失效分析技术之基础知识篇
摘要：本文介绍失效分析与预防技术相关的概念、失效及失效分析分类、失效分析的目的、特点及作用，以及对失效分析实验室、人员和管理的要求等。
关键词：失效，失效分析，失效预防
1基本概念[1]
1.1失效
产品丧失规定的功能称为失效。
1.2失效分析
判断失效的模式，查找失效原因和机理，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。
1.3失效模式
失效的外在宏观表现形式和规律称为失效模式。
1.4失效机理
失效机理是指引起失效的微观物理化学变化过程和本质。
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。
1.6风险
风险是失效的可能性与失效后后果的乘积，风险评估就是对系统发生失效的危险性进行定性和定量的分析。
1.7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，如由于涡轮叶片的疲劳断裂失效，
导致某型号的某某事故。失效和事故常常有一定的因果关系，但二者没有必然的联系。
1.8失效和可靠性
失效是可靠性的反义词。产品的可靠度R(t)是产品在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。失效率F(t)是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后，单位时间内发生失效的概率，即F(t)=1-R(t)。
1.9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。
1.10失效分析和状态诊断
失效分析是指事后的分析，而状态诊断是针对可能的主要失效模式、原因和机理方面事先的，即在线、适时、动态的诊断。
1.11失效分析和安全评定
失效分析是指事故后的失效模式、原因和机理诊断，而安全评定是指事故前，按“合于使用”原则的安全与否的评价。
1.12失效分析与维修
维修是维护和修理的总合，维护指将可能造成维修对象功能缺损的因素排除掉，修理指将维修对象缺损的功能恢复，主要是以替换失效件的方式进行。而失效分析是针对失效件的失效模式、原因和机理进行分析。维修主要是针对整机进行修复，而失效分析是对已经定位的失效构件或材料进行分析。
1.13痕迹[2]
主要指力学、化学、热学、电学等因素单独地或共同地作用于制件，而在制件上形成的各种印迹、颜色或材料粘结等。
1.14痕迹分析
对痕迹进行诊断鉴别，找出其形成和变化的原因，为失效分析提供线索和依据的过程。
2失效的分类
2.1按损伤机理进行分类
按损伤机理进行分类主要是按失效模式和失效机理分类，是宏观与微观相结合，先无损再有损，由表及里地揭示失效的物理本质和过程。在材料与构件级，我们可以分为金属材料及构件失效分析、非金属材料及构件失效分析和电子零部件失效分析。金属材料和构件作为整个工业化的基础，其主要的失效模式和失效机理研究得比较完善，失效分析的流程也比较固定。
随着科技的不断进步，非金属材料和构件由于其密度小、强度高、耐腐蚀等特点，越来越多地应用到我们的日常生产和生活中。由于使用环境和要求不同，非金属材料的失效也不断发生，但其失效模式和机理的理论基础有待完善。
电子零部件失效分析主要分电子元器件、电子材料、印制电路板和组装印制电路的失效，其分析手段和流程既借鉴了传统分析方法又使用了许多针对电子零部件的检测分析技术。随着涂层/镀层在各类产品中的大量使用，通过对涂层/镀层失效机理的分析，使得涂层/镀层的良品率和使用寿命不断提高。图1为材料与构件级产品失效的分类[3]。
图1. 失效模式分类
2.2按质量管理和可靠性进行分类
质量管理是人们为了保证、改进和提高质量而从事的计划、组织、协调、审查、检验等一系列控制的活动。可靠性工程是运用系统工程的思路和方法，权衡经济利弊，把设备（或系统）的失效率降到可接受的程度，进而进行合理的设计（可靠性设计）和管理的一门技术。
因此，可靠性工程实质上就是预测、预防和控制失效的技术工作和管理活动，而失效分析则是可靠性工程的技术基础。失效从质量管理和可靠性工程的观点分类就是要从失效发展过程和速度、失效的工程含义（即失效的整体性、可修复性和相关性）来分类。著名的“浴盆曲线”就是按产品失效发展过程，将产品的整个寿命周期中的失效过程分为三个时期，即早期失效期、偶然失效期、磨损失效期，如图2所示。
图2. 浴盆曲线
2.3按责任方进行分类
产品的失效会造成一定的经济损失甚至人员的伤亡，往往会引起赔偿和责任的诉讼。按责任方分类的观点是为了分清和判处失效的法律责任和经济责任。产品失效的责任有：产品本质缺陷失效、误用失效、正常的磨损失效、外界影响失效；失效的后果分类有：恶性失效、致命失效（灾难性失效）、退化失效；失效的程度分类有：完全失效和部分失效。这种分类方法在处理索赔的失效事件时尤为重要。
3失效分析的分类[4]
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。
（2）广义的失效分析：不仅要找出引起产品失效的直接原因，而且要找出技术管理方面的薄弱环节。
（3）新品研制阶段的失效分析：对失效的研制品进行失效分析。
（4）产品试用阶段的失效分析：对失效的试用品进行失效分析。
（5）定型产品使用阶段的失效分析：对失效的定型产品进行失效分析。
（6）修理品使用阶段的失效分析：对失效的修理品进行失效分析。
（7）确认事故责任以及索赔而进行的失效分析：对肇事件或失效件质量进行的失效分析。
4 失效分析的目的、特点与作用
4.1失效分析的目的
产品失效分析的重点无疑是分析产品的早期失效事件、突发性失效事件，因为这些失效事件的分析关系到产品后期质量的稳定和用户投诉的妥善处理及改进。
失效分析的深度应依其分析的目的和要求不同而异。失效分析工作者的任务是根据失效分析的不同目的和不同要求，做出确切而恰当的诊断及对策。故在失效发生后，分析开始前分析工作者需要与委托方做好沟通，明确失效分析的目的及要求，以便准确快速地完成失效分析任务。
4.2失效分析的特点
重大的失效事故及其分析工作有如下特点：
（1）发生的突然性和过程的难救援性；（2）损失的严重性和遇难的悲惨性；（3）模式的多样性和原因的复杂性；（4）分析的困难性和研究的探索性；（5）思路的新颖性和技术的科技性；（6）影响的广泛性和成果的重要性。
4.3失效分析的作用
失效是绝对的，而安全则是相对的。通过逆向思维、逆向分析的方法，定位失效点，分析失效机理，进而给出改进建议和策略，为产品的安全生产与安全使用打下良好的基础。
（1）通过失效分析可以发现产品或构件失效的真正原因，进而可以对症下药、有的放矢地采取措施进行改进和预防，这与简单的维修替换工作有本质的不同。
（2）通过失效分析可以减少同类失效事件的重复发生，减少试产阶段、大批量生产阶段和使用阶段由于类似失效而造成的经济损失。
（3）失效分析工作是产品质量控制和可靠性工程的重要组成部分，加强失效分析工作将有利于提升质量管控水平，使可靠性设计与评估有据可依。
（4）失效分析可以为诉讼案件、仲裁事件及犯罪案件的侦破提供理论依据和指导。
（5）通过重视失效分析工作，为产品研发、改进及相关标准的制定提供依据，企业的产品质量、市场占有率和客户认知度讲不断提升，有利于知名品牌的建立。同时用户也会从失效分析中受益。
（6）失效分析数据库的建立、共享，失效物理学的不断完善，将有助于培养新的失效分析工作者，快速定位、解决类似失效案件，推动科技进步。
（7）失效分析为安全工程提供技术保证，为维修工程提供理论基础和指导依据。
5 失效分析预测预防的技术工作[5]
失效分析预测预防的内涵是分析诊断失效的模式、原因和机理，研究采取补救、预测和预防的技术活动和管理活动。失效分析是事后的，预测预防是事先的。
失效预测研究是失效诊断研究的继续和发展，它是变事后的、被动的失效诊断为事前的、主动的失效控制的重要研究方向和内容。失效预测研究可以分为安全状况预测、剩余寿命预测和累积失效概率预测。
通过对失效机理的研究，形成失效物理（或称为可靠性物理）学，即是从微观的角度解释材料或构件的失效原理。失效物理学的基础是数理统计方法、可靠性工程、固体物理和材料科学。失效物理的基本研究内容是失效模型定性或定量的描述方法、失效模式的识别及其应用。对失效物理的深入研究和广泛应用，将为失效预防预测工作提供基础的理论支持
6失效分析人员的要求[6]
6.1人员要求
（1)具有实事求是的科学态度、客观性和公正性的原则。
（2)工作作风严谨，具有优良的职业道德。
（3)看问题全面，具有较强的逻辑思维能力。
（4)较强的组织能力和良好的团队协作精神。
（5)除应具有失效学的基础和共性知识外，还应当深入掌握力学、材料或电子等学科中某一学科的专业知识，同时了解其他相关专业的一般基础知识及其应用，并较好地掌握理化分析、无损检测、裂纹端口分析、力学试验等有关分析所需的检测方法的技术要点及适用性等。
（6)对各类失效模式与机理有较深入的了解，并具有丰富的实践经验，对失效件的失效性质与原因能做出准确的分析和判断。
（7)对所分析产品的设计、结构与功能、生产与工艺流程有一定的了解。
（8)掌握实验质量管理、数据准确性和有效性分析方法。
6.2人员的职责与权力
（1)根据失效分析的对象与要求，负责组织编制失效分析的程序与实施细则，并组织实施。
（2)根据对失效件的试验结果及有关资料进行综合分析，对失效性质与原因作出判断，提出改进措施，负责或组织编写失效分析报告。
（3)负责审核与评定失效分析报告。
（4)有受聘参加重大失效事件分析的资格。
（5)有独立地行使技术职权和越级反映自己意见的权利。
7对失效分析实验室的基本要求
7.1具有相关经验和资质的失效分析技术人员，分工明确，形成梯度完整的检测、分析团队。
7.2有进行失效分析的基础检测、分析仪器设备，计量类仪器须经校准、检定合格后在有效期内使用。
7.3仪器设备使用时，应满足相应的试验环境（如温度、湿度、大气压）要求。
7.4实验室应建立完善的质量保证体系，并获得相应的资质认可，保证检测结果的准确性与可信性。
7.5实验室应建立严格的保密制度，保证委托方的样品、相关信息、检测分析结果的秘密性。
8失效分析对管理的基本要求
由于失效分析的重要性、复杂性和特殊性，加强失效分析的管理非常重要。
8.1支持和保护失效分析人员坚持实事求是、坚持真理、修正错误的精神。
8.2广泛吸收各种意见的专业人员参与分析讨论，充分听取不同的意见和建议。
8.3掌握和运用并行工程的管理思路和方法。
9总结
随着人类对产品质量与可靠性的要求越来越高，失效分析在产品质量管控中的地位将越来越重要。失效学的兴起与发展，将使失效分析的周期不断缩短，对生产实践的指导作用将更具针对性，同时也将推动失效预测预防技术的成熟。但是，失效分析人员的培养的进度将会制约失效分析技术的发展，因此，我们应该加大对人员的培养，使他们掌握更多专业知识，推进失效分析技术的进一步发展。
参考文献
1钟群鹏，张峥，骆红云. 材料失效诊断、预测和预防. 长沙：中南大学出版社，2009
2 HB 7739-2004 航空金属制件失效分析程序与要求
3陶春虎，刘高远等. 军工产品失效分析技术手册. 北京：国防工业出版社，2009 4钟群鹏. 失效分析基础知识. 理化检验-物理分册，2005年第42卷
5刘新灵张峥陶春虎. 疲劳断口定量分析. 国防工业出版社，2010年9月
6 HB 7478-1996 航空装备失效分析人员资格鉴定
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：
制造基础技术与关键部件””重点专项 “制造基础技术与关键部件 建议 年度项目申报指南建议 2018年度项目申报指南 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》、《国家创新驱动发展战略纲要》和《中国制造2025》等规划，国家重点研发计划启动实施“制造基础技术与关键部件”重点专项。根据本重点专项实施方案的部署，现发布2018年度项目指南。 本重点专项总体目标是：以高速精密重载智能轴承、高端液压与密封件、高性能齿轮传动及系统、先进传感器、高端仪器仪表以及先进铸造、清洁热处理、表面工程、清洁切削等基础工艺为重点，着力开展基础前沿技术研究，突破一批行业共性关键技术，提升基础保障能力。加强基础数据库、工业性验证平台、核心技术标准研究，为提升关键部件和基础工艺的技术水平奠定坚实基础。 本重点专项按照产业链部署创新链的要求，从基础前沿技术、共性关键技术、示范应用三个层面，围绕关键基础件、基础制造工艺、先进传感器、高端仪器仪表和基础技术保障五个方向部署实施。专项实施周期为5年（2018—2022年）。
1.关键基础件 1.1高速精密悬浮轴承（基础前沿技术类） 研究内容：研究过临界磁悬浮转子动力学行为及控制理论；研究磁悬浮轴承测控模块的优化设计方法及保护轴承的失效与寿命演变机理；研究磁悬浮轴承与支承部件的耦合作用机理及设计方法；研究新型气体动压轴承设计方法及其支承转子动力学特性，研究高承载、大阻尼新型轴承结构；研究新型气体动压轴承关键制造技术及性能测试技术。 考核指标：高速电主轴验证用磁悬浮柔性转子原理样机1套，跨临界工作转速≥6×104r/min，回转精度优于0.003mm；能源动力装备用气体动压轴承原理样机1套，径向/轴向承载能力≥0.6MPa/0.4MPa，d m n值≥4.5×106mm·r/min，最高工作温度≥650℃。 1.2轴承服役性能演变机理与数字化设计方法（基础前沿技术类） 研究内容：研究高速精密轴承服役性能演变规律与轴承动静刚度特性、热特性、精度特性设计理论与方法；研究轴承在变载、变速、非正常润滑、乏信息等复杂工况下早期失效机理与轴承服役寿命预测方法；开发包含轴承性能试验数据资源的工程数据库。 考核指标：开发具备轴承数字化结构设计、轴系仿真、寿命预测功能的设计工具，设计结果与试验偏差≤20%；工程
您现在位置：失效分析 广告 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,查找失效原因和机理,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)=1-R(t)=[n(0)-n(t)]/n(0)。 1.4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
失效分析 第三章失效分析的基本方法 1.按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法：（1）审查设计（2）材料分析（3）加工制 造缺陷分析（4）使用及维护情况分析 2.系统工程的分析思路方法：（1）失效系统工程分析法的类型（2）故障树分析法（3）模糊故 障树分析及应用 3.失效分析的程序：调查失效时间的现场；收集背景材料，深入研究分析，综合归纳所有信息 并提出初步结论；重现性试验或证明试验，确定失效原因并提出建议措施；最后写出分析报告等内容。 4.失效分析的步骤：（1）现场调查①保护现场②查明事故发生的时间、地点及失效过程③收集 残骸碎片，标出相对位置，保护好断口④选取进一步分析的试样，并注明位置及取样方法⑤询问目击者及相关有关人员，了解有关情况⑥写出现场调查报告（2）收集背景材料①设备的自然情况，包括设备名称，出厂及使用日期，设计参数及功能要求等②设备的运行记录，要特别注意载荷及其波动，温度变化，腐蚀介质等③设备的维修历史情况④设备的失效历史情况⑤设计图样及说明书、装配程序说明书、使用维护说明书等⑥材料选择及其依据⑦设备主要零部件的生产流程⑧设备服役前的经历，包括装配、包装、运输、储存、安装和调试等阶段⑨质量检验报告及有关的规范和标准。（3）技术参量复验①材料的化学成分②材料的金相组织和硬度及其分布③常规力学性能④主要零部件的几何参量及装配间隙（4）深入分析研究（5）综合分析归纳，推理判断提出初步结论（6）重现性试验或证明试验 5.断口的处理：①在干燥大气中断裂的新鲜断口，应立即放到干燥器内或真空室内保存，以防 止锈蚀，并应注意防止手指污染断口及损伤断口表面；对于在现场一时不能取样的零件尤其是断口，应采取有效的保护，防止零件或断口的二次污染或锈蚀，尽可能地将断裂件移到安全的地方，必要时可采取油脂封涂的办法保护断口。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，可先用稀盐酸水溶液去除锈蚀氧化物，然后用清水冲洗，再用无水酒精冲洗并吹干。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是非常重要的，因而不能轻易地将其去掉。 6.断口分析的具体任务：①确定断裂的宏观性质，是延性断裂还是脆性断裂或疲劳断裂等。② 确定断口的宏观形貌，是纤维状断口还是结晶状断口，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，裂纹源的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源是单个还是多个，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确定断裂的微观机理，是解理型、准解理型还是微孔型，是沿晶型还是穿晶型等。⑥确定断口表面产物的性质，断口上有无腐蚀产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。 7.断口的宏观分析（1）最初断裂件的宏观判断①整机残骸的失效分析；②多个同类零件损坏的 失效分析；③同一个零件上相同部位的多处发生破断时的分析。（2）主断面（主裂纹）的宏观判断①利用碎片拼凑法确定主断面；②按照“T”形汇合法确定主断面或主裂纹；③按照裂纹
失效分析技术之基础知识篇 摘要：本文介绍失效分析与预防技术相关的概念、失效及失效分析分类、失效分析的目的、特点及作用，以及对失效分析实验室、人员和管理的要求等。 关键词：失效，失效分析，失效预防 1基本概念[1] 1.1失效 产品丧失规定的功能称为失效。 1.2失效分析 判断失效的模式，查找失效原因和机理，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。 1.3失效模式 失效的外在宏观表现形式和规律称为失效模式。 1.4失效机理 失效机理是指引起失效的微观物理化学变化过程和本质。 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。 1.6风险 风险是失效的可能性与失效后后果的乘积，风险评估就是对系统发生失效的危险性进行定性和定量的分析。 1.7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，如由于涡轮叶片的疲劳断裂失效，
导致某型号的某某事故。失效和事故常常有一定的因果关系，但二者没有必然的联系。 1.8失效和可靠性 失效是可靠性的反义词。产品的可靠度R(t)是产品在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。失效率F(t)是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后，单位时间内发生失效的概率，即F(t)=1-R(t)。 1.9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。 1.10失效分析和状态诊断 失效分析是指事后的分析，而状态诊断是针对可能的主要失效模式、原因和机理方面事先的，即在线、适时、动态的诊断。 1.11失效分析和安全评定 失效分析是指事故后的失效模式、原因和机理诊断，而安全评定是指事故前，按“合于使用”原则的安全与否的评价。 1.12失效分析与维修 维修是维护和修理的总合，维护指将可能造成维修对象功能缺损的因素排除掉，修理指将维修对象缺损的功能恢复，主要是以替换失效件的方式进行。而失效分析是针对失效件的失效模式、原因和机理进行分析。维修主要是针对整机进行修复，而失效分析是对已经定位的失效构件或材料进行分析。 1.13痕迹[2] 主要指力学、化学、热学、电学等因素单独地或共同地作用于制件，而在制件上形成的各种印迹、颜色或材料粘结等。 1.14痕迹分析 对痕迹进行诊断鉴别，找出其形成和变化的原因，为失效分析提供线索和依据的过程。
课程教案 课程名称：材料失效分析实验 任课教师：刘先兰 所属院（部）：机械工程学院 教学班级： 2011级金属材料工程教学时间：2013—2014学年第二学期 湖南工学院
《材料失效分析》实验 实验课程编码： 学时：6 适用专业：金属材料工程 先修课程：材料科学基础、材料力学性能、金属塑性成型原理、现代材料检测技术等 考核方式： 一、实验课程的性质与任务 帮助学生进一步理解所学知识，加深对一般工程结构和机械零件失效分析的基础知识、基本方法和基本技能的掌握；能够利用所学的知识建立失效分析方法和思路（故障树）；熟悉判断失效零件裂纹源的方法；熟知各类断裂件的断口形貌及断裂机制，分析各种断裂类型、起裂点及断裂过程。 二、实验项目 实验一材料失效中的金相分析法实验（2学时） 实验二零件失效的宏观分析法（2学时） 实验三静载荷作用下的金属材料断裂失效断口分析（2学时） 三、实验报告要求 每个实验均应写实验报告。按统一格式，采用统一封面和报告纸。实验报告内容应包括实验名称、目的、内容和理论基础、实验设备（名称、规格及型号）及材料名称，实验步骤、实验结果、结果分析。 四、其它要求 实验中，注重知识、能力、素质的协调发展，突出学生的创新精神与创新能力的培养。 五、教材和参考资料 1教材： 《材料失效分析》，庄东汉主编.华东理工大学出版社. 2．参考资料： [1]《机械零件失效分析》，刘瑞堂编，哈尔滨工业大学出版社.. [2]《材料成形与失效》，王国凡主编，化学工业出版社. [3]《材料现代分析方法》，左演声主编，北京工业出版社. [4] 《断口学》，钟群鹏主编，高等教育出版社. [5] 《金属材料及其缺陷分析和失效分析100例》，候公伟主编，机械工业出版社.
汽车零部件的失效模式及 分析 专业： 班级学号： 姓名： 指导教师： 年月
摘要 汽车零件失效分析，是研究汽车零件丧失其规定功能的原因、特征和规律；研究其失效分析技术和预防技术，其目的在与分析零部件失效的原因，找出导致失效的责任，并提出改进和预防措施，从而提高汽车可靠性和使用寿命。
目录 第一章汽车零部件失效的概念及分类 (1) 一、失效的概念 (1) 二、失效的基本分类型 (1) 三、零件失效的基本原因 (2) 第二章汽车零部件磨损失效模式与失效机理 (3) 一、磨料磨损及其失效机理 (3) 二、粘着磨损及其失效机理 (4) 三、表面疲劳磨损及其失效机理 (5) 四、腐蚀磨损及其失效机理 (5) 五、微动磨损及其失效机理 (6) 第三章汽车零部件疲劳断裂失效及其机理 (8) 第四章汽车零部件腐蚀失效及其机理 (9) 第五章汽车零部件变形失效机理 (10) 参考文献 (11)
第一章汽车零部件失效的概念及分类 一、失效的概念 汽车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，而且功能降低和严重损伤或隐患、继续使用会失去可靠性及安全性的零部件。 机械设备发生失效事故，往往会造成不同程度的经济损失，而且还会危及人们的生命安全。汽车作为重要的交通运输工具，其可靠性和安全性越来越受到重视。因此，在汽车维修工程中开展失效分析工作，不仅可以提高汽车维修质量，而且可为汽车制造部门提供反馈信息，以便改进汽车设计和制造工艺。 二、失效的基本分类型 按失效模式和失效机理对是小进行分类是研究失效的重要内容之一。失效模式是失效件的宏观特征，而失效机理则是导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因，并依零件的种类、使用环境而异。 汽车零部件按失效模式分类可分为磨损、疲劳断裂、变形、腐蚀及老化等五类。 汽车零件失效分类 一个零件可能同时存在几种失效模式或失效机理。研究失效原因，找出主要失效模式，提出改进和预防措施，从而提高汽车零部件的可靠性和使用寿命。
PCB失效分析技术与典型案例 2009-11-18 15:10:05 资料来源:PCBcity 作者: 罗道军、汪洋、聂昕 摘要| 由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求，越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。本文首先介绍针对PCB在使用过程中的这些失效的分析技术，包括扫描电镜与能谱、光电子能谱、切片、热分析以及傅立叶红外光谱分析等。然后结合PCB的典型失效分析案例，介绍这些分析技术在实际案例中的应用。PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制，从而避免类似问题的再度发生。 关键词| 印制电路板，失效分析，分析技术 一、前言 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。随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求，PCB也向高密度高Tg以及环保的方向发展。但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题，并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。本文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。 二、失效分析技术 介于PCB的结构特点与失效的主要模式，本文将重点介绍九项用于PCB失效分析的技术，包括：外观检查、X射线透视检查、金相切片分析、热分析、光电子能谱分析、显微红外分析、扫描电镜分析以及X射线能谱分析等。其中金相切片分析是属于破坏性的分析技术，一旦使用了这两种技术，样品就破坏了，且无法恢复；另外由于制样的要求，可能扫描电镜分析和X射线能谱分析有时也需要部分破坏样品。此外，在分析的过程中可能还会由于失效定位和失效原因的验证的需要，可能需要使用如热应力、电性能、可焊性测试与尺寸测量等方面的试验技术，这里就不专门介绍了。 2.1 外观检查
中原油田全油田有100多口井套管腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48mm/年。 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。 1.套管腐蚀形貌：套管内壁分布腐蚀坑，腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形，其横断面为上宽下窄的梯形深谷状，管壁穿孔处周边锐利，界面清晰。从总体上看，套管内壁都附着黑色粘性油污，无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔，并有一定的流体冲刷作用。 2.腐蚀产物XRD分析 取套管内壁物质，洗去油污，再用丙酮清洗吹干，进行X射线衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有FeCO3和CaCO3，夹杂有NaCl和硫酸亚铁。腐蚀产物的主要成分为碳酸物，显示出套管、油管腐蚀与CO2腐蚀有关。 3.油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和 元素面分析。 分析发现，大量细小球形暗灰色颗粒为Al2O3,短条状为ZnS，材质中夹杂物以二者为主。同时经电子探针元素定量分析表明，随着向腐蚀坑底的深入，表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在增大。说明生成的腐蚀产物有氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等，并随腐蚀深入呈增加趋势。 4.腐蚀试验 （一）用油田水样对套管钢和油管钢进行了动态和静态腐蚀试验，温度50o C密闭除氧试验时间7天。结果表明：动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度。（二）在此基础上又进行了不同流速对腐蚀影响的试验，说明介质流动能较大的
增加体系的腐蚀。 （三）不同CO2分压下，Q235钢在3℅NaCl熔液中的腐蚀速度。表明CO2压力越大，腐蚀越严重。 结论： （1）．复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出水中CO2腐蚀作用的结果。 （2）．套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、流体冲刷有密切关系。 （3）．综合对腐蚀形态特征的观察判断，腐蚀产物的分析，材质金相非金属夹杂分析，可以找到套管腐蚀失效的主要原因。 由上面该案例的分析可以看出，材料失效分析与基础学科及应用学科之间有密不可分的关系。在进行分析的过程中会用到物理、化学、数学等基础学科。用到化学中的电镜对腐蚀形貌进行分析；会用到数学中的数学分析，对腐蚀速度等进行分析；会涉及到物理学中的结构方面的知识；还会用到地理学进行环境分析等等。在进行失效分析过程中还会用到应用学科，如计算机类，会用到计算机进行一系列的数值分析，图像分析；还会用到应用化学中的环境检测，质量检测等技术。总之，在进行腐蚀材料失效分析时，会综合运用到基础学科的知识和应用学科的技术。 2、试用两个实际的失案例说明材料实效分析的重要性。（既有文字说明，又有图片说明，不少于800字） 案例一：一起来自水管腐蚀失效的案例：广东某钢管公司铺设的自来水管使用六年后发生穿孔泄露。 1.本起穿孔失效发生的地点和环境无规律性，对穿孔管道进行仔细观察，典型的宏观外貌是穿孔部位有一直径为10mm的锈瘤，呈黄褐色，用硬器易刮除，刮除后露出的水管外壁基本平整，可见水从管内渗出。 在锈瘤的外围是一圈黄色锈迹，锈迹外是镀锌层，其上可见分散的白色粉末。现场观察到的形貌还有一个特点，就是同一根管若出现几处结瘤，这些结瘤点的连线与水管轴向平行。 2.水样检测及钢管材质检测 取该镇两个不同地点的水样，进行PH检测以及腐蚀性检测，并与实验室水进行比较。 项目取水点1 取水点2 实验室用水 PH 6.15 6.23 6.41
螺纹紧固件失效分析案例 全国紧固件标准化技术委员会 机械工业通用零部件产品质量监督检测中心 二〇〇八年6月
序 机械产品失效是一门关于研究机械产品质量的综合性技术学科，主要研究失效的规律与机理。机械零件的失效是在特定的工作条件下，当其所具备的失效抗力指标不能满足工作条件的要求时发生的。导致零件失效的本质原因可能是材料本身的失效抗力不足，也可能是零件存在与设计或制造等过程有关的缺陷。产品的早期失效往往是产品质量低劣或质量管理不善及科学技术水平不高的直接反映。失效发生后能否尽快作出正确的判断，确定失效原因，制定防止失效的措施，则是衡量有关科技人员技术水平的重要标志。加入WTO后，我国的产品将参与国际市场的竞争，于是提高产品质量成为提高竞争力的关键因素。失效分析则是定量评定产品质量的重要基础，也是保证产品可靠性的重要手段。 机械科学研究总院、机械工业通用零部件产品质量监督检测中心在进行大量失效分析的基础上（包括对断裂、腐蚀和磨损的深入研究，特别是断口、裂纹和痕迹分析），分析了可能出现失效的形式和类型，以供大家在生产中借鉴，在生产工艺中加以避免出现失效的可能；同时，在今后的质量纠纷中维护自己的正当权益。 机械工业通用零部件产品质量监督检测中心熊学端研究员从事了几十年失 效分析研究工作，有很深的理论造诣，积累了丰富的失效分析经验，本文中列举了部分螺纹紧固件失效分析案例，希望能够为生产企业及用户提供良好的参考和借鉴；同时，中心愿为生产企业和用户在今后的失效分析中提供技术咨询和指导。 全国紧固件标准化技术委员会
目 录 第一部分 失效分析概述 (1) 1. 失效定义 (1) 2. 失效分析的意义、目的 (1) 3. 失效的来源 (1) 4. 失效分析的思路、方法 (1) 5. 断口分析 (2) 6. 断口分析部分名词术语 (3) 第二部分 失效分析案例 (7) 1. 汽车上臂螺栓断裂原因分析 (7) 2. 溜冰鞋螺钉、螺母断裂原因分析 (12) 3. 紧定螺钉断裂原因分析报告 (20) 4. 连杆螺栓断裂原因分析 (25) 5. 汽车轮毂螺栓断裂原因分析 (29) 6. M8×55高强度螺栓断裂原因分析 (33) 7. 高压开关螺栓断裂原因分析报告 (37) 8. 沟槽刚性接头紧固螺栓断裂原因分析报告 (42) 9. 定位螺钉断裂原因分析 (47) 10. M36×280高强度螺栓断裂原因分析 (53) 11. 高压线塔联结螺栓断裂原因分析 (59) 12. 中压电器用螺栓断裂原因分析报告 (64) 13. 网架螺栓断裂原因分析 (66) 14. 螺钉断裂原因分析 (69) 15. 吊环螺钉断裂失效分析 (73) 16. 螺栓失效原因分析 (79)
FMEA失效模式及影响分析及其应用 课程背景： 在企业管理、客户服务、产品开发过程中，是“亡羊补牢”，等出现问题再想办法补救呢，还是“防患于未然”，先预测风险并实施控制的方法呢？答案是显而易见的。 有人会说，不出问题，我怎么知道存在什么问题呢？也有人说，我也想“先知先觉”，但我又不能未卜先知，我怎么知道产品投放市场后回出现什么问题呢？ ·风险到底是什么，我们该如何来防范它？？ ·客户投诉的问题五花八门，理不出头绪，我该怎么进行分析呢？？ ·有没有一种系统的工具可以帮助我们对可能出现的问题予以关注呢？ ·老是出现类似的问题为什么一直得不到有效的解决？…… 如果您也也有类似的困惑，并且您还没有找到好的方法来解决这些问题，敬请关注《FMEA(失效模式及影响分析)及其应用》 本课程将详细讲解FMEA（Failure Mode and Effect Analysis）失效模式和影响分析这一系统化的预见失效、避免失效的重复出现、降低风险的方法，这一方法最先运用于阿波罗登月计划中，现在被广泛运用于汽车工业中。这一结构化的方法通过对失效（缺陷）的严重性、发生频率和检出性的评分，对风险进行优先排序，并在此基础上对高风险进行控制。是一种有效的预警和降低风险的分析工具。 本课程中您还将现场对照您身边发生的实例，进行FMEA的练习，让您在现实生活中可以学以致用！ 同时，本课程还将同你分享企业实施中指南、经验和成功案例，使您在您的企业中推广时事半功倍！培训目标： ·帮助理解失效模式及后果分析在生产过程和质量体系中的应用 ·确定针对不同产品特性而使用FMEA的适用的标准 ·帮助企业建立有效的、及时的和充分的FMEA控制体系 课程大纲： 新版FMEA 概述 ·FMEA的定义、范围和好处 ·FMEA的种类: 系统FMEA, 设计FMEA, 设计FMEA ·原因和效果基本关系 ·FMEA的模式和产品实现流程 ·FMEA开发过程中的关联 ·FMEA开发组织和小组作用 ·高层管理在FMEA过程的作用(新版) 设计FMEA ·DFMEA的基本模式 ·DFMEA的信息流 ·DFMEA的目的 ·前期策划:客户和产品要求的确定 ·产品功能表 ·分析途径 设计FMEA （续） ·界限图(Boundary Diagram) ·接触矩阵图 (Interface Matrix) ·白噪声图(参数图) (P-Diagram) ·DFMEA内部的动态链接(新版) ·DFMEA输入和输出 ·设计矩阵 ·开发DFMEA: 功能、失效模式、后果分析、潜在原因、因果分析工具、设计控制、SOD评分(新版) ·多方位的风险分析（新版强调）
汽车零部件失效分析 摘要：随着汽车的不断普及和机械设备事故的频发，汽车的安全性和可靠性逐渐成为人们关注的焦点。论文通过研究汽车零部件失效的类型，丧失功能的原因、特征和规律，提出相应的改进和预防措施，为汽车制造部门提供便于改进制造工艺和汽车设计的反馈信息，进而提高汽车可靠性、使用寿命和维修质量。 关键词：汽车零部件；失效模式；磨损 1.汽车零部件失效的概述 1.1汽车零部件失效的概念 所谓失效是指汽车零部件失去原设计所规定的功能，导致汽车技术状况变差，包括完全丧失原定功能，功能降低和严重损伤等，如果继续使用将会失去安全性和可靠性。因为汽车零部件的技术状况会随着零部件的使用过程逐渐发生变化，因此通过分析汽车零部件的性能恶化过程，然后有针对性的采取改进措施，对于维持汽车的技术水平具有非常重要的作用。 1.2汽车零部件失效的分类 汽车零部件按失效模式分类可以分为：一是磨损，包括粘着磨损、表面疲劳磨损、磨料磨损、微动磨损、腐蚀磨损，如齿轮表面和滚动轴承便面的麻点、曲轴“抱轴”等。二是疲劳断裂，包括低应力高周疲劳、高应力低疲劳周疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳，如齿轮轮齿折断、曲轴断裂等。三是腐蚀，包括化学腐蚀、穴蚀、电化学腐蚀，如湿式汽缸套外壁麻点。四是变形，包括过量弹性变形、过量塑性变形和蠕变，如曲轴弯曲、基础件变形等。五是老化，如橡胶轮胎、塑料器件龟裂、变硬等。失效模式是研究汽车零部件失效的关键，同一个零件可能同时存在集中失效模式。 2.汽车零部件失效的原因 2.1设计制造方面的原因 汽车零部件的设计制造不合理是造车汽车零部件早期失效的主要原因之一。如汽车零部件的材料选择方面，我国GB5216标准规定的齿轮钢淬透性带宽为12HRC，而美国休斯通用公司为8HRC，日本小松为5HRC，远远不及国外汽车生产企业的标准要求。如汽车零部件的设计方面，轴的台阶处直角过渡、过小的圆角半径、尖锐的棱边等造成的应力集中处，都会成为汽车零部件破坏的成因。 2.2工作条件方面的原因 汽车零部件失效工作条件方面的原因主要包括：一是工作环境，由于汽车零
IC失效分析中电测技术及其应用研究 林晓玲，费庆宇，师谦，肖庆中 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室； 信息产业部电子第五研究所，广州，510610，euling@https://www.doczj.com/doc/5212325574.html, 摘要：IC失效分析中电测技术的研究介绍，包括敏感参数测试中的待机电流测试、瞬态电流测试、端口IV特性测试、扫描端口测试，并对各种电测技术举例说明。 关键词：失效分析；电测技术；连接性失效 1 引言 失效分析人员从失效现场获得的间接数据对开展失效分析有重要参考价值。失效分析人员在认真研究现场数据后，有可能推测出失效模式和失效机理，然后选择适当的失效分析方法验证上述推测，最终确定失效原因。然而，现场数据是以生产或使用为目的而获得，这些数据可能不完全或项目繁多重点不突出，或随时间的推移参数已发生变化。失效分析人员应尽可能以失效分析为目的重新对关键的参数进行电测，这种电测可以重现失效现象，确定失效模式、缩小故障隔离区，确定失效定位的激励条件，为进行信号寻迹法失效定位创造条件。在特定条件下，从一些敏感参数的电测结果可确定失效机理，简化失效分析步骤。为防止引入新的失效机理，进行开封、去钝化层的等样品制备过程后，需对样品重新进行电测。 2 IC电测技术及其应用介绍 2.1 电测的种类和相关性 IC的电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这 类失效在所有失效种类中最常发生，也比较容易测试。在使用过程中失效，即现场失效的IC多数是由连接性 失效导致的，根据国内外整机失效统计分析，这类失效占总失效数的50％，这里的连接性失效多数由静电放电（ESD）损伤和过电应力（EOS）损伤引起。可见，连接性测试在失效分析中有广泛用途。优先进行连接性测试, 如能发现问题，可省去电参数测试和功能测试等繁琐步骤，简化测试手续，实现快速失效分析。 确定IC的电参数失效，需进行较复杂的测量。各种IC内部的元件都有各自特殊的参数，如双极晶体管的电流增益，MOS器件的阈值电压和跨导，光电二极管的暗电流和光电转换效率，数字集成电路的电源电流、输入电压、输入电流、输出电压等。电参数失效的主要表现形式有数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。 确定IC的功能失效，需对IC输入一个已知的激励信号，测量输出结果。如测得的输出状态与预计状态相同，则IC功能正常，否则为失效。功能测试主要用于集成电路。简单的集成电路的功能测试需电源、信号源和示 波器，复杂的集成电路测试需自动测试系统（ATE）和复杂的测试程序。 同一个IC，上述三种失效有一定的相关性，即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的 根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下，有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测，结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。以数字集成电路为例，连接性失效可引起电参数失效和功能失效。如输入端漏电使输入电流I IN、输入电压V IH达不到要求， 并引起功能失效和静态电源电流IDDQ失效。输入端开路和输出端开路也会引起功能失效。电源对地短路会引起功能失效和静态电源电流IDDQ失效。失效器件经电测可能有多种失效模式，如同时存在连接性失效、电参数 失效和功能失效，然而存在一种主要失效模式，该失效模式可能引发其它失效模式。 2.2 敏感参数测试法 作为功能测试的补充，敏感参数测试技术近来得到了国际测试界的重视，这些敏感参数测试包括：待机电流测试测试和瞬态电流测试等。 2.2.1待机（stand by）电流测试技术
失效分析基础 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,查找失效原因和机理,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)=1-R(t)=[n(0)-n(t)]/n(0)。 1.4 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。 (2)广义的失效分析不仅要找出引起产品失效的直接原因,而且要找出技术管理方面的薄弱环节。 (3)新品研制阶段的失效分析对失效的研制品进行失效分析。 (4)产品试用阶段的失效分析对失效的试用品进行失效分析。 (5)定型产品使用阶段的失效分析对失效的定型产品进行失效分析。 (6)修理品使用阶段的失效分析对失效的修理品进行失效分析。 4 失效分析预测预防的地位与作用
1.试用一个经典的案例说明材料失效分析与基础学科及应用学科之间的关系（不少于400字，配图片） 答：材料失效分析的经典案例: 醇胺贫富液换热器列管腐蚀穿漏 图1 测试分析用的失效管子及拉杆套管 损坏部位：靠近壳程热流体进口处的管子、管程冷流体热端处的管子。 表面观察： ①管内外表面均可见棕色表面覆盖层，在没有坑 洞的表而用锉刀轻轻锉一下能看见银白色的金属光泽，说明 均匀腐蚀轻微。 ②严重腐蚀区的管子外表面分布很多凹坑，深浅不一，有些 凹坑已穿透管壁厚，大多凹坑为敞口椭园截面坑洞。 ③拉杆套管的腐蚀损坏比换热管更严重。 根据这个图片和实物可以通过以下方法分析材料的失效： 1). 管材的化学成分测定 2). 换热管的金相分析 4). 腐蚀原因分析 结果讨论：材料的断裂和腐蚀是材料失效中最常见的两种形式。这两种失效在工程实际中经常会造成极大的破坏和损失。分析和判断出材料失效的原因，同时找出有效的预防措施，防止类似的失效重复发生，是工程实际中经常遇到的难题。 材料失效分析需要应用机械、力学、物理、化学、数学、电子技术等多方面知识，需要借助现代分析测试技术，从宏观到微观，从定性到定量，从单项到综合的系统性分析。上述图片实例也充分说明了在对材料失效分析时需要用到很多的基础学科，尤其是物理和化学。而且在应用学科方面如现代显微测试技术等都是具有很好的代表性。材料的失效分析离不开这些学科！要做好材料的失效分析我们就应该在实践的基础上将学科的知识和一些先进技术相结合应用！ 2.试用两个实际的失效案例说明材料失效分析的重要意义（要求既有文字说明，又有图片说明，文字不少于800字） 答：发生在我们生活中的材料失效的案例很多，材料的失效也有很多的类型，不同的材料在不同的外界环境，使用环境和其本身的性质会使失效的形式也会不一样。下面是两个实际的材料失效的案例：
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)=l-R(t)=[n(0)-n(t)]/n(0)o 1.4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
1. 评价在制造过程中潜在的失效模式，分析其后果，评估其风险，从而预先采取措施，消除 或减少失效发生的机会，有效地提高产品质量和可靠性，达到顾客扌两丿意。 2. 适用范围： 适用于新的或更改后的产品/过程的策划阶段，对产品的零部件及各个过程的潜在失效模式及后果进行分析的活动。 3. 定义： 3.1 FMEA:过程潜在失效模式和后果分析，主要是由负责制造的工程师/多方论 证小组采用的一种分析技术，用来保证在可能的范围内已充分地考虑到并指明潜在失效模 式及其相关的起因或机理。 4. 职责 4.1开发部职责： 4.1.1由负责过程设计、制造、装配、售后服务、质量等方面的专家成立多方论证小组，负责 计算风险顺序数RPN 4.1.2多方论证小组职责： 4.121负责收集与FMEAS关数据资料。 4.1.2.2负责进行FMEA分析、评审、效果跟踪和确认。 4.1.3开发部负责对FMEA勺输出整理归档。 5. 作业流程 5.1开展FMEA勺时机FMEA旨在及早识别出潜在的失效，因此FMEA应在以下情况下开 展： 5.1.1在产品、过程设计概念形成，设计方案初步确定时开始FMEA 5.1.2在产品、过程设计的各个重要阶段，对FMEAJ行评审、修改； 5.1.3在如产品、过程设计文件完成之后完成FMEAC作； 5.1.4在进行产品、过程设计修改时对FMEAS行重新评审和修改。 5.2 FMEA活动的实施 5.2.2多方论证小组根据过程流程图、特殊特性清单、产品技术要求、过程特性参数、制造和 装配的要求等和现有的FMEA&料对过程潜在失效模式及后果进行分析。 5.3按下列要求填写FMEA表格：
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（σ Nb表示缺口式样抗拉强度，σ b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。 残余压应力能够提高零件的疲 劳抗力、抗应力腐蚀的能力。 7.残余应力对硬度的影响：当有 残余拉应力存在时，压头周围 塑性变形开始的较早，并使塑 性变形区域变大，其结果是表 现出硬度值下降；残余压应力 的影响较小。 8.残余应力对疲劳强度的影响： 当受到交变载荷的构件存在残 余压应力时，其疲劳强度就会 提高；而存在残余拉应力时， 其疲劳强度就会下降。 9.消除和调整残余应力的方法： 1.去应力退火 2.回火或自然 时效处理3.机械法（加静载或 动载） 10.失效形式主要有韧断（端口平 齐并与轴线垂直。原因是构件 的最大切应力超过材料的抗剪 强度引起的，解决办法是降低 回火温度）；脆断（端口与轴线 呈45°螺旋状，是由最大正应 力超过的正断强度引起的。解 决办法是适当提高回火温度）； 扭转角过大（由于轴件的刚度 不够引起的）。 11.交变应力：指应力大小或应力 方向随时间变化而作周期变化 的应力。疲劳：在交变应力作 用下，金属材料发生损伤的现 象。 12.疲劳抗力指标：疲劳极限、条 件疲劳极限、疲劳破坏的持久 值、裂纹扩展速率。 第三章 1、失效分析的基本原则： 1）整体观念原则 2）从现象到本质的原则 3）动态原则 4）一分为二原则（两分法原则） 5）纵横交汇原则（立体性原则） 2、失效系统工程：是把复杂的设备 或系统和人的因素当作一个统一体， 运用数学方法和计算机等现代化工 具，来研究设备或系统失效的原因与 结果之间的逻辑关系，并计算出设备 或系统失效与部件之间的定量关系。 3、故障树分析法：故障树分析法是 美国贝尔电话实验室的Waston H A 于1961年首先提出来的。故障树分 析的概念来自数学图论中树的概率 和计算机算法符号。在分析中把分析 的设备叫做系统，把组成该设备的零 件叫做组元。零件的工作状态用一些 参数（压力、温度、流量）来描述。 每种零件都处于两种状态（完好与失 效）中的一种。因此，设备也处于两 种状态中的一种：正常或失效。所谓 故障树分析就是分析各种事件（系统 组元的状态变化）之间的逻辑关系， 分清正常事件和异常事件（失效事 件），再找出失效原因。 4、失效分析的步骤： 1）现场调查（1）保护现场 （2）查明事故发生的时间、地 点及失效过程 （3）收集残骸碎片，标出相对 位置，保护好断口。 （4）选取进一步分析的试样，。 （5）询问且击者及其他有关人 员能提供的有关情况。 （6）写出现场调查报告。 2）收集背景材料（1）设备的自然情 况 （2）设备的运行记录 （3）设备的维修历史情况 （4）设备的失效历史情况 （5）设计图纸及说明书， 装配程序说明书，使用 维护说明书 （6）材料选择及其依据 （7）设备主要零部件的生 产流程 （8）设备服役前的经历， 包括装配、包装、运输、储存、安装 和调试等阶段。 （9）质量检验报告及有关 的规范和标准 3）技术参量复验（1）材料的化学成 分 （2）材料的金相组织及硬度 （3）常规力学性能 （4）主要零部件的几何参量及 装配间隙 4）深入分析研究（1）失效产品的直 观检查（变形。损伤情况，裂纹扩展， 断裂源） （2）断口的宏观分析及微 观形貌分析（多用扫描电镜） （3）无损探伤检查（涡流、 着色、磁粉、同位素、X射线、超声 波等） （4）表面及界面成分分析 （俄歇能谱） （5）局部或微区成分分析 （6）相结构分析（X射线衍 射法） （7）断裂韧性检查，强度、 韧性及刚度校核 5）综合分析归纳，推理判断提出初 步结论 根据失效现场获得的信息、背景材料 及各种实测数据，运用材料学、机械 学、管理学及统计学等方面的知识， 进行综合归纳、推理判断、分析后， 初步确定失效模式并提出失效原因 的初步意见和预防措施。 6）重现性试验或证明试验 重大事件 7）撰写失效分析报告 失效分析报告与科学研究报告相比 较，除了在应写得条理清晰、简明扼 要、合乎逻辑方面相同外，二者在格 式和侧重点等许多方面都有所不同。 失效分析侧重于失效增况的调查、取 证和验证，在此基础上通过综合归纳 得出结论、而不着重探讨失效机理， 这就有别于断裂机理的研究报告。 5、断口处理方法及不同断口怎样处 理：（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