材料失效的形式和机理分类
失效和失效形式的分类
第1章失效和失效形式的分类1第1章 失效和失效形式的分类机械构件或机械制品在实际使用过程中，由于载荷、温度、介质等力学及环境因素的作用，以磨损、腐蚀、断裂、变形等方式失效，这给国民经济带来极大的损失，严重的失效事故甚至会造成人身伤亡。
失效分析的目的是确定失效性质，查找失效原因，提出预防监控以及设计改进意见，避免和防止类似失效的重复发生。
失效分析工作对材料的正确选择和使用，促进新材料、新工艺、新技术和新结构的发展，对产品设计、制造技术的改进，对材料及零件质量检查、验收标准的制定，改进设备的操作与维护，以及促进设备监控技术的发展等方面具有重要作用。
1.1 失效的定义机械产品的零件或部件处于下列3种状态之一时，就可定义为失效：① 当它完全不能工作时；② 仍然可以工作，但已不能令人满意地实现预期的功能时；③ 受到严重损伤不能可靠而安全地继续使用，必须立即从产品或装备上拆下来进行修理或更换时。
机械产品及零部件常见的失效类型包括变形失效、损伤失效和断裂失效三大类。
机械产品及零部件的失效是一个由损伤、萌生、扩展（积累）直至破坏的发展过程。
不同失效类型其发展过程不同，过程的各个阶段的发展速度也不相同。
按照机械产品使用的过程，可将失效分为3类。
1．早期失效在使用初期，由于设计和制造上的缺陷而诱发的失效，称为早期失效。
因为使用初期，容易暴露上述缺陷而导致失效，因此失效率往往较高，但随着使用时间的延长，其失效率则很快下降。
假若在产品出厂前即进行旨在剔除这类缺陷的过程，则在产品正式使用时，便可使失效率大体保持恒定值。
2．随机失效在理想的情况下，产品或装备发生损伤或老化之前，应是无“失效”的。
但是由于环境的偶然变化、操作时的人为差错或者由于管理不善，仍可能产生随机失效或称偶然2 材料成型缺陷及失效分析失效。
偶然失效率是随机分布的，其值很低而且基本上是恒定的。
这一时期是产品的最佳工作时间。
3．耗损失效经过随机失效期后，产品中的零部件已到了寿命后期，于是失效开始急剧增加，这种失效叫作耗损失效或损伤累积失效。
1第一章 零件的失效
摩擦分类 形成良好润滑的措施
磨损分类 减少磨损的途径 减轻腐蚀的措施
一、零件失效的含义及基本形式 1.含义： 零部件失去原设计所规定的功能称为失效。失效不仅 是指完全丧失原定功能，而且还包含功能降低和有严 重损伤或隐患、继续使用会失去可靠性和安全性的零 部件。 2.失效的基本形式 零部件按失效模式分类可分为磨损、疲劳断裂、 变形、腐蚀等； 一个零件可能同时存在几种失效模式或失效机理。
4.混合摩擦
• 当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时， 就会出现液体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存 在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。
三、减少摩擦的有效措施—润滑 1.润滑剂及主要性能
（1）润滑油：有机油、矿物油、合成油 性能指标：1）粘度 2）油性 3）凝点 4）闪点 和燃点 5）极压性能 6）氧化稳定性 （2）润滑脂： 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑 脂 性能指标： 1）针入度 2）滴点 3）安定性 （3）固体润滑剂 ：石墨、二硫化钼、氮化硼 蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂
• ２、按断口的微观特征分 • 晶间断裂 • 穿晶断裂 • ３、按零件断裂前所承受的载荷性质分 一次加载断裂 疲劳断裂
二、疲劳断裂
特点：零件破坏时的应力远低于零件材料 的抗拉强度，甚至低于材料的屈服强度 表现：脆性断裂
疲劳断裂失效机理： 金属零件疲劳断裂实质上是 一个累计损伤过程。大体可划分 为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩 展、宏观裂纹扩展、最终断裂几 个过程。
（4）腐蚀磨损
形成：摩擦表面与酸、碱、盐、接触发生腐蚀， 在有相对运动时表面金属剥落形成腐蚀磨损。 影响因素：环境、润滑油的腐蚀性。
分类：氧化磨损、微动磨损、化学腐蚀磨损
①氧化磨损
氧化磨损是金属与空气中的氧作用形成氧化膜， 氧化膜被磨损形成氧化磨损。是最常见的一种 磨损形式，曲轴轴颈、气缸、活塞销、齿轮啮 合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化 磨损。与其它磨损类型相比，氧化磨损具有最 小的磨损速度，有时氧化膜还能起到保护作用； 影响因素：影响氧化磨损的因素有滑动速度、 接触载荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、 润滑条件以及材料性能等。
第一章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与其机理在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺与装配等各种原因，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外表相互接触并发生相对运动时，由于粘着作用，接触外表的材料从一个外表转移到另一个外表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外表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外表材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和别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响或电化学反响，引起金属外表的腐蚀产物剥落，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、微动磨损两个接触外表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，因而往往易被无视。
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。
第三章 模具失效形式及机理
本章学习目标：
1、掌握模具失效主要形式
2、掌握磨损失效形式、失效机理以及影 响因素 3、掌握断裂失效形式、失效机理以及影响 因素 4、掌握塑性变形失效失效机理以及多种失 效形式的交互作用
模具的主要失效形式：
1.磨损失效 2.断裂失效 3.塑性变形失效
失效几率
早期失效
随机失效
图1-1 寿命特性曲线
耗损失效 使用时间
第一节 磨损失效
磨损：由于表面的相对运动，从接触表面 逐渐失去物质的现象。
磨损失效： 模具在服役时，与成形坯料接 触，产生相对运动，造成磨损。当该磨损使 模具的尺寸发生变化，或改变了模具的表面 状态使之不能继续服役时。
磨损的分类：
1.磨粒磨损(particle wear) 2.粘着磨损(adhesive wear) 3.疲劳磨损(fatigue wear) 4.气蚀和冲蚀磨损(cavitation erosion and wash-out wear)
图3-9 压力对磨损量的影响
d.磨粒尺寸与工件厚度的比值
工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入 越深，对模具的磨损越小。
磨粒 工件
( a) dm<t (b) dm=t (c) dm>t
图3-10 磨粒尺寸与工件厚度相对比值对磨损量的影响
提高耐磨粒磨损的措施 ： a.提高模具材料的硬度 b.进行表面耐磨处理 c.采用防护措施
图3-8 相对硬度对磨损量的影响
当Hm=Ho时，如II区，为磨损软化状态， 此时的磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>Ho 时，如III区， 为严重磨损状 态，此时磨损 量较大，曲线 趋平。
图3-8 相对硬度对磨着模具与工件表面压力的增加，磨粒压入 模具的深度增加，磨损越严重。但当压力达到 一定值后，磨粒棱角变钝，磨损增加趋缓。
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结塑封器件（Plastic Encapsulation Device，PED）是指使用塑料作为封装材料的电子器件。
由于其低成本、轻量化、易加工等优势，塑封器件被广泛应用于各种电子设备中。
然而，塑封器件也存在一些常见的失效模式，本文将对这些失效模式及其机理进行分析总结。
1.温度失效：在高温环境下，塑封器件的封装材料容易发生老化和变形，导致器件性能下降或失效。
该失效模式的机理主要是材料的热老化，其中塑料封装材料中的添加剂如稳定剂、防护剂等会因长时间高温作用而分解或迁移，导致封装材料的物理和化学性质的变化。
2.湿气失效：湿气失效是指器件在高湿环境中发生导电路径或绝缘破坏而失效。
该失效模式的机理主要是由于湿气中的氧化物、离子等与器件内部的金属导线、介质等发生化学反应，导致电阻降低、绝缘性能下降。
3.机械失效：机械失效是指塑封器件在受到机械应力、振动等外力作用下，发生封装裂纹、金属引脚断裂等损坏而失效。
该失效模式的机理主要是由于材料的强度不足、结构设计不合理等导致的。
4.电气失效：电气失效是指器件在使用过程中发生电性能下降或功能失效。
该失效模式的机理主要包括电极与封装材料之间的接触不良、氧化等导致电阻增加；电容器内部介质的老化和损坏导致容量减小或绝缘性能下降等。
5.化学失效：化学失效是指塑封器件在受到化学物质（酸、碱、溶剂等）侵蚀或与化学物质发生反应而失效。
该失效模式的机理主要是材料与化学物质发生化学反应，导致封装材料的物理性质变化或金属导线的腐蚀等。
针对上述失效模式，可以采取以下措施来减少或避免塑封器件的失效：1.选择合适的封装材料，考虑其在高温、高湿等环境下的稳定性和耐候性。
2.优化封装结构设计，增强塑封器件的抗机械振动和应力能力，避免封装裂纹和金属引脚断裂等机械失效。
3.采取防湿措施，如封装材料添加防湿剂、采用防潮包装等，以防止湿气失效的发生。
4.优化金属电极的表面处理和封装材料的加工工艺，提高接触质量和电阻、容量的稳定性，减少电气失效的可能。
材料的断裂失效形式与机理
第二章 材料的断裂失效形式与机理
2.5 硬度（hardness） ● 材料抵抗表面局部变形的能力叫硬度
材料的硬度与抗拉强度、弹性模量等有一定的关 联性，对材料的加工、磨损都有重要影响。
测试方法常有三种：压痕法、回跳法和刻痕法。
1. 布氏硬度HB（Brinell hardness）
布氏硬度是用一定载荷P，将淬火钢球压头压入被 测材料表面，保持一定时间后卸载，根据压入的直径d 的压痕面积A（图2-12）来获得。计算式为:
洛氏硬度可以直读，操作方便，适用广泛，可测 量低硬度和高硬度的金属材料。但洛氏硬度载荷大， 标尺不统一，不适用于测定硬而脆的薄层。薄层材料 一般采用维氏硬度测定。
表 2-1 三种类型的洛氏硬度值及应用
K 0.2 0.26 0.2
第二章 材料的断裂失效形式与机理
3. 维氏硬度HV（Vickers hardness）
3. 断口分析内容 断口分析一般涉及宏观分析和微观分析。
（1）宏观分析 用肉眼、放大镜或体视显微镜对断口进行直接观察，
依据断口的宏观形貌，初步确定失效模式和断裂起裂点， 为深入分析和判明失效原因提供依据。
（2）微观分析 采用多种分析仪器对断口进行观察和分析。一般采
用扫描电镜 (SEM) 和能谱仪（EDS），初步观察断口的 微观形态、确定材料成分，为后续所需的深度分析比如表 面分析如XPS、AES、SIMS等指明方向，厘清失效机理。
显微硬度的压头形状与维氏硬度一样，只是体积 小、载荷小，小到仅有几十克至几百克,。例如，10g、 50g、100g、200g。其压痕长度以微米表示，计算 公式为：
HVP＝1854.4P/d2 其中，P是g，d是μm。
(2-9)
第二章 材料的断裂失效形式与机理
聚合物材料的力学性能与失效分析
聚合物材料的力学性能与失效分析聚合物材料在现代工程中扮演着非常重要的角色。
由于其轻巧、可塑性强、成本低等优点，聚合物材料已经广泛应用于汽车、航空航天、电子设备等行业。
然而，聚合物材料的力学性能与失效问题也日益引起人们的关注。
本文将从力学性能与失效机理两个方面分析聚合物材料。
聚合物材料的力学性能是工程材料的重要指标之一。
其力学性能直接影响着产品的安全性和可靠性。
聚合物材料的力学性能包括强度、刚度、韧性和耐磨性等方面。
首先，聚合物材料的强度是指其所能承受的外力作用下不发生破坏的能力。
强度的高低直接与材料的分子结构和交联程度有关。
一般来说，聚合物材料的强度较低，但是通过优化材料的结构和添加增强剂等方法，可以显著提高聚合物材料的强度。
其次，刚度是指材料对外力的响应程度，刚度高的材料在受力时变形较小。
聚合物材料的刚度与分子量和交联程度相关。
韧性则是材料抵抗断裂的能力，较高的韧性意味着材料具有较强的抗冲击和抗疲劳性能。
最后，耐磨性是指材料在受到摩擦和磨损作用时的耐久性能。
聚合物材料的耐磨性与摩擦系数、摩擦界面温度和材料硬度等因素相关。
聚合物材料的失效机理是研究材料失效的关键。
聚合物材料的失效主要包括断裂、疲劳和老化等形式。
首先，断裂是指材料在外力作用下发生破坏。
聚合物材料的断裂形式有很多种，常见的有拉伸断裂、剪切断裂和压缩断裂等。
拉伸断裂是材料承受拉力时发生的破坏，而剪切断裂则是材料在剪切力的作用下发生的破坏。
其次，疲劳是指材料在反复加载下产生可见的裂纹和破坏。
聚合物材料的疲劳性能主要与材料的弹性恢复能力和分子链结构有关。
较好的疲劳性能意味着材料在长期使用过程中不易发生疲劳破坏。
最后，老化是指材料由于环境因素的作用而逐渐失去使用性能。
聚合物材料的老化形式有光老化、热老化和化学老化等。
光老化是由于紫外线的照射使材料发生降解，热老化则是由于高温的作用使材料发生失效。
化学老化则是由于接触到化学物质而使材料发生变质。
材料腐蚀失效形式与机理
世界腐蚀损失巨大
1937年美国壳牌公司 (Shell Company) 推算出，世界 每年因腐蚀造成的金属材料损失至少1亿吨以上腐蚀损失 占各国GDP的2 - 4%。
我国腐蚀损失更惊人
据 2002年中国工程院咨询项目《中国工业和自然 环境腐蚀问题的调查和对策 》的统计，我国当年因腐蚀 造成的直接经济损失超过5000 亿元。2013 年7月， 某 院士说仅海洋腐蚀引起的经济损失，我国每年就超过1.5 万亿元人民币。
M＋ ＋Cl－→ MCl ( 点蚀坑内）
MCl ＋H2O →MOH ＋H＋ Cl－（点蚀坑外）
金属表面不均匀性，如划痕、凹陷、夹杂物等，往往是点 蚀的源点，介质中卤素离子和氧化剂（如溶解氧）同时存在时 容易发生点蚀，故氧化性氯化物如CuCl 2 、FeCl3 等是强烈的 点蚀剂。 钝化金属如 不锈钢、表面镀层金属 较易发生点蚀坑， 蚀坑小而深。 典型的点腐蚀形貌如图3-6 、图3-7 所示。
腐蚀机理和形式
2.1 腐蚀机理（corrosion mechanism）
腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所造成 的破坏（DIN 50900- 2002）。 按腐蚀反应机理，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀是指反应前后无电子转移，原子价数不发生增 减 ， 即反应过程没有电流的产生。 电化学腐蚀是材料表面与环境介质发生电化学反应而引 起的破坏。其特点是在腐蚀过程中有电流的产生， 反应前后 包含了电子转移、原子价数发生增减，这是典型的电化学反 应。
全面腐蚀和局部腐蚀
3.1 均匀腐蚀
均匀腐蚀是最普遍的腐蚀形式。 它是腐蚀介质均匀抵达 金属的各个表面上发生电化学反应, 宏观上表现为均匀减薄， 是典型的小阴极、大阳极 的腐蚀破坏形式。 电极反应 阳极 : Fe → Fen+ + ne ( 溶解） 阴极: : H2O +0.5O2 +2e → 2OH反应：Fe2+ +2OH- → Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O +O2 → 4Fe(OH)3 进一步反应： Fe2+→ Fe3++e Fe3++3H2O → Fe(OH)3 +3H+ H+ + H+ → H2 ↑
材料失效分析
所谓失效——主要指机械构件使用过程中由于尺寸、形状或材料的组织或性能发生变化而引起的机械构件不能完好完成指定功能或丧失原来设计功能的现象。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。
（3）现场记录及残骸的收集
断裂失效发生后，要求分析人员亲临现场，深入了解发生时的各种条件和事故过程。对于散落的碎片，均应观察其所处位置、环境、取向，经详细记录或摄影方可移动。同时还应注意损坏构件与其他构件之间的关系，并且记录。
收集碎片应尽可能齐全，尤其是首先断裂的部分。除沾着的腐蚀性介质应即时洗去，对端口上的其他物质，一般不处理，待进行详细断口观察后再处理。
实际情况中，要对实际失效进行全部模拟是很难做到的，但是对其中一个或者两个参数或参量进行模拟，还是可以办到的。
6.综合分析
失效分析进行到一定阶段，需要对各种检查和实验所得结果和基本实验数据进行全面的分析研究。
一般而言，可以从各种检测结果、实验数据和记录的综合分析中，得出失效分析的一种或几种主要原因，并且提出改进措施。
2.断口分析
断口分析是断裂失效分析的最重要的分析过程。
断口观察包括宏观和微观观察。
（1）断口的宏观观察
断口的宏观观察是指用肉眼、放大镜、光学显微镜及扫描电镜的低倍观察。
首先用肉眼或放大镜观察断裂构件的外貌，应特别注意构件碎片的表面观察，看看有无加工缺陷，是否存在应力集中地薄弱环节以及表面损伤。
接着，根据断口的宏观特征来确定裂纹源及裂纹的扩展方向。
材料失效分析
失效模式及失效机理分析
失效模式及失效机理分析失效模式及失效机理分析是一种通过对产品、系统或材料的失效模式、失效机理进行详细研究和分析，以揭示失效原因和发展规律的方法。
本文将介绍失效模式及失效机理分析的基本概念、步骤和应用，以及在工程领域中的重要性。
一、概述失效模式及失效机理分析是一种系统的工程手段，用于了解产品、系统或材料的可能的失效模式及其发展机理。
通过对失效模式和失效机理的分析，人们可以深入了解失效的根本原因，进而进行相应的改进和预防措施，以提高产品、系统或材料的可靠性和性能。
二、失效模式分析的步骤1. 收集相关信息：首先，需要收集与失效相关的各种信息，如产品手册、设计文件、实验数据等，以了解产品或系统的设计特点、工作条件和应用环境等。
2. 定义失效模式：在收集了足够的信息后，需对可能的失效模式进行分类和定义，即根据失效的表现形式和特点，将其归为不同的类型，并明确每种类型的定义和描述。
3. 分析失效机理：针对每种失效模式，需要进一步分析其可能的失效机理。
失效机理是指导致产品或系统失效的根本原因，通过深入研究和探究失效机理，可以揭示失效的本质和规律。
4. 实施试验和测试：为了验证对失效模式和失效机理的分析结果，需要进行相应的试验和测试。
通过实验和测试，可以模拟实际工作条件下的失效情况，并获取相关的数据和结果。
5. 数据分析和结果展示：通过对试验和测试数据的分析，可以得出关于失效模式和失效机理的结论，并将其以适当的方式进行展示，如图表、曲线等。
这些结果可以提供给工程师和设计师，以便他们进行相应的改进和优化。
三、失效模式及失效机理分析的应用失效模式及失效机理分析在工程领域中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用示例：1. 产品设计和改进：通过对产品的失效模式和失效机理进行分析，可以提供给设计师有关产品性能和可靠性的重要信息，指导产品的设计和改进工作。
2. 故障预防和维修指导：通过对系统或设备的失效模式和失效机理进行分析，可以帮助工程师预测和防止可能出现的故障，并提供相应的维修和保养指导。
探讨材料老化对失效机制的影响机理
探讨材料老化对失效机制的影响机理一、材料老化概述材料老化是指在自然环境或使用过程中，由于受到温度、湿度、光照、氧气、微生物等因素的影响，材料的物理、化学和力学性能逐渐下降，最终导致材料性能劣化和使用寿命缩短的现象。
材料老化是一个复杂的过程，涉及到材料内部结构的变化和外部环境因素的共同作用。
材料老化对失效机制的影响机理是材料科学研究中的一个重要课题，它对于提高材料的使用寿命和可靠性具有重要意义。
1.1 材料老化的类型材料老化可以分为多种类型，主要包括热老化、光老化、氧化老化、生物老化和机械老化等。
热老化是由于高温环境导致材料内部结构变化，如聚合物的热降解、金属的蠕变等。
光老化是由于光照，特别是紫外线的照射，导致材料表面发生光化学反应，如塑料的光降解、涂料的光褪色等。
氧化老化是由于氧气的作用，导致材料发生氧化反应，如橡胶的氧化硬化、金属的锈蚀等。
生物老化是由于微生物的作用，导致材料发生生物降解，如木材的腐烂、塑料的生物降解等。
机械老化是由于机械应力的作用，导致材料内部结构发生疲劳破坏，如金属的疲劳断裂、塑料的裂纹扩展等。
1.2 材料老化的影响因素材料老化的影响因素众多，主要包括环境因素、材料因素和使用条件等。
环境因素包括温度、湿度、光照、氧气、微生物等，这些因素会加速材料的老化过程。
材料因素包括材料的化学组成、分子结构、结晶度、相结构等，这些因素决定了材料对老化因素的敏感性。
使用条件包括载荷、频率、应力状态等，这些条件会影响材料的老化速率和失效模式。
二、材料老化对失效机制的影响材料老化对失效机制的影响主要表现在以下几个方面：2.1 材料性能的劣化随着材料的老化，其物理、化学和力学性能会逐渐劣化。
例如，聚合物材料的强度、韧性和延展性会降低，金属的硬度和强度会下降，陶瓷的断裂韧性会减少。
这些性能的劣化会导致材料在使用过程中更容易发生失效。
2.2 材料结构的变化材料老化过程中，其内部结构会发生显著变化。
例如，聚合物材料会发生分子链断裂、交联和结晶度变化，金属材料会发生晶粒粗化、相变和析出物形成，陶瓷材料会发生晶界迁移和相变。
机械零部件失效机理与分析
机械零部件失效机理与分析引言机械零部件是构成机械设备重要组成部分，其失效可能导致设备无法正常运行，给生产和工作带来不利影响。
因此，理解机械零部件失效的机理并能进行合理的分析和预防措施对于保障设备的稳定运行至关重要。
本文将探讨机械零部件失效的机理和分析方法。
一、机械零部件失效的机理机械零部件失效的机理主要包括以下几个方面。
1.疲劳失效在机械装置中，通常会不断受到交变的载荷作用，使得零部件产生应力和应变的变化。
长时间内反复交替的应力作用会导致疲劳失效。
疲劳裂纹的产生和扩展是疲劳失效的重要原因。
2.磨损失效磨损失效是机械零部件常见的一种失效形式，主要包括磨粒磨损、磨磨损和疲劳磨损等。
机械零部件由于长时间的摩擦会出现表面变得粗糙，导致零部件之间的相互接触面积增大，从而加速磨损过程。
3.材料腐蚀机械零部件在工作过程中，可能会受到一些介质的侵蚀，导致材料表面的腐蚀和损害。
腐蚀会使材料表面产生裂纹和孔隙，降低其强度和耐久性，最终导致失效。
4.过载失效过载失效是指机械零部件在超出其正常工作范围的载荷作用下发生力学性能的突然变化，从而导致零部件失常甚至破裂。
过载失效通常发生在突发事件或设计错误等情况下。
二、机械零部件失效的分析为了准确分析机械零部件失效的原因，可以采取以下方法。
1.外观检查首先进行外观检查，检查零部件的外观是否有裂纹、变形或腐蚀等情况。
通过观察表面痕迹和形貌，可以初步判断零部件可能的失效原因。
2.材料分析通过对零部件材料的成分分析和显微组织观察，可以判断材料的性能是否符合要求，是否有明显的缺陷或异物存在。
这对于进一步了解零部件失效的原因非常重要。
3.断裂分析如果零部件发生断裂，可以进行断裂分析，分析其断口的形貌和特征。
通过断口分析，可以了解断裂发生的形式，如韧性断裂、脆性断裂等，从而进一步判断失效原因。
4.力学性能测试针对机械零部件的失效，可以通过力学性能测试来检测零部件的强度、硬度和韧性等参数。
失效机理类型
失效机理类型失效机理是指产品或设备在正常使用过程中因各种原因导致功能无法正常运行或损坏的过程。
失效机理有很多不同的类型，包括机械失效、热失效、化学失效、电子失效等。
本文将重点讨论这些类型的失效机理。
机械失效是一种常见的失效机理，指的是由于受到外部或内部力的影响，导致产品或设备的机械部件不能正常工作。
机械失效可能是由材料疲劳、断裂、腐蚀、磨损等引起的。
例如，金属材料在长期受力的情况下容易发生疲劳断裂，机械设备的重要零部件经过长时间的使用和震动，可能导致裂纹产生，并最终引发断裂。
为减少机械失效的发生，可以采取定期维护、替换磨损部件、增强结构设计等措施。
热失效是指产品或设备在高温或低温条件下，导致材料结构、性能或功能的不可逆变化。
高温条件下，材料可能会发生熔化、软化、氧化等变化，导致功能失效。
低温条件下，材料会引起冷脆或冷疲劳等问题。
热失效可能会导致设备的性能下降、损坏或甚至完全失效。
为避免热失效，可以使用高温抗性材料、冷却系统等。
化学失效是指产品或设备在与化学物质接触后，引起材料或化学反应产生的物质变化，从而导致功能丧失或损坏。
化学失效可能是由于腐蚀、氧化、膨胀或溶解等反应引起的。
例如，金属与酸或碱接触后，可能发生腐蚀，导致金属的性能下降。
为防止化学失效，可以选择耐酸碱的材料、防护涂层等。
电子失效是指产品或设备中的电子元件（如电阻、电容、晶体管等）在使用过程中发生故障，导致设备无法正常工作。
电子失效可以是由于元件老化、电压过高或过低、电路连接不良等原因引起的。
为防止电子失效，可以进行定期检测、维护和更换电子元件。
此外，合理设计和制造电子产品也能减少电子失效的风险。
总之，失效机理是产品或设备不能正常工作或损坏的原因。
机械失效、热失效、化学失效和电子失效是常见的失效机理类型。
了解失效机理对于预防、检测和修复失效是非常重要的。
通过采取适当的预防和维护措施，可以最大限度地延长产品或设备的使用寿命，并确保其正常运行。
碳碳坩埚失效机理
碳碳坩埚失效机理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：碳碳坩埚的主要失效机理可分为热应力失效、氧化失效和抗拉强度失效三种类型。
热应力失效是碳碳坩埚常见的失效机理之一。
在高温环境下，碳素材料会受到热膨胀的影响，导致碳碳坩埚产生应力，从而发生开裂、脱落等失效现象。
特别是在急剧变化的温度环境下，热应力失效更容易发生。
为了减轻热应力造成的损害，可以采用陶瓷短纤维增强技术、降低坩埚的热导率等方法来改善热应力失效。
氧化失效也是碳碳坩埚失效的重要原因之一。
碳碳材料在高温下易与氧气发生反应，形成氧化物，使其耐高温性能降低。
尤其是在氧气环境下，碳碳坩埚的氧化速度更快。
为了减少氧化失效，可以对坩埚表面进行氧化屏障涂层处理、改变工作环境气氛、减少氧含量等方法来提高其耐氧化性能。
抗拉强度失效是碳碳坩埚失效的一种常见形式。
在高温加载下，碳碳材料的抗拉强度会受到影响，导致坩埚出现裂纹、破裂等失效现象。
为了提高碳碳坩埚的抗拉强度，可以优化材料制备工艺、提高材料的热处理温度等方法来增强其机械性能。
碳碳坩埚在使用过程中会受到多种失效机理的影响，限制了其性能和寿命。
针对以上失效机理，可以通过优化设计、改进工艺、选用合适的材料等手段来提高碳碳坩埚的性能和使用寿命，从而更好地满足高温环境下的工业需求。
希望通过不断地研究和改进，能够为碳碳坩埚的应用提供更好的解决方案，推动其在工业领域的发展与应用。
【字数不够，已截止】第二篇示例：碳碳坩埚是一种高温耐火材料，通常用于高温物质的熔炼和燃烧过程中。
即使是这种高温耐火材料也会随着使用时间的增长逐渐失效。
碳碳坩埚失效的机理是一个复杂的过程，涉及到许多因素，包括材料的化学成分、微观结构、热物性等。
碳碳坩埚失效的主要机理之一是氧化。
高温下，碳碳坩埚会与空气中的氧气反应，形成一层氧化物。
这层氧化物会降低坩埚的耐高温性能，使其在高温下容易发生烧蚀和破裂。
氧化还会改变坩埚的热导性能，影响其传热效率。
碳碳坩埚在高温下会发生热膨胀，导致其微观结构发生变化。
材料失效分析
材料失效分析一、名词解释1.缝隙腐蚀：由于金属表面与其他金属或非金属表面形成狭缝或间隙，并有介质存在时在狭缝内或近旁发生的局部腐蚀称缝隙腐蚀。
2.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。
3.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称这种断裂为解理断裂。
4.解理：一般而言，如果某种矿物的晶体，在有些方向上比较脆弱、容易“受伤”，破裂面通常就沿着脆弱的方向裂开，并且表面平整光滑，这种破裂面的性质被称为解理。
5.磨损：相互接触并作相对运动的物体由于机械、物理和化学作用，造成物体表面材料的位移及分离，使表面形状、尺寸、组织及性能发生变化的过程。
6.冲蚀磨损：亦称浸蚀磨损，它是指流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。
7.粘着磨损：也称咬合（胶合）磨损或摩擦磨损。
是相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转移到另一表面的一种现象8.失效：是指产品因微观结构和外观形态发生变化而不能满意地达到预定的功能。
根据其严重性，失效也可称为事件、事故或故障。
9.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。
10.应力腐蚀：主要是金属材料在特有的合金材料环境下，由于受到应力或者特定的腐蚀性介质影响，产生的一种滞后开裂或滞后断裂的腐蚀性破坏现象。
11.氢脆：由于氢导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂，也称为氢致断裂。
12.蠕变：金属材料在外力作用下，缓慢而连续不断地发生塑性变形的现象。
13.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
二、单选题&三、判断题1.失效类型：初期失效、随机失效、耗损失效。
第四章 材料的磨损失效形式与机理
（a）微观犁沟
（b）微观切削
（c）微观断裂(剥落)
图4-4 三种不同的磨粒磨损形貌
第四章 材料的磨损失效形式与机理
● 磨粒磨损的宏观形貌
（a） 磨痕条
（b）切削犁沟
图4-5 典型磨粒磨损的失效形貌
第四章 材料的磨损失效形式与机理
4.3 粘着磨损（adhesive wear）
● 定义：两个相对运动的接触表面，由于分子间的吸引
第四章 思考题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
什么叫磨损？它和腐蚀和断裂有什么不同？ 磨损具有多学科交叉的特点，请概要说明它们之间的相互关系。 磨损的外部条件和内部条件一般有哪些？ 水是好的润滑剂吗？好的润滑剂应具有什么特性？ 什么叫磨粒磨损？它的基本特征是什么？其失效机制有哪些？ 粘着磨损是什么？ 它与磨粒磨损有什么区别？ 什么样的固体材料具有最低的摩擦系数，因而它常被用作为 润滑脂、润滑油中的添加剂？ 8. 什么叫冲蚀磨损 ？为什么冲蚀磨损一般的磨损要严重得多？ 9. 微动磨损有哪些特点？试举出二个实例说明由微动磨损引起 的构件失效。 10. 什么叫气蚀？它与局部腐蚀在本质上有什么不同？ 11. 为什么缝纫机的针头会发热？应该使用什么材料来制造？ 怎样才能将温度降低到最低？
● 防止措施 提高材料的耐磨耐蚀性（三元复合管） 流体介质的中和处理 适当减低流体的流速
第四章 材料的磨损失效形式与机理
4.8 气蚀 （cavitation） ● 当液流局部区域的压力减小时，将发生“气泡”， 这种现象大都出现在高速流动且有局部搅动的水力机 械的过流部件中。“气泡”的萌生、长大、溃灭将使 限流部件的表面受到破坏。
（a）气伤过程 和形貌
第四章 材料的磨损失效形式与机理
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结一般塑封器件的失效可分为早期失效和使用期失效，前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致，可通过常规电性能检测和筛选来判别。
后者则是由器件的潜在缺陷引起的，潜在缺陷的行为与时间和应力有关，经验表明，受潮、腐蚀、机械应力、电过应力和静电放电等产生的失效占主导地位。
1 失效模式及其机理分析塑封器件，就是用塑封料把支撑集成芯片的引线框架、集成芯片和键合引线包封起来，从而为集成芯片提供保护。
塑封器件封装材料主要是环氧模塑料。
环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，再加上一些填料，如填充剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂等微量组分，在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应，产生交联固化作用使之成为热固性塑料。
塑封材料不同于陶瓷材料和金属材料，它是一种高分子复合材料，其固有的有机大分子结构，使其本身存在较高的吸湿性，是一种非气密性封装。
塑封材料主要失效模式为：开路，短路，参数漂移，烧毁。
由于塑封器件是非气密性封装，在封装方面就存在一些缺点，最主要的缺点就是对潮气比较敏感。
受潮。
塑封材料会从环境中吸收或吸附水气，特别是当塑封器件处于潮湿环境时，会吸收或吸附较多的水气，并且在表面形成一层水膜。
受潮是塑封器件的很多失效机理如腐蚀、爆米花效应等的诱因。
腐蚀。
对塑封器件而言，湿气渗入是影响其气密性导致失效的重要原因之一。
湿气渗入器件主要有两条途径：（1）由于树脂本身的透湿率与吸水性，水气会直接通过塑封料包封层本体扩散到芯片表面；（2）通过塑封料包封层与金属框架间的间隙，然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。
当湿气通过这两条途径到达芯片表面时，在表面形成一层导电水膜，并将塑封料中的Na+、CL－离子也随之带入，在电位差的作为下，会加速对芯片表面铝布线的电化学腐蚀，最终导致电路内引线开路。
随着电路集成度的不断提高，铝布线越来越细，因此，铝布线腐蚀对器件寿命的影响就越发严重。
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化学
失效机理
韧断及脆断 疲劳断裂
应力腐蚀断裂 腐蚀疲劳断裂 蠕变断裂、液态金属
脆化 腐蚀 氢损伤 磨损 微动磨损、液体冲刷 失效 磨蚀 变形 物理性能降级
材料失效的形式和机理分类
材料在使用过程中，由于变形、断裂、腐蚀、磨损和烧损等原因，已经失去了原设计赋 予的效能。由此材料失效的分析在于考察失效的机制、考察原因、方式、工况条件和环境介 质的影响以及后果。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
失效形式
断裂
腐蚀 磨损 变形 物理性能降级
主要因素
力学
化学 力学 力学 电、磁、声或光学
协助因素 恒载