失效分析第三章

1、第三章第三章 失效分析基本方法失效分析基本方法李春福李春福西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 3.1 失效分析的思路及方法 3.1.1失效分析的思想方法 1、整體觀觀念原則則 2、從現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)質(zhì)的原則則 3、動態(tài)動態(tài)原則則 4、一分為為二原則則（兩兩分法原則則） 5、縱橫縱橫交匯匯原則則（立體性原則則）應(yīng)當(dāng)注意應(yīng)當(dāng)注意 :第一，盡可能采用比較方法。第一，盡可能采用比較方法。 第二，歷史方法。第二，歷史方法。 第三，邏輯方法。第三，邏輯方法。3.1.2 相關(guān)關(guān)性分析的思路及方法 一般用于具體零、部件及不太復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)的一般用于具體零、部件及不太復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)的失效

2、分析中。失效分析中。 1.按照失效件制造的全過程及使用條件按照失效件制造的全過程及使用條件 的分析方的分析方法法 2. 根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品的失效形式及失效模式分析 的思路及方法 3. “四M”分析思路及方法3.1 失效分析的思路及方法 1按照失效件制造的全過過程及使用條條件的分析方法 1）審查設(shè)計審查設(shè)計 如對對使用條條件估計計不足進(jìn)進(jìn)行的設(shè)計設(shè)計，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)選選用不當(dāng)當(dāng)，設(shè)計設(shè)計判據(jù)不足，高應(yīng)應(yīng)力區(qū)區(qū)有缺口，截面變變化太陡，缺口或凹倒角半徑過徑過小及表面加工質(zhì)質(zhì)量要求過過低等均可能是致斷斷因素。2）材料分析）材料分析 材料選用不正確，熱處理制度不合理，材料成分不合材料選用不正確，熱處理制度不合理，材料成

3、分不合格，夾雜物超級，顯微組織不符合要求，材料各向異性格，夾雜物超級，顯微組織不符合要求，材料各向異性嚴(yán)重，冶金缺陷等。嚴(yán)重，冶金缺陷等。3.1 失效分析的思路及方法 1按照失效件制造的全過過程及使用條條件的分析方法 3）加工制造缺陷分析）加工制造缺陷分析 鑄、鍛、焊、熱處理缺陷，冷加工缺陷，酸銑、電鍍鑄、鍛、焊、熱處理缺陷，冷加工缺陷，酸銑、電鍍?nèi)毕荩鰝?，工序間銹蝕嚴(yán)重，裝配不當(dāng)，異物混入及缺陷，碰傷，工序間銹蝕嚴(yán)重，裝配不當(dāng)，異物混入及漏檢等。漏檢等。4）使用及維護(hù)情況分析）使用及維護(hù)情況分析 超載、超溫、超速，啟動、停車頻繁或過于突然，超載、超溫、超速，啟動、停車頻繁或過于突然，潤滑制

4、度不正確，潤滑劑不合格，冷卻介質(zhì)中混有硬質(zhì)潤滑制度不正確，潤滑劑不合格，冷卻介質(zhì)中混有硬質(zhì)點(diǎn)，未按時維修保養(yǎng)，意外災(zāi)害預(yù)防措施不完善等。點(diǎn)，未按時維修保養(yǎng)，意外災(zāi)害預(yù)防措施不完善等。3.1 失效分析的思路及方法 2. 根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品的失效形式及失效模式分析的思路及方法 較為常用的分析方法。一個具體的零件失效后，根據(jù)其表現(xiàn)形較為常用的分析方法。一個具體的零件失效后，根據(jù)其表現(xiàn)形式（過量變形、表面損傷和斷裂）進(jìn)一步分析失效模式，然后分析式（過量變形、表面損傷和斷裂）進(jìn)一步分析失效模式，然后分析導(dǎo)致這種失效模式的內(nèi)部因素和外部因素，最后找出失效的原因。導(dǎo)致這種失效模式的內(nèi)部因素和外部因素，最后找出失效的

5、原因。 3. “3. “四四M”M”分析思路及方法分析思路及方法 所謂所謂“四四M”M”分析法，是指將分析法，是指將ManMan（人）、（人）、 MachineMachine（機(jī)器設(shè)備）、（機(jī)器設(shè)備）、MediaMedia（環(huán)境介質(zhì)）和（環(huán)境介質(zhì)）和 ManagementManagement（管理）作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)（管理）作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)行行 分析的方法。對于一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)常采用此種方法。依此分分析的方法。對于一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)常采用此種方法。依此分別進(jìn)行如下四方面的分析工作別進(jìn)行如下四方面的分析工作3.1 失效分析的思路及方法 3.1.3 失效系統(tǒng)統(tǒng)工程分析法 失效系統(tǒng)工程是把復(fù)

6、雜的設(shè)備或系統(tǒng)和人的因素當(dāng)作一個統(tǒng)一失效系統(tǒng)工程是把復(fù)雜的設(shè)備或系統(tǒng)和人的因素當(dāng)作一個統(tǒng)一體，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和計算機(jī)等現(xiàn)代化工具，來研究設(shè)備或系統(tǒng)失效體，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和計算機(jī)等現(xiàn)代化工具，來研究設(shè)備或系統(tǒng)失效的原因與結(jié)果之間的邏輯聯(lián)系，并計算出設(shè)備或系統(tǒng)失效與部件之的原因與結(jié)果之間的邏輯聯(lián)系，并計算出設(shè)備或系統(tǒng)失效與部件之間的定量關(guān)系。間的定量關(guān)系。1 1 失效系統(tǒng)工程分析法主要類型：失效系統(tǒng)工程分析法主要類型： （1 1）故障樹分析法（簡稱）故障樹分析法（簡稱FTAFTA法）法） （2 2）特征）特征因素圖分析法因素圖分析法 （3 3）事件時序樹分析法（簡稱）事件時序樹分析法（簡稱 ETAET

7、A法）法） （4 4）故障率預(yù)測法）故障率預(yù)測法 （5 5）失效模式及后果分析法（簡稱）失效模式及后果分析法（簡稱FMEAFMEA法）法） （6 6）模糊數(shù)學(xué)分析法）模糊數(shù)學(xué)分析法3.1 失效分析的思路及方法 2故障樹樹分析法 (1)基本概念基本概念 故障樹分析法是美國委記貝爾電話研究所于故障樹分析法是美國委記貝爾電話研究所于1961年首先提出來年首先提出來的。故障樹分析的概念來自數(shù)學(xué)圖論中樹的概念和計算機(jī)算法符號。的。故障樹分析的概念來自數(shù)學(xué)圖論中樹的概念和計算機(jī)算法符號。在分析中把分析的設(shè)備叫做系統(tǒng)，把組成該設(shè)備的零件叫組元。零在分析中把分析的設(shè)備叫做系統(tǒng)，把組成該設(shè)備的零件叫組元。零件的

8、工作狀態(tài)用一些參數(shù)（壓力、溫度、流量）來描述。件的工作狀態(tài)用一些參數(shù)（壓力、溫度、流量）來描述。 每種零件都處于兩種狀態(tài)（完好與失效）中的一種。因此，設(shè)每種零件都處于兩種狀態(tài)（完好與失效）中的一種。因此，設(shè)備也處于兩種狀態(tài)中的一種：正?；蚴?。所謂故障樹分析就是分備也處于兩種狀態(tài)中的一種：正常或失效。所謂故障樹分析就是分析各種事件（系統(tǒng)組元的狀態(tài)變化）之間的邏輯關(guān)系，分清正常事析各種事件（系統(tǒng)組元的狀態(tài)變化）之間的邏輯關(guān)系，分清正常事件和異常事件（失效事件），再找出失效原因。件和異常事件（失效事件），再找出失效原因。3.1 失效分析的思路及方法 (2)工作程序 采用故障樹樹分析法時時，通常按照

9、以下的程序進(jìn)進(jìn)行。1)確定不希望發(fā)發(fā)生的事件(上端事件)；2)對設(shè)備對設(shè)備的設(shè)計設(shè)計、制造、維維修、使用等技術(shù)資術(shù)資料進(jìn)進(jìn)行分析；3)采用手工或計計算機(jī)合成故障樹樹；4)求出能使上端事件發(fā)發(fā)生的必要且充分的最小數(shù)數(shù)目基本事件集合；5)收集計計算時時必需的故障率數(shù)數(shù)據(jù)；6)計計算上端事件發(fā)發(fā)生的概概率；7)對對基本事件的重要度作評評價；8)分析計計算結(jié)結(jié)果，提出改進(jìn)進(jìn)措施。3.1 失效分析的思路及方法 (3)所用符號所用符號 故障樹是一種邏輯圖，是根據(jù)一定的邏輯方式把一些特殊符號連故障樹是一種邏輯圖，是根據(jù)一定的邏輯方式把一些特殊符號連接起來的樹形圖。通常在故障樹中出現(xiàn)的符號大體上可分為邏輯門接

10、起來的樹形圖。通常在故障樹中出現(xiàn)的符號大體上可分為邏輯門符號、故障事件符號和其它符號三類。符號、故障事件符號和其它符號三類。 (4)故障樹的合成故障樹的合成 根據(jù)系統(tǒng)及其故障的已知數(shù)據(jù)和資料，繪制故障樹。在采用手工根據(jù)系統(tǒng)及其故障的已知數(shù)據(jù)和資料，繪制故障樹。在采用手工合成故障樹時，一邊反復(fù)提出問題一邊對樹進(jìn)行展開。對各個門事合成故障樹時，一邊反復(fù)提出問題一邊對樹進(jìn)行展開。對各個門事件提出的問題是：該事件是由于單一組元的故障引起的，還是由另件提出的問題是：該事件是由于單一組元的故障引起的，還是由另外什么組元的故障引起的？引起該事件的必要且充分故障是什么？外什么組元的故障引起的？引起該事件的必要

11、且充分故障是什么？將圖展開到基本事件（原因）或沒有必要再發(fā)展的事件為止。將圖展開到基本事件（原因）或沒有必要再發(fā)展的事件為止。3.1 失效分析的思路及方法 (5)(5)故障樹分析法的應(yīng)用故障樹分析法的應(yīng)用 故障樹分析法可以用于事后分析，即分析某項(xiàng)故故障樹分析法可以用于事后分析，即分析某項(xiàng)故障障( (失效失效) )產(chǎn)生的原因，也可以用于事前分析，即進(jìn)行產(chǎn)生的原因，也可以用于事前分析，即進(jìn)行系統(tǒng)故障預(yù)測和診斷，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系系統(tǒng)故障預(yù)測和診斷，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的最優(yōu)化。統(tǒng)設(shè)計的最優(yōu)化。 現(xiàn)在這一分析法已廣泛應(yīng)用于設(shè)計、加工制造以現(xiàn)在這一分析法已廣泛應(yīng)用于設(shè)計、加工制造以

12、及管理和安全生產(chǎn)等方面，其目的是要找出設(shè)計和制及管理和安全生產(chǎn)等方面，其目的是要找出設(shè)計和制造方面存在的錯誤和缺陷可能引起哪些故障，以及定造方面存在的錯誤和缺陷可能引起哪些故障，以及定量計算某種故障出現(xiàn)的概率，從而達(dá)到改進(jìn)設(shè)計方案、量計算某種故障出現(xiàn)的概率，從而達(dá)到改進(jìn)設(shè)計方案、減少缺陷發(fā)生率等目的。減少缺陷發(fā)生率等目的。3.1 失效分析的思路及方法 3模糊故障樹樹分析及其應(yīng)應(yīng)用 故障樹分析方法都要求系統(tǒng)的頂事件和底事故障樹分析方法都要求系統(tǒng)的頂事件和底事件是一個確定的事件，即要么正常要么發(fā)生故障件是一個確定的事件，即要么正常要么發(fā)生故障(失效失效)。 對于非確定性的模糊事件構(gòu)成的故樹，對于非

13、確定性的模糊事件構(gòu)成的故樹，顯然傳統(tǒng)的分析方法是無能為力的。為此，將模顯然傳統(tǒng)的分析方法是無能為力的。為此，將模糊理論引入故障樹分析法，構(gòu)成模糊故障分析系糊理論引入故障樹分析法，構(gòu)成模糊故障分析系統(tǒng)。統(tǒng)。3.1 失效分析的思路及方法 數(shù)理統(tǒng)計方法在失效分析中也得到了廣泛應(yīng)用。與上述分析方數(shù)理統(tǒng)計方法在失效分析中也得到了廣泛應(yīng)用。與上述分析方法不同之處在于，它所研究的失效問題通常不是某個具體的失效事法不同之處在于，它所研究的失效問題通常不是某個具體的失效事件面是某類產(chǎn)品的一批、在某一個時間內(nèi)的失效規(guī)律件面是某類產(chǎn)品的一批、在某一個時間內(nèi)的失效規(guī)律。 巴特雷曲線：以失效模式、失效方法或失效的部位等

14、為橫坐標(biāo)，巴特雷曲線：以失效模式、失效方法或失效的部位等為橫坐標(biāo)，而以失效率或經(jīng)濟(jì)損失為縱坐標(biāo)繪制的曲線。而以失效率或經(jīng)濟(jì)損失為縱坐標(biāo)繪制的曲線。 如右圖所示，該圖可以清楚地告訴如右圖所示，該圖可以清楚地告訴我們哪個失效模式、失效方式和失效部我們哪個失效模式、失效方式和失效部位是應(yīng)該優(yōu)先考慮的問題。位是應(yīng)該優(yōu)先考慮的問題。3.1 失效分析的思路及方法 3.2.1 分析程序的意義義 失效分析是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作，它不僅要求失效分析工作人失效分析是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作，它不僅要求失效分析工作人員具備多方面的專業(yè)知識，而且要求多方面的工程技術(shù)人員，操作員具備多方面的專業(yè)知識，而且要求多方面的工程技術(shù)人

15、員，操作者及有關(guān)的科學(xué)工作者的相互配合，才能圓滿地解決問題。因此，者及有關(guān)的科學(xué)工作者的相互配合，才能圓滿地解決問題。因此，如果在分析以前沒有設(shè)計出一個科學(xué)的分析程序和實(shí)施步驟，往往如果在分析以前沒有設(shè)計出一個科學(xué)的分析程序和實(shí)施步驟，往往就會出現(xiàn)工作忙亂、漏取數(shù)據(jù)、工作緩慢或走彎路，甚至把分析時就會出現(xiàn)工作忙亂、漏取數(shù)據(jù)、工作緩慢或走彎路，甚至把分析時步驟搞顛倒，使某些應(yīng)得的信息被另一提前的步驟給毀掉了。步驟搞顛倒，使某些應(yīng)得的信息被另一提前的步驟給毀掉了。 首先制定一個科學(xué)的分析程序，是保證失效分析工作首先制定一個科學(xué)的分析程序，是保證失效分析工作順利而有效進(jìn)行的前提條件。順利而有效進(jìn)行的

16、前提條件。3.2 失效分析的程序及步驟驟 3.2.2 失效分析的一般程序 一般說來，大體上包括：一般說來，大體上包括： 1.調(diào)查失效事件的現(xiàn)場調(diào)查失效事件的現(xiàn)場 2.收集背景材料收集背景材料 3.深入研究分析深入研究分析 4.綜合歸納所有信息并提出初步結(jié)論綜合歸納所有信息并提出初步結(jié)論 5.重現(xiàn)性試驗(yàn)或證明試驗(yàn)重現(xiàn)性試驗(yàn)或證明試驗(yàn) 6.確定失效原因并提出建議措施確定失效原因并提出建議措施 7.寫出分析報告等內(nèi)容。寫出分析報告等內(nèi)容。3.2 失效分析的程序及步驟驟 1現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)場調(diào)查 (1)保護(hù)現(xiàn)場護(hù)現(xiàn)場。 在防止事故進(jìn)進(jìn)一步擴(kuò)擴(kuò)展的前提下，應(yīng)應(yīng)力求保護(hù)現(xiàn)場護(hù)現(xiàn)場不被破壞，如果必須須改變變某些零

17、件的位置，應(yīng)應(yīng)先拍照或做出標(biāo)記標(biāo)記。 (2)查查明事故發(fā)發(fā)生的時問時問、地點(diǎn)及失效過過程。 (3)收集殘殘骸碎片，標(biāo)標(biāo)出相對對位置，保護(hù)護(hù)好斷斷口, (4)選選取進(jìn)進(jìn)步分析的試樣試樣，并并注明位置及取樣樣方法。 (5)詢問詢問目擊擊者及其他有關(guān)關(guān)人員員，了解有關(guān)關(guān)情況況。 (6)寫寫出現(xiàn)場調(diào)查報現(xiàn)場調(diào)查報告.3.2 失效分析的程序及步驟驟 收集背景材料收集背景材料(1)設(shè)備設(shè)備的自然情況自然情況 (2)設(shè)備設(shè)備的運(yùn)運(yùn)行記錄記錄，要特別別注載載荷及其波動動，溫溫度變變化，腐蝕蝕介質(zhì)質(zhì)等。(3)設(shè)備設(shè)備的維維修歷歷史惰況況。(4)設(shè)備設(shè)備的失效歷歷史惰況況。(5)設(shè)計圖樣設(shè)計圖樣及說說明書書、裝配

18、程序說說明書書、使用維護(hù)說維護(hù)說明=轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)等。(6)材料選擇選擇及其依據(jù)，(7)沒備沒備主要零部件的生產(chǎn)產(chǎn)流程。(8)設(shè)備設(shè)備服役前的經(jīng)歷經(jīng)歷，包括裝配、包裝、運(yùn)輸運(yùn)輸、儲儲存、安裝和調(diào)試調(diào)試等(9)質(zhì)質(zhì)量檢驗(yàn)報檢驗(yàn)報告及有關(guān)關(guān)的規(guī)規(guī)范和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。3.2 失效分析的程序及步驟驟 3.3.技術(shù)參量復(fù)驗(yàn)技術(shù)參量復(fù)驗(yàn)（1 1）材料的化學(xué)成分）材料的化學(xué)成分（2 2）材料的金相組織及硬度）材料的金相組織及硬度（3 3）常規(guī)力學(xué)性能）常規(guī)力學(xué)性能（4 4）主要零部件的幾何參量及裝配間隙）主要零部件的幾何參量及裝配間隙4深入分析研研究 (1)失效產(chǎn)產(chǎn)品的直觀檢查觀檢查(變變形、損傷損傷情況況，裂紋擴(kuò)紋擴(kuò)展，斷

19、斷裂源)。 (2)斷斷口的宏流觀觀分析及微觀觀形貌分析(常用掃掃描電電子顯顯微鏡鏡)。 (3)無損損探傷檢查傷檢查(渦渦、著色、磁粉、同位素、x射線線、超聲聲波等)。 (4)表面及界面成分分析(俄歇能譜譜等)。 (5)局部或微區(qū)區(qū)成分分析(輝輝光光譜譜、能譜譜、電電子探針針等)。 (6)相結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析(X射線線衍射法)。 (7)斷斷裂韌韌度檢查檢查，強(qiáng)度、韌韌性及剛剛度校核。3.2 失效分析的程序及步驟驟 5 5合分析歸納，推理判斷提出初步結(jié)論合分析歸納，推理判斷提出初步結(jié)論 根據(jù)失效現(xiàn)場獲現(xiàn)場獲得的信息、背景材料及各種實(shí)測數(shù)種實(shí)測數(shù)據(jù)，運(yùn)運(yùn)用材料學(xué)學(xué)、機(jī)械學(xué)學(xué)、管理學(xué)學(xué)及統(tǒng)計學(xué)統(tǒng)計學(xué)等方面的

20、知識識，進(jìn)進(jìn)行綜綜合歸納歸納、推理判斷斷，去偽偽存真真、由表及里地分析后，初步確定失效模式，并并提出失效原因的初步意見見和預(yù)預(yù)防措施。6重現(xiàn)現(xiàn)性試驗(yàn)試驗(yàn)或證證明試驗(yàn)試驗(yàn) 為了驗(yàn)證所得結(jié)論的可靠性，對于重大事件，在條件允許為了驗(yàn)證所得結(jié)論的可靠性，對于重大事件，在條件允許的情況下，應(yīng)進(jìn)行重現(xiàn)性試驗(yàn)或?qū)ζ渲械哪承╆P(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行的情況下，應(yīng)進(jìn)行重現(xiàn)性試驗(yàn)或?qū)ζ渲械哪承╆P(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行證明試驗(yàn)。證明試驗(yàn)。3.2 失效分析的程序及步驟驟 7撰寫寫失效分析報報告 失效分析報告與科學(xué)研究報告相比較，除了在應(yīng)寫得條理清晰、失效分析報告與科學(xué)研究報告相比較，除了在應(yīng)寫得條理清晰、簡明扼要、合乎邏輯方面相同外，二者在格

21、式和側(cè)重點(diǎn)等許多方面簡明扼要、合乎邏輯方面相同外，二者在格式和側(cè)重點(diǎn)等許多方面都有所不同。失效分析側(cè)重于失效情況的調(diào)查、取證和驗(yàn)證，在此都有所不同。失效分析側(cè)重于失效情況的調(diào)查、取證和驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上通過綜合歸納得出結(jié)論，而不著重探討失效機(jī)理基礎(chǔ)上通過綜合歸納得出結(jié)論，而不著重探討失效機(jī)理. 失效分析報告通常應(yīng)包括如下內(nèi)容：失效分析報告通常應(yīng)包括如下內(nèi)容： (1)概概述 (2)失效事件的調(diào)查結(jié)調(diào)查結(jié)果 (3)分析結(jié)結(jié)果 (4)問題討論問題討論 (5)結(jié)論與結(jié)論與建議議3.2 失效分析的程序及步驟驟 (1)(1)概述概述 介紹失效事件的自然情況介紹失效事件的自然情況, ,受何部門或單位的委托受何

22、部門或單位的委托, ,分析的目的分析的目的及要求及要求, ,參加分析人員情況參加分析人員情況, ,起止時問等。起止時問等。( (2)2)失效事件的調(diào)查結(jié)果失效事件的調(diào)查結(jié)果 簡明扼要地介紹失效簡明扼要地介紹失效 部件的損壞情況。當(dāng)時的環(huán)境條件及工況部件的損壞情況。當(dāng)時的環(huán)境條件及工況條件；當(dāng)事人條件；當(dāng)事人 和目擊者對失效事件的看法，失效部件的服役史、制和目擊者對失效事件的看法，失效部件的服役史、制造史及有關(guān)的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)。造史及有關(guān)的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)。(3)(3)分析結(jié)結(jié)果 采用何種方法和手段，做了哪些分析工作，有何發(fā)現(xiàn)，按照認(rèn)采用何種方法和手段，做了哪些分析工作，有何發(fā)現(xiàn)，按照認(rèn)識的自然過

23、程一步步地介紹清楚。重要的是證據(jù)而不是議論識的自然過程一步步地介紹清楚。重要的是證據(jù)而不是議論.對于斷對于斷裂件的分析，斷口的宏觀和微觀分析、材料的選擇及冶金質(zhì)量情況裂件的分析，斷口的宏觀和微觀分析、材料的選擇及冶金質(zhì)量情況分析、力學(xué)性能及硬度的復(fù)檢、制造工藝及服役條件的評價等分析分析、力學(xué)性能及硬度的復(fù)檢、制造工藝及服役條件的評價等分析內(nèi)容通常是不呵缺少的。內(nèi)容通常是不呵缺少的。3.2 失效分析的程序及步驟驟 (4)問題討論問題討論 對對分析工作中出現(xiàn)現(xiàn)的異異常情況況、觀觀點(diǎn)已的分歧、失效機(jī)理的看法等問題進(jìn)問題進(jìn)行進(jìn)進(jìn)一步的分析討淪討淪。(5)結(jié)論與結(jié)論與建議議。 結(jié)論結(jié)論意見見要準(zhǔn)確，建議

24、議要具體、切實(shí)實(shí)可行。遺遺留的問題問題、尚尚需進(jìn)進(jìn)一步觀觀察和驗(yàn)證驗(yàn)證的問題問題也應(yīng)當(dāng)寫清應(yīng)當(dāng)寫清楚。但涉及到法律程序方面的問題問題，比如，甲方對對本次失效事件負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)，應(yīng)賠償應(yīng)賠償乙方多少經(jīng)濟(jì)損經(jīng)濟(jì)損失等，則則不屬屬失效分析報報告的內(nèi)內(nèi)容。3.2 失效分析的程序及步驟驟 33 斷斷口分析 斷斷口分析，是用肉眼、低倍放大鏡、實(shí)體顯微鏡、電子顯微鏡、分析，是用肉眼、低倍放大鏡、實(shí)體顯微鏡、電子顯微鏡、電子探針、俄歇電子能譜、離子探針質(zhì)譜儀等儀器設(shè)備，對斷口表電子探針、俄歇電子能譜、離子探針質(zhì)譜儀等儀器設(shè)備，對斷口表面進(jìn)行觀察及分析，以便找出斷裂的形貌特征、成分特點(diǎn)及相結(jié)構(gòu)面進(jìn)行觀察及分析，以便找

25、出斷裂的形貌特征、成分特點(diǎn)及相結(jié)構(gòu)等與致斷因素的內(nèi)在聯(lián)系。斷裂件的斷口分析是斷裂失效分析的主等與致斷因素的內(nèi)在聯(lián)系。斷裂件的斷口分析是斷裂失效分析的主要內(nèi)容。要內(nèi)容。 斷口分析包括宏觀分析和微觀分析兩個方面。宏觀分析主要用斷口分析包括宏觀分析和微觀分析兩個方面。宏觀分析主要用于分析斷口形貌。微觀分析，既包括微觀形貌分析又包括于分析斷口形貌。微觀分析，既包括微觀形貌分析又包括 斷口產(chǎn)物斷口產(chǎn)物分析（如產(chǎn)物的化學(xué)成分、相結(jié)構(gòu)及其分布等）。分析（如產(chǎn)物的化學(xué)成分、相結(jié)構(gòu)及其分布等）。3.3.1 斷斷口處處理及斷斷口分析的任務(wù)務(wù) 1. 斷斷口的處處理 對斷口進(jìn)行分析以前，必須妥善地保護(hù)好斷叫并進(jìn)行必要

26、的處理對斷口進(jìn)行分析以前，必須妥善地保護(hù)好斷叫并進(jìn)行必要的處理。 (1)干燥大氣氣中斷斷裂的新鮮斷鮮斷口，應(yīng)應(yīng)立即放到干燥器內(nèi)內(nèi)或真真空室內(nèi)內(nèi)保存，以防止銹蝕銹蝕，并應(yīng)并應(yīng)注意防止手指污污染斷斷口及損傷斷損傷斷口表面 (2)對對于斷斷后被油污污染的斷斷口，要進(jìn)進(jìn)行仔細(xì)清細(xì)清洗。 (3)潮濕濕大氣氣中銹蝕銹蝕的斷斷口，可先用稀鹽鹽酸水溶液去除銹蝕氧銹蝕氧物，然后用清清水沖洗，再用無水酒精沖洗并并吹干。 (4)腐蝕環(huán)蝕環(huán)境中斷斷裂的斷斷口，在斷斷口表面通常覆蓋一層層腐蝕產(chǎn)蝕產(chǎn)物,這層這層腐蝕產(chǎn)蝕產(chǎn)物對對分析致斷原因往往非常重要。析致斷原因往往非常重要。 (5)一般斷斷口進(jìn)進(jìn)行宏觀觀分析后，還還要進(jìn)

27、進(jìn)行微觀觀分析等工作，這這就需要對斷對斷口進(jìn)進(jìn)行解剖(取樣樣)。33 斷斷口分析2. 斷斷口分析的任務(wù)務(wù) （l）確定斷裂的宏觀性質(zhì)，是延性斷裂還是脆性斷裂或疲勞斷裂）確定斷裂的宏觀性質(zhì)，是延性斷裂還是脆性斷裂或疲勞斷裂. （2）確定斷口的宏觀形貌，是纖維狀斷口還是結(jié)晶狀斷口，有無）確定斷口的宏觀形貌，是纖維狀斷口還是結(jié)晶狀斷口，有無放射線花樣及有無剪切唇等。放射線花樣及有無剪切唇等。 （3）查找裂紋源區(qū)的位置及數(shù)量）查找裂紋源區(qū)的位置及數(shù)量,裂紋源區(qū)的所在位置是在表面、裂紋源區(qū)的所在位置是在表面、次表面還是在內(nèi)部，裂紋源區(qū)的數(shù)目，在存在多個裂紋源區(qū)的情況次表面還是在內(nèi)部，裂紋源區(qū)的數(shù)目，在存在

28、多個裂紋源區(qū)的情況下，它們產(chǎn)生的先后順序是怎樣的等；下，它們產(chǎn)生的先后順序是怎樣的等； (4) 確定斷斷口的形成過過程，裂紋紋是從從何處產(chǎn)處產(chǎn)生的，裂紋紋向何處擴(kuò)處擴(kuò)展，擴(kuò)擴(kuò)展的速度如何等。 (5)確定斷斷裂的微觀觀機(jī)制，是解理型、準(zhǔn)解理型還還是微孔型，是沿晶型還還是穿晶型等。 (6)確定斷斷口表面產(chǎn)產(chǎn)物的性質(zhì)質(zhì)，斷斷口上有無腐蝕產(chǎn)蝕產(chǎn)物或其他產(chǎn)產(chǎn)物，何種產(chǎn)種產(chǎn)物，該產(chǎn)該產(chǎn)物是否參與參與了斷斷裂過過程等。33 斷斷口分析332斷斷口的宏觀觀分析 斷口的宏觀分析是指用肉眼或放大倍數(shù)一般不超過斷口的宏觀分析是指用肉眼或放大倍數(shù)一般不超過3030倍的放大倍的放大鏡及實(shí)物顯微鏡，對斷口表面進(jìn)行直接觀察

29、和分析的方法。斷口的鏡及實(shí)物顯微鏡，對斷口表面進(jìn)行直接觀察和分析的方法。斷口的宏觀分析法是一種對斷裂件進(jìn)行直觀分析的簡便方法宏觀分析法是一種對斷裂件進(jìn)行直觀分析的簡便方法. . 斷口的宏觀分析，能夠了解斷裂的全過程，因而有助于確定斷斷口的宏觀分析，能夠了解斷裂的全過程，因而有助于確定斷裂過程和構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，并有助于確定斷裂過程和斷裂應(yīng)裂過程和構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，并有助于確定斷裂過程和斷裂應(yīng)力力( (正應(yīng)力及切應(yīng)力正應(yīng)力及切應(yīng)力) )問的關(guān)系。斷口的宏觀分析，可以直接確定斷問的關(guān)系。斷口的宏觀分析，可以直接確定斷裂的宏觀表現(xiàn)及其性質(zhì)，即是宏觀脆斷還足韌斷，并確定斷裂源區(qū)裂的宏觀表現(xiàn)及其

30、性質(zhì)，即是宏觀脆斷還足韌斷，并確定斷裂源區(qū)的位置、數(shù)量及裂紋：曠展方向等。的位置、數(shù)量及裂紋：曠展方向等。 斷口的宏觀分析是斷裂件失效分析的基礎(chǔ)斷口的宏觀分析是斷裂件失效分析的基礎(chǔ)33 斷斷口分析1.最初斷斷裂件的判斷斷（1 1）整機(jī)殘骸的失效分析）整機(jī)殘骸的失效分析 整機(jī)殘骸的分析通常稱為殘骸的順序分析。整機(jī)殘骸的分析通常稱為殘骸的順序分析。 即根據(jù)殘骸上的碰傷、劃即根據(jù)殘骸上的碰傷、劃痕及其破壞特征分析整痕及其破壞特征分析整 機(jī)破壞的先后順序，由大部件到小部件，再到單個機(jī)破壞的先后順序，由大部件到小部件，再到單個零件，進(jìn)而對最初斷裂件的斷口作具體分析。零件，進(jìn)而對最初斷裂件的斷口作具體分析

31、。（2 2）多個同類零件損壞的失效分析）多個同類零件損壞的失效分析 一組同類零件的幾個或全部發(fā)生損壞時，要判明事故原因需確定哪一一組同類零件的幾個或全部發(fā)生損壞時，要判明事故原因需確定哪一個件先壞，這類分析也應(yīng)采用順序分析法。在對多個同類零件的損壞情況個件先壞，這類分析也應(yīng)采用順序分析法。在對多個同類零件的損壞情況下，要根據(jù)損壞件的變形及損傷的嚴(yán)重程度來確定最初破斷件下，要根據(jù)損壞件的變形及損傷的嚴(yán)重程度來確定最初破斷件.（3）同一個零件上相同部位的多處發(fā)生破斷）同一個零件上相同部位的多處發(fā)生破斷 在同一個零件上，在其幾何結(jié)構(gòu)及受力情況完全相同的幾個部位均出在同一個零件上，在其幾何結(jié)構(gòu)及受力情

32、況完全相同的幾個部位均出現(xiàn)損壞的情況。必須首先搞清楚是哪個部位首先損壞?，F(xiàn)損壞的情況。必須首先搞清楚是哪個部位首先損壞。 33 斷斷口分析3.3 斷斷 口 分 析 。3.3 斷斷 口 分 析 損傷齒輪損傷齒輪宏觀觀形態(tài)與態(tài)與最先損傷齒損傷齒的判斷斷33 斷斷口分析2. 主斷斷面（主裂紋紋）的宏觀觀判斷斷 主斷面就是最先開裂的斷裂面。主斷面上的變形程度、形貌特主斷面就是最先開裂的斷裂面。主斷面上的變形程度、形貌特點(diǎn)，特別是斷裂源區(qū)的分析，是整個斷裂失效分析中最重要的環(huán)節(jié)。點(diǎn)，特別是斷裂源區(qū)的分析，是整個斷裂失效分析中最重要的環(huán)節(jié)。在最初斷裂件，如果存在數(shù)條裂紋或破壞成幾個碎片，尋找主斷面在最初斷

33、裂件，如果存在數(shù)條裂紋或破壞成幾個碎片，尋找主斷面的方法通常有以下幾種：的方法通常有以下幾種：（1）利用碎片拼湊法確定主斷面）利用碎片拼湊法確定主斷面 將破碎零件的碎片按零件原來的形狀拼合起來，然后觀察其密將破碎零件的碎片按零件原來的形狀拼合起來，然后觀察其密合程度。密合程度好的為后斷的，密合最差的斷面為最先開裂的斷合程度。密合程度好的為后斷的，密合最差的斷面為最先開裂的斷面，即主斷面。面，即主斷面。33 斷斷口分析連連桿上銷銷孔開開裂的斷斷口上的拼拼合情況況（A處拼處拼合張張口最大，開開裂順順序AB C）（1）利用碎片拼湊法確定主斷面）利用碎片拼湊法確定主斷面 33 斷斷口分析（2）按照）按

34、照“T”形匯合法確定主斷面或主裂紋形匯合法確定主斷面或主裂紋 如果在最初斷裂件上分成幾塊或是存在兩條以如果在最初斷裂件上分成幾塊或是存在兩條以E的相互連接的的相互連接的裂紋，此時可以按照裂紋，此時可以按照“T”形匯合法的原則加以判斷形匯合法的原則加以判斷。如下左圖如下左圖 兩條裂紋構(gòu)成兩條裂紋構(gòu)成“T”形形 裂紋（裂紋（A）與支裂紋（）與支裂紋（B、C） （裂紋（裂紋A在在B之前形成）之前形成）（3）按照裂紋的河流花樣確定主裂紋）按照裂紋的河流花樣確定主裂紋 根據(jù)裂紋形成的河流花樣確定主裂紋根據(jù)裂紋形成的河流花樣確定主裂紋,通常的情況是，主裂紋通常的情況是，主裂紋較寬、較深、較長，即河流花樣的

35、主流較寬、較深、較長，即河流花樣的主流。并且裂紋源的位置在支裂并且裂紋源的位置在支裂紋擴(kuò)展方向的反方向。如上右圖紋擴(kuò)展方向的反方向。如上右圖33 斷斷口分析3. 斷斷裂（裂紋紋）源區(qū)區(qū)的宏觀觀判斷斷 裂紋源區(qū)是斷裂破壞的宏觀開始部位。主斷面（主裂紋）確定裂紋源區(qū)是斷裂破壞的宏觀開始部位。主斷面（主裂紋）確定后，斷裂分析的進(jìn)一步工作是尋找裂紋源區(qū)。尋找裂紋源區(qū)不僅是后，斷裂分析的進(jìn)一步工作是尋找裂紋源區(qū)。尋找裂紋源區(qū)不僅是斷裂宏觀分析中最核心的任務(wù)，而且是光學(xué)顯微分析和電子顯微分?jǐn)嗔押暧^分析中最核心的任務(wù)，而且是光學(xué)顯微分析和電子顯微分析的基礎(chǔ)。析的基礎(chǔ)。 (1)根據(jù)不同斷斷裂的特征確定裂紋紋源

36、區(qū)區(qū) 不同斷裂都有不同或相應(yīng)的特征，按照這些特征來確定斷裂源不同斷裂都有不同或相應(yīng)的特征，按照這些特征來確定斷裂源是斷口分析中最直接、最可靠的方法。不同的斷裂類型，在斷口上是斷口分析中最直接、最可靠的方法。不同的斷裂類型，在斷口上都可以觀察到典型的特征形貌。正確的斷口分析不僅能夠確定斷裂都可以觀察到典型的特征形貌。正確的斷口分析不僅能夠確定斷裂的性質(zhì)，同時能夠確定斷裂源區(qū)，為進(jìn)一步的分析確定基礎(chǔ)。的性質(zhì)，同時能夠確定斷裂源區(qū)，為進(jìn)一步的分析確定基礎(chǔ)。33 斷斷口分析(1)根據(jù)不同斷斷裂的特征確定裂紋紋源區(qū)區(qū)例例 1 ：利用斷口上的：利用斷口上的“三要素三要素”特征確定裂紋源區(qū)特征確定裂紋源區(qū)

37、如果在斷裂件的主斷面上觀察到纖維區(qū)、放射區(qū)及剪切唇三種如果在斷裂件的主斷面上觀察到纖維區(qū)、放射區(qū)及剪切唇三種斷裂特征，則裂紋源區(qū)應(yīng)在纖維區(qū)中斷裂特征，則裂紋源區(qū)應(yīng)在纖維區(qū)中。如下圖如下圖33 斷斷口分析(1)根據(jù)不同斷斷裂的特征確定裂紋紋源區(qū)區(qū)例例 2 ：利用斷口上的：利用斷口上的“人人”字紋特征確定裂紋源區(qū)字紋特征確定裂紋源區(qū) 對于光滑試件來說，一組人字紋指向的末端即為裂紋源區(qū)。對于光滑試件來說，一組人字紋指向的末端即為裂紋源區(qū)。33 斷斷口分析(1)根據(jù)不同斷斷裂的特征確定裂紋紋源區(qū)區(qū)例例 3 ：根據(jù)斷口上的放射花樣確定裂紋源區(qū)：根據(jù)斷口上的放射花樣確定裂紋源區(qū) 圓形試件、缺口沖擊試件的靜

38、載斷裂，應(yīng)力腐蝕斷裂及氫脆斷圓形試件、缺口沖擊試件的靜載斷裂，應(yīng)力腐蝕斷裂及氫脆斷裂的斷口上，其撕裂棱線通常呈放射線狀，一組放射線的放射中心裂的斷口上，其撕裂棱線通常呈放射線狀，一組放射線的放射中心則是裂紋源。則是裂紋源。33 斷斷口分析(1)根據(jù)不同斷斷裂的特征確定裂紋紋源區(qū)區(qū)例例 4 ：根據(jù)斷口上的：根據(jù)斷口上的“貝紋貝紋”線確定裂紋源區(qū)線確定裂紋源區(qū) 疲勞斷裂的斷口上通?？梢钥吹截惣y花樣的特征線條，貝紋線疲勞斷裂的斷口上通?？梢钥吹截惣y花樣的特征線條，貝紋線形似一組同心圓，該圓心即為裂紋源。形似一組同心圓，該圓心即為裂紋源。33 斷斷口分析(2)將斷開將斷開的零件的兩兩部分相匹配，則則裂

39、縫縫的最寬處為寬處為裂紋紋源區(qū)區(qū)例例 : 按照斷口拼合的張口大小確定斷裂源按照斷口拼合的張口大小確定斷裂源 如下圖所示實(shí)際開裂的管件。兩段拼合后，先開裂的部分張口如下圖所示實(shí)際開裂的管件。兩段拼合后，先開裂的部分張口很大，而后開裂的部分很大，而后開裂的部分(管子的下部管子的下部)則拼合很好。則拼合很好。33 斷斷口分析(3)根據(jù)斷斷口上的色彩程度確定裂紋紋源區(qū)區(qū) 按照斷口的顏色及其深淺程度來確定裂紋源區(qū)的方法，主要是按照斷口的顏色及其深淺程度來確定裂紋源區(qū)的方法，主要是觀察斷口上有無有別于金屬本色的氧化色、銹蝕及其他腐蝕色彩等觀察斷口上有無有別于金屬本色的氧化色、銹蝕及其他腐蝕色彩等特征，并依

40、此確定裂紋源區(qū)的宏觀位置。有色彩處為先斷，無色彩特征，并依此確定裂紋源區(qū)的宏觀位置。有色彩處為先斷，無色彩處處(或?yàn)榻饘俦旧驗(yàn)榻饘俦旧?為后斷。色彩深的部位為先斷，淺處為后斷。為后斷。色彩深的部位為先斷，淺處為后斷。(4)斷斷的邊緣邊緣情況況 觀察斷口的邊緣有無臺階、毛刺、剪切唇和宏觀塑性變形等，觀察斷口的邊緣有無臺階、毛刺、剪切唇和宏觀塑性變形等，將有助于分析裂紋源區(qū)的位囂、裂紋擴(kuò)展方向及斷裂的陸質(zhì)等問題。將有助于分析裂紋源區(qū)的位囂、裂紋擴(kuò)展方向及斷裂的陸質(zhì)等問題。當(dāng)然，并不是在所有的斷口上處都能找到斷裂源。當(dāng)然，并不是在所有的斷口上處都能找到斷裂源。33 斷斷口分析4宏觀斷觀斷口的表象觀

41、觀察與與致斷斷原因初判(1)斷斷裂源區(qū)區(qū)和零件幾何結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的關(guān)關(guān)系 斷裂源區(qū)可能發(fā)生在零件的表面、次表面或內(nèi)部斷裂源區(qū)可能發(fā)生在零件的表面、次表面或內(nèi)部 對于塑性材料的光滑試件對于塑性材料的光滑試件(零件零件)，在單向拉伸狀態(tài)下，斷裂源在，在單向拉伸狀態(tài)下，斷裂源在截面的中心部位屬于正常情況。為防止零件出現(xiàn)此種斷裂，應(yīng)提高截面的中心部位屬于正常情況。為防止零件出現(xiàn)此種斷裂，應(yīng)提高材料的強(qiáng)度水平或加大零件的幾何尺寸。材料的強(qiáng)度水平或加大零件的幾何尺寸。 表面硬化件發(fā)生斷裂時，斷裂源可能發(fā)生在次表層，為防止此類表面硬化件發(fā)生斷裂時，斷裂源可能發(fā)生在次表層，為防止此類零件的斷裂，應(yīng)加大硬化層的深度或

42、提高零件的心部硬度。零件的斷裂，應(yīng)加大硬化層的深度或提高零件的心部硬度。 除上述兩種情況外，斷裂源區(qū)一般發(fā)生在零件的表面，特別是零除上述兩種情況外，斷裂源區(qū)一般發(fā)生在零件的表面，特別是零件的尖角、凸臺、缺口、刮傷及較深的加工刀痕等應(yīng)力集中處。件的尖角、凸臺、缺口、刮傷及較深的加工刀痕等應(yīng)力集中處。33 斷斷口分析(2)斷斷裂源區(qū)與區(qū)與零件最大應(yīng)應(yīng)力截面位置的關(guān)關(guān)系 斷裂源區(qū)的位置一般應(yīng)與最大應(yīng)力所在平面相對應(yīng)。如果不一斷裂源區(qū)的位置一般應(yīng)與最大應(yīng)力所在平面相對應(yīng)。如果不一致則表明零件的幾何結(jié)構(gòu)存在某種缺陷或工作載荷發(fā)生了變化，但致則表明零件的幾何結(jié)構(gòu)存在某種缺陷或工作載荷發(fā)生了變化，但更為常見

43、的情況是材料的組織狀態(tài)不正常更為常見的情況是材料的組織狀態(tài)不正常(如材料的各向異性現(xiàn)象嚴(yán)如材料的各向異性現(xiàn)象嚴(yán)重重)或存在著較嚴(yán)重的缺陷或存在著較嚴(yán)重的缺陷(如鑄造缺陷、焊接裂紋、鍛造折疊如鑄造缺陷、焊接裂紋、鍛造折疊)等情等情況。況。(3)斷裂源區(qū)的個數(shù)和范圍斷裂源區(qū)的個數(shù)和范圍 常的情況是，應(yīng)力數(shù)值較小或應(yīng)力狀態(tài)較柔時易從一處產(chǎn)生，常的情況是，應(yīng)力數(shù)值較小或應(yīng)力狀態(tài)較柔時易從一處產(chǎn)生，應(yīng)力數(shù)值較大或應(yīng)力狀態(tài)較硬時易從多處產(chǎn)生；由材料中的缺陷及應(yīng)力數(shù)值較大或應(yīng)力狀態(tài)較硬時易從多處產(chǎn)生；由材料中的缺陷及局部應(yīng)力集中引起的斷裂，裂紋多從局部產(chǎn)生；存在大尺寸的幾何局部應(yīng)力集中引起的斷裂，裂紋多從局

44、部產(chǎn)生；存在大尺寸的幾何結(jié)構(gòu)缺陷引起的應(yīng)力集中時，裂紋易從大范圍內(nèi)產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)缺陷引起的應(yīng)力集中時，裂紋易從大范圍內(nèi)產(chǎn)生。33 斷斷口分析(4)斷斷口表面的粗糙度 斷口表面的粗糙度在很大程度上可以反映斷裂的微觀機(jī)斷口表面的粗糙度在很大程度上可以反映斷裂的微觀機(jī)制，并有助于斷裂性質(zhì)及致斷原因的判斷。制，并有助于斷裂性質(zhì)及致斷原因的判斷。 如粗糙的纖維狀多為微孔聚集型的斷裂機(jī)制一且孔坑粗如粗糙的纖維狀多為微孔聚集型的斷裂機(jī)制一且孔坑粗大，塑變現(xiàn)象嚴(yán)重；瓷狀斷口多為準(zhǔn)解理或脆性的微孔斷裂，大，塑變現(xiàn)象嚴(yán)重；瓷狀斷口多為準(zhǔn)解理或脆性的微孔斷裂，塑變現(xiàn)象極小，孔坑小、淺、數(shù)量極多；粗、細(xì)品粒狀為沿晶塑變現(xiàn)

45、象極小，孔坑小、淺、數(shù)量極多；粗、細(xì)品粒狀為沿晶斷裂；鏡面反光現(xiàn)象明顯的結(jié)晶狀斷口為解理斷裂；理斷裂；斷裂；鏡面反光現(xiàn)象明顯的結(jié)晶狀斷口為解理斷裂；理斷裂；表面較平整多為穿晶斷裂，凹凸不平多為沿晶斷裂等。表面較平整多為穿晶斷裂，凹凸不平多為沿晶斷裂等。(5)斷斷口上的冶金缺陷 注意觀觀察斷斷口上有無夾雜夾雜、分層層、粗大晶粒、疏松、縮縮孔等缺陷。33 斷斷口分析333斷斷口的微觀觀分析 斷裂件的斷口經(jīng)宏觀分析之后，對斷裂的性質(zhì)、類型及致斷原斷裂件的斷口經(jīng)宏觀分析之后，對斷裂的性質(zhì)、類型及致斷原因等問題已有所了解。但對于許多斷裂問題，特別是在特殊環(huán)境條因等問題已有所了解。但對于許多斷裂問題，特別

46、是在特殊環(huán)境條件下發(fā)生的斷裂，僅限于宏觀分析還是不夠的。其原因是，一方面件下發(fā)生的斷裂，僅限于宏觀分析還是不夠的。其原因是，一方面是由于斷口的某些產(chǎn)物需要搞清楚才能確定斷裂原因另一方面宏是由于斷口的某些產(chǎn)物需要搞清楚才能確定斷裂原因另一方面宏觀斷口形貌尚不能完全揭示出斷裂的微觀機(jī)制及其他細(xì)節(jié)。因此，觀斷口形貌尚不能完全揭示出斷裂的微觀機(jī)制及其他細(xì)節(jié)。因此，為了進(jìn)一步搞清楚這些問題、尚需對斷口作微觀分析。為了進(jìn)一步搞清楚這些問題、尚需對斷口作微觀分析。33 斷斷口分析1斷斷口微觀觀分析的內(nèi)內(nèi)容和方法 其內(nèi)容主要包括斷口的產(chǎn)物分析及形貌分析兩個方面。其內(nèi)容主要包括斷口的產(chǎn)物分析及形貌分析兩個方面。

47、(1)斷斷口的產(chǎn)產(chǎn)物分析 斷口產(chǎn)物的分析又可分為成分分析和相結(jié)構(gòu)分析兩個方面。成斷口產(chǎn)物的分析又可分為成分分析和相結(jié)構(gòu)分析兩個方面。成分的確定可采用化學(xué)分析、光譜分析、帶有能譜的掃描電鏡、電子分的確定可采用化學(xué)分析、光譜分析、帶有能譜的掃描電鏡、電子探針及俄歇能譜儀手段進(jìn)行。產(chǎn)物的相結(jié)構(gòu)分析常用探針及俄歇能譜儀手段進(jìn)行。產(chǎn)物的相結(jié)構(gòu)分析常用x射線衍射儀、射線衍射儀、德拜粉末相機(jī)德拜粉末相機(jī)x射線衍射、透射式電子顯微鏡選區(qū)衍射及高分辨率射線衍射、透射式電子顯微鏡選區(qū)衍射及高分辨率衍射等方法。衍射等方法。(2)斷斷口的微觀觀形貌分析 目前用于斷口微觀形貌分析的工具，主要是電子顯微鏡，即透目前用于斷

48、口微觀形貌分析的工具，主要是電子顯微鏡，即透射電鏡及掃描電鏡。射電鏡及掃描電鏡。33 斷斷口分析2.解理斷斷裂(1)解理斷斷裂的特點(diǎn) 解理斷斷裂是正應(yīng)應(yīng)力作用下金屬屬的原子鍵鍵遭到破壞而產(chǎn)產(chǎn)生的一種種穿晶斷斷裂。其斷斷裂的特點(diǎn)是，解理初裂紋紋起源于晶界、亞亞晶界或相界面，并嚴(yán)并嚴(yán)格沿著金屬屬的結(jié)結(jié)晶學(xué)學(xué)平面擴(kuò)擴(kuò)展，其斷斷裂單單元為為一個個晶粒尺寸。 右表為為常見見金屬屬的解理面金 屬 晶系 解理面 -Fe 體心立方體心立方 100 W 面心立方面心立方 100 Mg 密排六方密排六方 0001 Zn 密排六方密排六方 0001 Ti 密排六方密排六方 0001 Te 六方六方 1010 Bi

49、菱形菱形 111 Sb 菱形菱形 111 33 斷斷口分析(2)解理斷斷裂的微觀觀形貌特征及斷斷裂性質(zhì)質(zhì) 利用掃描電鏡或透射電鏡對斷口表面或其復(fù)型進(jìn)行觀察，解理利用掃描電鏡或透射電鏡對斷口表面或其復(fù)型進(jìn)行觀察，解理斷裂的微觀形貌特征主要是河流花樣及解理臺階，除此之外，尚有斷裂的微觀形貌特征主要是河流花樣及解理臺階，除此之外，尚有舌狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣及羽毛花樣等以及珠光體解理。舌狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣及羽毛花樣等以及珠光體解理。通常只要有上述特征之一，即可確定解理斷裂的性質(zhì)。通常只要有上述特征之一，即可確定解理斷裂的性質(zhì)。 解理斷斷裂的微觀觀形貌：珠光體解理33 斷斷口分析解理斷

50、斷裂的微觀觀形貌：舌狀花樣舌狀花樣33 斷斷口分析解理斷斷裂的微觀觀形貌：河流花樣樣 a)河流花樣樣 b)河流通過過晶界劇劇增33 斷斷口分析(3)致斷斷原因分析 1)從從材料方面考慮慮。通常只有冷脆金屬屬才能發(fā)發(fā)生解理斷斷裂。面心立方金屬為屬為非冷脆金屬屬，一般不會發(fā)會發(fā)生解理斷斷裂。僅僅在腐蝕蝕介質(zhì)質(zhì)存在的特殊條條件下，奧奧氏體鋼鋼、銅銅及鋁鋁等才可能發(fā)發(fā)生此種斷種斷裂。 2)構(gòu)構(gòu)件的工作溫溫度較較低，即處處在脆性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折溫溫度以下。 3)只有在平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變狀態(tài)(即三向拉應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài))下才能發(fā)發(fā)生解理斷斷裂，或者說構(gòu)說構(gòu)件的幾何尺寸屬屬于厚板情況況。 4)晶粒尺寸粗大。因?yàn)闉榻饫頂鄶嗔?/p>

51、單單元為為一個個晶粒尺寸，粗晶使解理斷斷裂應(yīng)應(yīng)力顯顯著降低，使脆性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折溫溫度向高溫溫方向推移，故易促使解理斷斷裂發(fā)發(fā)生。 5)宏觀觀裂紋紋的存在。裂紋頂紋頂端造成較較大的應(yīng)應(yīng)力集中，并并使構(gòu)構(gòu)件的脆性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折溫溫度移向高溫溫，均促使冷脆金屬發(fā)屬發(fā)生解理斷斷裂。 除此之外，加載載速度大及活性介質(zhì)質(zhì)的吸附作用都促進(jìn)進(jìn)解理斷斷裂的發(fā)發(fā)生。33 斷斷口分析(4)防止構(gòu)構(gòu)件發(fā)發(fā)生解理斷斷裂的措施 a 消除或減減小構(gòu)構(gòu)件上的裂紋紋尺寸，避免過過大的應(yīng)應(yīng)力集中。 b 細(xì)細(xì)化晶粒。 c 消除或減減少金屬屬材料中的有害雜質(zhì)雜質(zhì)。 d 采用雙雙相鋼鋼代替單單一的馬馬氏體組織組織材料。 e 如果采用上述措施仍不能徹

52、底防止構(gòu)件的解理斷裂，則需更如果采用上述措施仍不能徹底防止構(gòu)件的解理斷裂，則需更換材料，即采用抗低溫性能更好的材料，直至采用非冷脆金屬。換材料，即采用抗低溫性能更好的材料，直至采用非冷脆金屬。 總之，防止解理斷裂的基本出發(fā)點(diǎn)是降低構(gòu)件的脆性轉(zhuǎn)折溫總之，防止解理斷裂的基本出發(fā)點(diǎn)是降低構(gòu)件的脆性轉(zhuǎn)折溫度，使構(gòu)件在脆性轉(zhuǎn)折溫度以上的條件下工作。度，使構(gòu)件在脆性轉(zhuǎn)折溫度以上的條件下工作。33 斷斷口分析3準(zhǔn)解理斷斷裂 準(zhǔn)解理型斷裂是淬火加低溫回火的高強(qiáng)度鋼較為常見的一種斷準(zhǔn)解理型斷裂是淬火加低溫回火的高強(qiáng)度鋼較為常見的一種斷裂形式，常發(fā)生在脆性轉(zhuǎn)折溫度附近。裂形式，常發(fā)生在脆性轉(zhuǎn)折溫度附近。 關(guān)于準(zhǔn)解

53、理的形成機(jī)制，看法不一，有人認(rèn)為準(zhǔn)解理小平面也關(guān)于準(zhǔn)解理的形成機(jī)制，看法不一，有人認(rèn)為準(zhǔn)解理小平面也是晶體學(xué)解理面，它與解理斷裂的機(jī)制相同，或者認(rèn)為準(zhǔn)解理斷裂是晶體學(xué)解理面，它與解理斷裂的機(jī)制相同，或者認(rèn)為準(zhǔn)解理斷裂是一種解理斷裂與塑性變形之間的過渡型斷裂機(jī)制。是一種解理斷裂與塑性變形之間的過渡型斷裂機(jī)制。(1)準(zhǔn)解理型斷斷裂的微觀觀形貌特征 總的來說，準(zhǔn)解理斷裂的斷是有平坦的總的來說，準(zhǔn)解理斷裂的斷是有平坦的“類解理類解理”小平面、微小平面、微孔孔及撕裂棱組成的混合斷裂。及撕裂棱組成的混合斷裂。33 斷斷口分析(2)準(zhǔn)解理斷斷裂性質(zhì)質(zhì)的判別別 在失效分析時，可以根據(jù)斷口的微觀電子圖像的特征來

54、判定是在失效分析時，可以根據(jù)斷口的微觀電子圖像的特征來判定是否準(zhǔn)解理斷裂。否準(zhǔn)解理斷裂。 1) 在微觀觀范圍內(nèi)圍內(nèi)，叮以看到“解理”斷斷裂和微孔型斷斷裂的混雜現(xiàn)雜現(xiàn)象，即在微孔斷斷裂區(qū)內(nèi)區(qū)內(nèi)有平坦的小-刻面或在小刻面的周邊邊有塑性變變形形成撕裂棱棱的形貌特征。 2) 小刻面的幾何尺寸與與原奧奧氏體晶粒大小基本相當(dāng)當(dāng)，即斷斷裂單單元為為一個個晶粒大小, 3) 小刻面L的洞流花樣樣比解理斷斷裂所看到的要短，且大都源：于晶內(nèi)內(nèi)而中止于晶內(nèi)內(nèi)。 4) 小刻面上的臺階階直接匯匯合于鄰鄰近的由微孔組組成的撕裂棱棱。33 斷斷口分析(3)致斷斷原因分析 造成準(zhǔn)解理斷斷裂的原因有以幾點(diǎn)： 1) 從從材料方面考

55、慮慮，必為為淬火加低溫溫回火的馬馬氏體組織組織，回火溫溫度低，易產(chǎn)產(chǎn)生此類斷類斷裂。 2) 構(gòu)構(gòu)件的工作溫溫度與鋼與鋼材的脆性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折溫溫度基本相同, 3) 構(gòu)構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)處環(huán)節(jié)處于平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變狀態(tài)。 4) 材料的晶粒尺寸比較較粗大。 5) 回火馬馬氏體組織組織的缺陷，如碳碳化物在回火時時的定向析出，孿孿晶馬馬氏體的中脊與與微裂紋紋以及較較大的淬火相變應(yīng)變應(yīng)力等均使準(zhǔn)解理初裂紋紋易于形成。(4)構(gòu)構(gòu)件發(fā)發(fā)生準(zhǔn)解理斷斷裂的措施 最有效的辦法就是提高鋼材的抗低溫脆斷的能力。最有效的辦法就是提高鋼材的抗低溫脆斷的能力。33 斷斷口分析4準(zhǔn)脆性解理斷斷裂(1)準(zhǔn)脆性解理斷斷裂的特點(diǎn) 對于裂縫試件來

56、說，在斷口的微觀分析時，觀察到的斷裂性質(zhì)對于裂縫試件來說，在斷口的微觀分析時，觀察到的斷裂性質(zhì)是解理的，但是在宏觀斷口上卻可以看到剪切唇。此種解理斷裂是是解理的，但是在宏觀斷口上卻可以看到剪切唇。此種解理斷裂是在斷裂應(yīng)力大于材料屈服極限的條件下產(chǎn)生的。從工程的意義說，在斷裂應(yīng)力大于材料屈服極限的條件下產(chǎn)生的。從工程的意義說，因其宏觀變形量不大，也是一種宏觀脆性的解理斷裂。這種斷裂稱因其宏觀變形量不大，也是一種宏觀脆性的解理斷裂。這種斷裂稱為準(zhǔn)脆性解理斷裂。為準(zhǔn)脆性解理斷裂。(2)準(zhǔn)脆性解理斷斷裂性質(zhì)質(zhì)的判別別 在對斷裂件的斷口進(jìn)行微觀形貌分析時，觀察到解理型斷裂和在對斷裂件的斷口進(jìn)行微觀形貌分

57、析時，觀察到解理型斷裂和微孔型斷裂的混合現(xiàn)象，但與準(zhǔn)解理型的混合斷裂不同之處在于，微孔型斷裂的混合現(xiàn)象，但與準(zhǔn)解理型的混合斷裂不同之處在于，在構(gòu)件中部的平面應(yīng)變區(qū)為解理型斷裂，在構(gòu)件的周邊平面應(yīng)力區(qū)在構(gòu)件中部的平面應(yīng)變區(qū)為解理型斷裂，在構(gòu)件的周邊平面應(yīng)力區(qū)為微孔型斷裂。由此就可以確定是否為準(zhǔn)脆性解理斷裂。為微孔型斷裂。由此就可以確定是否為準(zhǔn)脆性解理斷裂。33 斷斷口分析(3)致斷斷原因分析 對于準(zhǔn)脆性解理斷裂產(chǎn)生的原因?qū)τ跍?zhǔn)脆性解理斷裂產(chǎn)生的原因可以從斷裂力學(xué)的角度予以解釋可以從斷裂力學(xué)的角度予以解釋. . 在平面應(yīng)變區(qū)在平面應(yīng)變區(qū)( (見右圖見右圖) )，當(dāng)裂紋，當(dāng)裂紋頂點(diǎn)的應(yīng)力頂點(diǎn)的應(yīng)力

58、時，裂紋頂端附時，裂紋頂端附近的第一主應(yīng)力近的第一主應(yīng)力 的應(yīng)力分布如曲的應(yīng)力分布如曲1 1線所示。此時裂紋頂點(diǎn)線所示。此時裂紋頂點(diǎn)o o處的金屬開處的金屬開始屈服，但因其低于解理斷裂應(yīng)力始屈服，但因其低于解理斷裂應(yīng)力，故即使有解理初裂紋的產(chǎn)生，因其，故即使有解理初裂紋的產(chǎn)生，因其不能通過晶界擴(kuò)展而不能發(fā)生解理斷不能通過晶界擴(kuò)展而不能發(fā)生解理斷裂。裂。準(zhǔn)脆性解理斷裂產(chǎn)生的力學(xué)條件準(zhǔn)脆性解理斷裂產(chǎn)生的力學(xué)條件 平面應(yīng)變區(qū)平面應(yīng)變區(qū) - - 解理初裂紋通過晶界擴(kuò)展的臨界應(yīng)力解理初裂紋通過晶界擴(kuò)展的臨界應(yīng)力 - - 垂直裂縫截面上的主應(yīng)力垂直裂縫截面上的主應(yīng)力syoSyScoSyScoS33 斷斷口

59、分析(3)致斷斷原因分析 外力進(jìn)一步增加，裂紋頂端開始形成塑性區(qū)，其寬度為外力進(jìn)一步增加，裂紋頂端開始形成塑性區(qū)，其寬度為 時，時，在平面應(yīng)變條件下在平面應(yīng)變條件下( (構(gòu)件的中部構(gòu)件的中部) )，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布為，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布為 其極值為其極值為 即，在彈塑性區(qū)的交界處，當(dāng)滿足即，在彈塑性區(qū)的交界處，當(dāng)滿足 時時(應(yīng)力分布如曲線應(yīng)力分布如曲線2所所示示)，此時，此時 點(diǎn)則具備解理斷裂的應(yīng)力條件，故初裂紋由此點(diǎn)起點(diǎn)則具備解理斷裂的應(yīng)力條件，故初裂紋由此點(diǎn)起裂，擴(kuò)展后導(dǎo)致解理斷裂。裂，擴(kuò)展后導(dǎo)致解理斷裂。 0 x01ln1xSsys00max1ln1xSsycoySSmaxO33 斷斷

60、口分析(3)致斷斷原因分析 但在構(gòu)件截面的周邊的平面但在構(gòu)件截面的周邊的平面應(yīng)力狀態(tài)區(qū)應(yīng)力狀態(tài)區(qū)(見右圖見右圖)，塑性區(qū)內(nèi)，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布為的應(yīng)力分布為 ,也就是也就是說各點(diǎn)的應(yīng)力均小于解理斷裂應(yīng)說各點(diǎn)的應(yīng)力均小于解理斷裂應(yīng)力，故不能發(fā)生解理斷裂。因而力，故不能發(fā)生解理斷裂。因而在構(gòu)件的周邊仍以微孔型斷裂方在構(gòu)件的周邊仍以微孔型斷裂方式形成剪切唇。式形成剪切唇。準(zhǔn)脆性解理斷裂產(chǎn)生的力學(xué)條件準(zhǔn)脆性解理斷裂產(chǎn)生的力學(xué)條件 平面應(yīng)力區(qū)平面應(yīng)力區(qū) - - 解理初裂紋通過晶界擴(kuò)展的臨界應(yīng)力解理初裂紋通過晶界擴(kuò)展的臨界應(yīng)力 - - 垂直裂縫截面上的主應(yīng)力垂直裂縫截面上的主應(yīng)力syoScoSyS33 斷