心 部形成管状（或喇叭状）或分散的孔洞，称为缩孔。 缩孔的相对体积，与液态金属的温度、冷却条件以及 铸锭的大小等有关。
10/10/2018
偏析
• • • 金属在冷凝过程中，由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象称为偏析。 ① 晶内偏析与晶间偏析 晶体范围内的成分不均匀现象，即晶内偏析。这种偏析往往导致金属中树枝状组 织的形成，故亦称枝晶偏析。
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晶体间的成分不均匀现象，即晶间偏析。 碳化物偏析是一种晶间偏析，常常出现于铸造状态的合金工具钢和高速钢中。当 锻造或热轧时，这种粗大的碳化物被击碎，并循加工方向变形而成为不连续的带 状碳化物分布于钢的基体中，致使钢的纵横向力学性能发生差异，特别是横向的 塑性强烈地下降。在钢的加工和使用过程中，由于这种偏析的存在，可能导致其 他缺陷的形成。因此在合金工具钢和高速钢中，应力求避免或减弱这种偏析。
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偏析
• ③ 比重偏析 • 在金属冷凝过程中，如果析出的晶体与余下的溶液两者密度不同 时，这些晶体便倾向于在溶液中下沉或上浮。由此所形成的化学 成分的不均匀现象，称为比重偏析。 • 晶体与余下的溶液之间的密度差越大，比重偏析越大。这种密度 差取决于金属组元的密度差，以及晶体与溶液之间的成分差。如 果冷却越缓慢，随着温度降低初生晶体数量的增加越缓慢，则晶 体在溶液中能自由浮沉的温度范围越大，因而比重偏析也越强烈。 由于各种组织组成物的空间上的分离，不可能通过热处理来消除 或减弱比重偏析，只能采取特殊的熔化或浇注等措施（例如快速 浇注）予以防止。
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气泡与白点
• 白点最容易产生在以镍、铬、锰作为合金元素的合金结构钢及低 合金工具钢中。奥氏体钢及莱氏体钢中，从未发现过白点；铸钢 中也有可能发现白点，但极为罕见；焊接工件的熔焊金属中偶尔 也会产生白点。此外．白点的产生与钢材的尺寸也有一定的关系， 横截面的直径或厚度小于30 mm 的钢材不易产生白点。 • 通常，具有白点的钢材纵向抗拉强度与弹性极限降低得并不多， 但伸长率则显著降低，尤其是断面收缩率与冲击韧性降低得更多， 有时可能接近于零。且这种钢材的横向力学性能又比纵向的降低 得更多。因此，具有白点的钢材一般是不能使用的
气泡与白点
• • 白点 氢是以原子状态溶解在钢中的，它在钢中 的溶解度随温度的降低而显著减小，如果 钢液中氢含量较高，在冷却时氢以原子态 析出，聚集在钢中空隙处，结合成分子态 的氢。因氢分子很难在钢中进行扩散，在 空隙处便形成巨大的局部压力（可达数百 个大气压），远远超过了钢的强度，因而 产生裂缝。当出现这种缺陷以后，在经侵 蚀后的横向截面上，呈现较多短小的不连 续的发丝状裂缝；而在纵向断口上会发现 表面光滑的、银白色的圆形或椭圆形的斑 点，这种缺陷称为白点。
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气泡与白点
• 金属在熔融状态时能溶解大 量的气体，在冷凝过程中由 于溶解度随温度的降低而急 剧地减小，致使气体从液态 金属中释放出来。若此时金 属已完全凝固，则剩下的气 体不易逸出，有一部分就包 容在还处于塑性状态的金属 中，于是形成了气孔。这种 气孔称为气泡。
10/10/201810/10/2018 Nhomakorabea偏析
• ② 区域偏析 • 外层区域富集高溶点组元，而心部则富集低熔点组元，同时也富 集着凝固时析出的非金属杂质和气体等。这种偏析称为区域偏析。 • 钢锭中存在区域偏析，特别是硫偏析和磷偏析，强烈地降低钢的 质量，并为以后的加工造成种种困难，甚至导致材料的严重损害 和所制机件在使用中的破坏。 • 硫偏析能破坏金属的连续性，在钢锻造时引起热脆，在轧制钢板 时产生夹层，严重地影响钢板的冷弯性能。承受交变载荷的零件， 在使用中硫偏析往往为引起疲劳断裂的主要原因之一。 • 磷偏析则使钢具有冷脆性，并促进钢的回火脆性。
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缩孔与疏松
• 钢材在锻造和轧制过程中，疏松情 况可得到很大程度的改善，但如由 于原钢锭的疏松较为严重、压缩比 不足等原因，则在热加工后较严重 的疏松仍会存在。右图所示为ZCrl3 钢热轧后退火仍有黑色小点显示的 中心疏松。此外，如原钢锭中存在 着较多的气泡，而在热轧过程中焊 合不良，或沸腾钢中的气泡分布不 良，以致影响焊合，亦可能形成疏 松。
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缩孔与疏松
• 疏松的危害性，主要有以下几种。 ① 在铸件中，由于疏松的存在，显著降低其力学性能，可能使 其在使用过程中成为疲劳源发生断裂。此外，在用作液体容器 或管道的铸件中，有时会存在基本上相互连接的疏松，以致不 能通过水压试验，或在使用过程中发生渗漏现象。 ② 钢材中如存在疏松，亦会降低其力学性能，但因在热加工过 程中一般能减少或消除疏松，故疏松对钢材性能的影响比铸件 的小。 ③ 金属中存在较严重的疏松，对机械加工后的表而粗糙度有一 定的影响。
气泡与白点
• 气泡的有害影响 ① 气泡减少金属铸件的有效截面，由于其缺口效应，大大 降低了材料的强度。 ② 当铸锭表面存在着气泡时，在热锻加热时它们可能被氧 化，以致在随后的锻压过程中不能焊合而形成细纹或裂缝。 ③ 在沸腾钢及某些合金中，由于气泡的存在还可能产生偏 析，导致裂缝。
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