失效分析复习材料

失效分析复习材料材料05-3

第一章

1、失效：当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效

失效的三种情况：

（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。

2、失效分析Failure Analysis：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。

第二章

1

2

设计问题;材料选择上的缺点;加工制造及装配中存在的问题;不合理的服役条件。

3、残余应力的产生：

（1）热处理残余应力（2）焊接残余应力（3）表面化学热处理引起的残余应力（4）电镀引起的残余应力（5）切削加工残余应力（6）铸造残余应力

4、残余应力影响：

对静强度的影响；对硬度的影响；对疲劳强度的响（一般，当承受交变应力的构件存在压缩残余应力时，构件的疲劳强度提高；当存在拉伸残余应力时，构件的疲劳强度下降。）；对脆性破坏和应力腐蚀开裂的影响。

5、消除残余应力的方法：

（1）去应力退火（2）回火或自然时效处理（3）加静载（或动载）（4）火焰烘烤法

第三章

1、材料失效分析的步骤：

1，调查失效事件的现场2，收集背景材料3，深入研究分析4，综合归纳所有信息并提出初步结论5，重现性试验或证明试验6，确定失效原因并提出建议措施7，写出分析报告等内容。

2、不同断口的处理方法：

（1）在干燥大气中断裂的新鲜断口防止锈蚀，防止手指污染断口及损伤断口表面；（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。（4）在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要。

3、断口分析的任务：

（l）确定断裂的宏观性质。塑性断裂/脆住断裂/疲劳断裂等。

（2）确定断口的宏观形貌。纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等

（3）查找裂纹源区的位置及数量。裂纹源区的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源区的数目，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等；

（4）确定断口的形成过程。裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如何等；

（5）确定断裂的微观机制。解理型/准解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；

（6）确定断口表面产物的性质。断口上有无腐蚀产物或其他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。

4、主断面的宏观判断方法：

所谓主断面就是最先开裂的断裂面

（1）利用碎片拼凑法确定主断面；（2）按照“T”型汇合法确定主断面或主裂纹；（3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹。

5、断裂源区的判断方法：

裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位。

（1）利用断口上的“三要素”特征确定裂纹源区；（2）利用断口上的“人”字纹特征确定裂纹源区；（3）根据断口上的放射花样确定裂纹源区；（4）根据断口上的“贝纹”线确定裂纹源区。（5）将断开的零件的两部分相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源；（6）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区——氧化色（程度），锈蚀情况，油污等；

（7）断口表面的损伤情况碰撞，摩擦等；（8）断口的边缘情况剪切唇，毛刺等。

6、解理型断裂，微孔型断裂的形貌特点

（1）解理断裂解理断裂的特点：解理断裂是正应力作用下金属的原子键遭到破坏而产生的一种穿晶断裂。其断裂的特点是，解理初裂纹起源于晶界、亚晶界或相界面并严格沿着金属的结晶学平面扩展，其断裂单元为一个晶粒尺寸。断口形貌特征：河流花样及解理台阶。

（2）微孔型断裂微孔型断裂，又叫微孔聚集型断裂，它是指塑性变形起主导作用的一种延性断裂。微孔型断裂的微观电子形貌呈孔坑、塑坑、韧窝、迭波花样。在孔坑的内部通常可以看到第二相质点或其脱落后留下的痕迹，这是区别断裂的主要微观特征。

第四章

1、腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的区别P192表格

应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）系金属在应力（残余应力、热应力、工作应力等）和腐蚀介质共同作用下，而引起的一种破坏形式。在静拉应力作用下金属的腐蚀破坏，一般称为应力腐蚀开裂；而在交变应力

2、氢致断裂：由于氢而导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂，称为氢致断裂，又称氢脆。

3、氢进入金属材料的途径：

（1）金属材料基体内残留的氢：冶炼、焊接、熔铸

（2）金属材料在含氢的高温气氛中加热时，进入金属内部的氢

（3）金属材料在化学及电化学处理过程中，进入金属内部的氢

（4）金属构件在运行过程中，环境也可提供氢

4、氢致脆断的类型：

（1）溶解在金属基体中的氢原子析出并在金属内部的缺陷处结合成分子状态，由此产生的高压，使材料变脆。

钢中的“白点”即属于此种类型。

（2）由环境气氛中的氢在高温下进入金属内部，并夺取钢中的碳形成甲烷，使钢变脆。

（3）固溶氢引起的可逆性氢脆。机械零件通常发生的氢致断裂，一般属于此种氢脆。

（4）固溶氢引起的氢脆

5、氢致脆断的断口形貌特征：

（1）宏观断口齐平，为脆性的结晶状，表面洁净呈亮灰色；

（2）微观断口沿晶分离，晶粒轮廓鲜明，晶界有时可看到变形线（呈发纹或鸡爪痕花样）；应力较大时也可能出现微孔型的穿晶断裂。

（3）显微裂纹呈断续而弯曲的锯齿状。

（4）在应力集中较大的部位起裂时，微裂纹源于表面或靠近缺口底部。

（5）对于在高温下氢与钢中碳形成CH4气泡导致的脆性断裂，断口表面具有氧化色及晶粒状。

（6）氢化物致脆断裂，也属沿晶型的。在微观断口上可看到氢化物第二相质点。

第五章

1、疲劳断口的宏观形貌:P149图（自己看书，这是画图题）

2、疲劳断裂失效的一般特征：

疲劳断裂的突发性；疲劳断裂应力很低；疲劳断裂是一个损伤积累的过程；疲劳断裂对材料缺陷的敏感性；疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性。

3、疲劳断裂原因：

零件的结构形状不合理；表面状态不良；材料及其组织状态；装配与联接效应；使用环境；载荷频谱。

4、疲劳断裂的预防措施：

延缓疲劳裂纹萌生的时间；降低疲劳裂纹的扩展速率；提高疲劳裂纹门槛值的长度（ K th）；

第六章

1、磨损失效的类型：

机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。

（1）粘着磨损（2）磨料磨损（3）疲劳磨损（4）腐蚀磨损（5）冲蚀磨损（6）微动磨损

2、腐蚀失效的基本类型：

点腐蚀失效；缝隙腐蚀失效；晶间腐蚀失效；接触腐蚀失效；空泡腐蚀失效；磨耗腐蚀失效。

第七章金属构件加工缺陷及失效：

1、铸造加工：

1、冷隔冷隔是存在于铸件表面或表皮下的不连续组织，是由两股未能相互融合的金属液流汇合所形成的不规则线性缺陷

2、气孔金属在熔融状态溶解大量气体，在冷凝过程中，绝大部分气体逸出，残余的少量气体则在金属构件内部形成气孔或称为气泡。

3、针孔溶解于合金液中的气体在凝固过程中析出时，因某种原因而残留在铸件形成的针状孔洞，是小于或等于1毫米的小气孔。

4、缩孔由于金属从液态至固态的凝固期间，产生的收缩得不到充分补缩，使铸件在最后凝固部位形成具有粗糙的或粗晶粒表面的孔洞，一般呈倒锥形。

5、疏松铸件组织不致密，存在着细小且分散的孔穴称为疏松（或缩松）。

6、夹杂物固态金属基体内的非金属物质。铸件中常见的夹杂物包括耐火材料、熔渣、熔剂、脱氧产物及铸造金属氧化物等的颗粒，一般又可分为硫化物、氧化物、氮化物和硅酸盐等。

7、偏析合金在冷凝过程中，由于某些因素导致的化学成分不一致称为偏析。

8、热裂纹热裂纹发生在金属完全凝固之前，在固相线附近的液固共存区，由于收缩受阻而形成的裂纹。该裂纹常常延伸到铸件表面，暴露于大气之中，受到严重氧化和脱碳或发生其它大气反应。

9、冷裂纹冷裂纹发生在金属凝固之后，由于冷却时所形成的热应力、组织应力及搬运、清理、校正时的热振作用而产生。

2、锻造加工：

1、折叠锻件一部分表面金属折入锻件内部、使金属形成重叠层缺陷，称为折叠。

2、分层锻件金属局部不连续而分隔为两层或多层称为分层。

3、锻入的氧化皮一般情况下，金属表面极易氧化，尤其在锻造加热过程中，极易形成表面氧化皮。

4、流线不顺锻件流线不沿零件主要轮廓外形分布，严重时会形成涡流，穿流或紊流流线

5、裂纹锻件内部的裂纹有两种类型：内部纵向裂纹和内部横向裂纹。

6、过热与过烧金属坯加热温度超过始锻温度，或在高温下长时间保温，致使奥氏体晶粒迅速长大，或终锻温度过高而剩余变形量(剩余锻造比)又小，这时高温引起的晶粒长大，不能由剩余变形量对晶粒的破碎作用所抵消，因而形成粗晶粒组织的现象，称为过热。过热钢锻件，断面粗糙灰暗，属沿晶断裂，高速钢锻件，断口晶粒粗大，有金属光泽，属穿晶断裂。锻件加热温度接近熔点温度，或长时间在氧化性气氛的高温炉中保温，不仅使奥氏体晶粒极为粗大，而且炉中的氧以原子形式渗入晶界处，使Fe，S等元素氧化，形成低熔点的氧化物或共晶体，造成晶界早期熔化，破坏了晶粒间的联系，这种现象称为过烧或烧毁。过烧的钢在锻造时一触即裂，裂口宽大，裂纹沿晶扩展，两侧严重氧化脱碳，沿晶界形成网状氧化物夹杂及脱碳组织。

3、焊接加工：

1、焊接裂纹焊接裂纹是指焊件在焊接或焊后的退火、存放、装配，使用过程中产生的各种裂纹，它是焊接缺陷和焊接应力共同作用的结果。

2、气孔溶入熔池焊缝金属中的气体(CO2、H2、N2、水蒸汽等)，在金属凝固前未来得及逸出，而在焊缝金属表面或内部形成的孔穴称气孔。

3、夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属内部或熔合线上的熔渣或非金属夹杂物。

4、焊缝成形不良不良的焊缝外形包括有焊瘤、咬边和焊缝外形尺寸不符合要求等。

5、未填满焊缝金属不足，沿焊缝长度方向在焊缝表面形成的连续或断续沟槽。

6、未焊透未焊透是指母材