失效分析即是對裝備及其構件在使用過(guò)程中發(fā)生各種形式失效現象的特征及規律進(jìn)行分析研究，從中找出產(chǎn)生失效的主要原因及防止失效的措施。

失效形式有以下四種形式：

(1)變形失效a彈性變形失效b塑性變形失效

(2)斷裂失效a韌性斷裂失效b脆性斷裂失效c疲勞斷裂失效

(3)腐蝕失效a局部(點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕疲勞) b全面(均勻、不均勻) 

(4)磨損失效

根據失效分析的目的和要求，一般還要進(jìn)行實(shí)驗研究。本文主要圍繞實(shí)驗研究講以下幾個(gè)方面的檢驗。

1、宏觀(guān)檢驗

用肉眼或放大鏡檢驗金屬表面，縱橫斷面、斷口上的各種組織和缺陷的方法叫做宏觀(guān)檢驗。通過(guò)宏觀(guān)檢驗能揭示金屬的全貌，顯示其組織的不均勻性和各種缺陷的形態(tài)、分布，對顏色、腐蝕、斷裂裂紋的萌生位置及裂紋的走向等都能迅速而準確地識別出來(lái)。進(jìn)行斷口的宏觀(guān)分析。能得到斷裂表面整體的概貌特征，并在一定程度上了解破壞的原因?？纱_定失效件斷裂的裂紋萌生位置，裂紋的擴展方向，判別斷裂的類(lèi)型，構件所承受的應力類(lèi)型，環(huán)境介質(zhì)、溫度對構件斷裂的影響，變形程度及磨損情況。

常用的宏觀(guān)檢驗方法有酸浸試驗、塔形車(chē)削發(fā)紋試驗以及硫印試驗等。

2、微觀(guān)檢驗

宏觀(guān)檢驗能夠獲得很多信息，但要了解更多的細節和情況還必須再進(jìn)行微觀(guān)觀(guān)察。

通過(guò)對斷口的微觀(guān)分析,除可以進(jìn)一步澄清斷裂的途徑、斷裂的性質(zhì)，環(huán)境介質(zhì)及溫度對斷裂的影響外，還能進(jìn)一步確定斷裂的原因及其斷裂機理等詳細情況。對斷口進(jìn)行顯微分析時(shí)，可使用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、俄歇電子能譜儀、離子探針、X射線(xiàn)衍射儀等儀器來(lái)研究。

3、金相檢驗

金相檢驗是一種常規的實(shí)驗分析方法。它在失效分析中能提供被檢材料的大概種類(lèi)和組織狀況。從檢驗出的顯散組織來(lái)推斷或證實(shí)被檢材料制造過(guò)程中經(jīng)歷的工藝過(guò)程，以及執行這些工藝是否屬正常，同時(shí)還可提供失效件在發(fā)生事故時(shí)是否發(fā)生塑性變形等情況，以及失效件在使用過(guò)程中無(wú)意造成的熱處理效果等。反映出失效件在工作條件下發(fā)生的腐蝕(大致可以定性和對腐蝕程度的半定量)、磨損、氧化和嚴重的表面加工硬化等，并可初步確定其程度。從失效件上存在的裂紋，通過(guò)光學(xué)金相，大致可看出裂紋的發(fā)生及延伸分布的特征以及裂紋兩側的顯微組織，來(lái)判斷裂紋的性質(zhì)，從而可提供失效件裂紋的產(chǎn)生原因;夾雜物的類(lèi)型、級別及分布;相的類(lèi)型、大小及分布。

4、無(wú)損檢驗

在進(jìn)行斷裂部件的性能測定時(shí)，需從斷裂件上取樣，這是有損檢驗。為了對原有構件的缺陷及裂紋分布情況做一次了解，應該首先進(jìn)行無(wú)損探傷。

無(wú)損探傷有了解表面裂紋的著(zhù)色探傷、磁粉探傷、探測內部缺陷及裂紋分布的超

5、化學(xué)成分分析

在失效分析中,化學(xué)成分分析是*的。它能為失效分析提供有用的信息。如由于選材錯誤所造成的失效，只需要用化學(xué)成分分析就能得到結果。

利用X射線(xiàn)和熒光分析、能譜分析、俄歇分析、電子探針、離子探針、激光探針等方法，對金屬的表面或內部的成分進(jìn)行分析和研究。在進(jìn)行化學(xué)我分分析時(shí)，宏觀(guān)化學(xué)成分分析較常用，對于特殊情況，可采用微區化學(xué)成分分析。

6、力學(xué)性能測定

對零部件進(jìn)行失效分析常要測定材料的硬度和力學(xué)性能。由于硬度的測量簡(jiǎn)便易行，對失效分析常常是至有用的手段之一，可用于估計金屬材料的拉伸強度，估計熱處理是否合乎質(zhì)量要求，檢驗由于過(guò)熱、脫碳、滲碳、滲氮和加工硬化等所引起的軟化和硬化等。

力學(xué)性能測定常要進(jìn)行金屬的拉伸試驗及沖擊試驗，以便于比較。有時(shí)還需要做一些比使用溫度稍高或稍低的力學(xué)性能測量,以便對零部件在服役中是否有超溫情況作出判斷。此外還需考慮特殊性能測定，如疲勞試驗、應力腐蝕試驗、韌脆轉變溫度測定、斷裂韌性測定等。

在鋼材的初步檢驗中,用簡(jiǎn)單的彎曲試驗就能查明材料是韌性還是脆性的。硬度測量能指示鋼材的抗拉強度。但對鑄鐵和大多數非鐵金屬材料還不能用彎曲和硬度測量來(lái)評估，而只能用拉伸來(lái)測量,這是因為他們還沒(méi)有建立起硬度與拉伸強度的對應關(guān)系。一般非鐵金屬如鋁、銅及其合金的塑性較大，用簡(jiǎn)單彎曲不能反映脆性或塑性的程度。與說(shuō)明書(shū)的數據比較時(shí)，應注意到試樣取向與材料加工方向之間的關(guān)系。通常，橫向試樣的拉伸強度比縱向的小些。

一般來(lái)說(shuō)，由于拉伸強度不足而引起損壞的例子并不多見(jiàn)。因此，力學(xué)性能測試主要起到復檢的作用和確定排除力學(xué)性能引起損壞的顧慮。

7、斷裂力學(xué)分析

失效分析應用斷裂力學(xué)測量的目的，在于通過(guò)斷裂韌性的測試和分析,確定一個(gè)部件安全使用所能容納的裂紋尺寸，以及確定含有裂紋部件的壽命。前者判斷部件成品材料的斷裂韌度是否合理，如不合理必須設法提高該部件的斷裂韌度，以免同樣的失效重復發(fā)生;后者在于判斷現有裂紋的部件還能使用多久，而不至于誤判它過(guò)早的退役。斷裂力學(xué)是從有韌口的實(shí)際情況出發(fā)來(lái)考慮切口效應和裂紋擴展的速率。

目前常用的評價(jià)斷裂韌性的方法有：平面應變斷裂韌度(K1c) 測試、動(dòng)態(tài)撕裂試驗(DT) 、J積分斷裂判據(J1c) 、裂紋張開(kāi)位移(COD)測試和動(dòng)態(tài)斷裂韌度(K1d) 測試。

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