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1概述 (2)1.1金属构件的失效及失效分析 (2)1.2 失效分析的意义 (4)1.2.1 促进科学技术的发展 (4)1.2.2 提高装备及构件的质量 (4)1.2.3 具有高经济效益和社会效益 (5)1.3 金属构件的失效形式及失效分析 (5)1.3.1 金属构件的失效形式 (5)1.3.2 引起失效的原因 (6)1.4失效分析与其他学科的关系 (6)1.5失效分析主要任务和应具备的基本素质 (7)2失效分析基础知识 (7)2.1金属构件中可能引起失效的常见缺陷 (7)2.1.1 铸态金属组织缺陷 (7)2.1.2 金属锻造及轧制件缺陷 (10)2.1.3 夹杂物及其对钢材性能的影响 (11)2.1.4 金属焊接组织缺陷 (13)2.1.5 钢铁热处理产生的组织缺陷 (15)2.2 力学计算基本概念 (16)2.2.1 传统强度理论及其适用范围 (16)2.2.2断裂力学基本概念 (18)2.3环境作用机理 (19)2.3.1 化学反应 (19)2.3.2 电化学反应 (20)3 金属构件常见的失效形式及其判据 (21)3.1 变形失效 (22)3.1.1 金属构件的弹性变形失效 (22)3.1.2 金属构件的塑性变形失效 (23)3.1.3 高温作用下金属构件的变形失效 (24)3.2断裂失效 (25)3.2.1 断裂失效的分类 (25)3.2.2 韧性断裂 (26)3.2.3 脆性断裂 (29)3.2.3疲劳断裂 (32)3.3腐蚀失效 (37)3.3.1 腐蚀的类型 (37)3.2.2 均匀腐蚀 (39)3.3.3 点腐蚀及缝隙腐蚀 (39)3.3.4 晶间腐蚀 (41)3.3.5 电偶腐蚀 (43)3.3.6 氢腐蚀 (44)3.3.7应力腐蚀开裂 (45)3.3.8 腐蚀疲劳 (48)3.4 磨损失效 (49)3.4.1 磨损的类型 (49)3.4.2 磨料磨损 (49)3.4.3粘着磨损 (50)3.4.4 冲蚀磨损 (50)3.4.5 微动磨损 (51)3.4.6 腐蚀磨损 (51)3.4.7 疲劳磨损 (51)3.4.8 提高耐磨性的途径 (51)4.失效分析的思路、程序和基本技能 (52)4.1失效分析的思路和逻辑方法 (52)4.1.1失效分析思路的重要性 (52)4.1.2 构件失效过程及其原因和特点 (52)4.2 失效分析的程序 (52)4.2.1 接受任务明确目的要求 (53)4.2.2 调查现场及收集背景资料 (53)4.2.3 失效件的观察、检测和试验 (53)4.2.4 确定失效原因并提出改进措施 (53)4.3 失效件的保护、取样及试样清洗、保存 (54)4.3.1失效件的保护 (54)4.3.2 失效件的取样 (54)4.3.3 试样的清洗 (54)4.3.4 试样的保存 (54)4.4 常规测试技术 (54)4.4.1 测试技术选用原则 (54)4.4.2 化学成分分析 (54)4.4.3 力学性能测试 (55)4.4.4 金相检验 (55)4.4.5 无损检验 (55)1概述1.1金属构件的失效及失效分析由金属零部件构成各种各样的金属装备，这些金属零部件称为金属构件。
第三章金属构件常见失效形式及其金属构件在使用过程中常常会发生各种失效，导致工件不能正常工作或失去使用价值。
常见的金属构件失效形式包括疲劳失效、蠕变失效、腐蚀失效、磨损失效和断裂失效等。
下面将对这些失效形式进行详细介绍。
疲劳失效是金属构件在经过多次循环加载下，由于应力集中、存在缺陷或工作环境存在震动等因素造成的失效。
这种失效形式往往是逐渐积累的，表现为构件出现裂纹，并逐渐扩展至断裂。
疲劳失效可以发生在各种工件上，如弯曲构件、轴类构件等。
为了防止疲劳失效，可以通过增加构件的强度、改变工作环境或提高构件的表面光洁度来减少应力集中。
蠕变失效是金属在高温和持续加载下的失效，主要表现为构件的材料发生塑性变形，导致尺寸增大、变形失效或破坏。
蠕变失效常见于高温合金构件、锅炉管道等工作在高温环境下的设备。
为了防止蠕变失效，可以通过提高材料的抗蠕变能力、降低工作温度或减少加载应力等措施来防止。
腐蚀失效是金属在化学环境中和电化学作用的影响下逐渐腐蚀产生的失效。
腐蚀失效可以表现为构件的表面出现腐蚀坑、腐蚀皮膜等，导致金属的强度和刚度降低，最终导致构件失效。
腐蚀失效在大气中、水中、酸碱溶液中等多种环境下都会发生。
为了防止腐蚀失效，可以通过材料的表面处理、涂层保护、选择抗腐蚀材料等措施来减少腐蚀的发生。
磨损失效是金属构件在与其他构件摩擦和磨擦过程中逐渐损耗，最终导致表面的粗糙度增加、尺寸的减小和形状的改变。
磨损失效常见于轴承、齿轮、刀具等工作在高速、高负荷和高温环境下的设备。
为了防止磨损失效，可以通过润滑剂的使用、提高表面硬度、减少工作条件下的振动和冲击等措施来减少磨损。
断裂失效是金属构件在受到应力超限或存在明显缺陷的情况下，由于应力集中、承受能力不足等原因导致的突然破裂。
断裂失效常见于焊接接头、薄壁结构等，造成的后果往往是灾难性的。
为了防止断裂失效，可以通过增加构件的强度、改善焊接质量、增加材料的韧性等措施来提高构件的承载能力。
机械构件失效的主要形式及特征一、变形失效（一）弹性变形失效：弹性性能达不到原设计要求。
（二）塑性变形失效：塑性变形逐渐增大，超过一定极限不能再用。
（三）蠕变变形失效：一定温度和压力下工作，应力小于屈服点，也会产生塑变，超过规定值失效。
（四）高温松驰：高温下零件失去弹性功能导致失效。
二、断裂失效（一）塑性断裂失效1. 塑性断裂的特征：宏观上裂纹或断口附近有塑变，或在塑变附近有裂纹出现，微观上有韧窝，受正应力作用为等轴韧窝，受剪切力作用，韧窝被拉长，韧窝大小与形核数量、材料韧性、温度、应变速率有关。
2. 外应力大于材料的屈服强度（二）脆性断裂失效断裂前无塑性变形，类型有穿晶和沿晶断裂。
1. 穿晶脆性断裂1）解理断裂：解理断裂时穿晶脆断的一种常见的主要断裂方式，指在一定的条件下，金属因受拉应力作用而沿某些特定的结晶学平面发生分离。
特征：∙断裂时所受应力较低，低于设计许用应力∙构件破坏之前，没有或只有局部轻微塑变∙断裂源总是发生在缺陷处，如凹槽、缺口∙断口宏观形貌平直，断面垂直拉应力，断口上有放射状条纹，管材、板材构件有人字纹，并有闪光小刻面，微观形貌为河流花样∙裂纹扩展迅速后果是灾难性的。
形成解理断裂的原因：∙构件存在三向应力集中部位，如表面缺口，裂纹，几何形状突变。
∙有一定大小的应力作用，尤其是冲击应力∙低温条件，温度低于材料脆性的转变温度。
2）准解理断裂因找不到解理面而命名，后来找到了，与解理断裂一样断裂性态介于韧性断裂与解理断裂之间，韧性好于解理断裂而差于韧性断裂，宏观形貌有细小放射条纹或呈瓷状，微观形貌也有河流花样，但河流短而不连续，观察到较多撕裂岭。
2. 沿晶脆性断裂裂纹沿晶界扩展的断裂叫沿晶断裂。
由晶界弱化引起。
1）特征：断口呈细颗粒状，有时观察到放射状条纹，微观形貌呈冰糖状。
2）引起晶界弱化原因∙晶界沉淀相造成（夹杂及第二相）∙杂质元素在晶界偏聚（元素周期表中的4、5、6族元素）∙环境介质侵蚀，氢脆热力腐蚀∙高温作用，焊接热裂纹、磨削裂纹、蠕变断裂（三）疲劳断裂1. 高周疲劳（循环次数N>104-105）特征：1）在疲劳断裂中，工作应力低于屈服应力，不发生宏观塑变2）疲劳断口具有独特形貌，断口由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区组成。
