失效分析緒論課件

失效分析金屬失效分析失效分析1“失效分析”課程簡介1.失效概念2.失效分析概念3.失效分析相關(guān)學(xué)科4.失效分析歷史5.失效分析發(fā)展6.失效分析簡單案例7.失效分析的意義“失效分析”課程簡介1.失效概念22“失效分析”課程簡介

對廣大同學(xué)而言，失效和失效分析也許是一個(gè)陌生的概念。然而在我們的周圍，大到各種機(jī)械零件，工程設(shè)備，運(yùn)輸機(jī)械，鍋爐、壓力容器等，小到生活、學(xué)習(xí)、娛樂場所的各類設(shè)施，我們手頭的各種電子器件等等，不管你意識到?jīng)]有，失效卻總是在發(fā)生著。

失效失效——各類機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械零部件、微電子元件和儀器儀表等以及各種金屬及其它材料形成的構(gòu)件（工程上習(xí)慣地統(tǒng)稱為零件，以下簡稱零件）都具有一定的功能，承擔(dān)各種各樣的工作任務(wù)，如承受載荷、傳遞能量、完成某種規(guī)定的動(dòng)作等。當(dāng)這些

零件失去了它應(yīng)有的功能時(shí)，則稱該零件失效。

失效給我們造成巨大的甚至是無法挽回的損失；而失效分析則可以有效地避免或減少這些損失。2“失效分析”課程簡介對廣大同學(xué)而言，失效311

零件失效即失去其原有功能的含義包括三種情況：失效failure

“失效”與“事故”

要區(qū)分“失效”與“事故”，這是兩個(gè)不同的概念。事故是一種結(jié)果，其原因可能是失效引起的，也可能不是失效引起的。同樣，失效可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，但也不一定就導(dǎo)致事故。（1）零件由于斷裂、腐蝕、磨損、變形等而完全喪失其功能；（2）零件在外部環(huán)境作用下，部分的失去其原有功能，雖然能夠工作，但不能完成規(guī)定功能，如由于磨損導(dǎo)致尺寸超差等；（3）零件雖然能夠工作，也能完成規(guī)定功能，但繼續(xù)使用時(shí)，不能確保安全可靠性。如經(jīng)過長期高溫運(yùn)行的壓力容器及其管道，其內(nèi)部組織已經(jīng)發(fā)生變化，當(dāng)達(dá)到一定的運(yùn)行時(shí)間，繼續(xù)使用就存在開裂的可能。

11零件失效即失去其原有功能的含義包括三種情42通常是指對失效產(chǎn)品為尋找失效原因和預(yù)防措施所進(jìn)行的一切技術(shù)活動(dòng)。研究失效現(xiàn)象的特征和規(guī)律，從而找出失效的模式和原因。任務(wù)是既要揭示產(chǎn)品功能失效的模式和原因，弄清失效的機(jī)理和規(guī)律，又要找出糾正和預(yù)防失效的措施。失效分析FailureAnalysis

——2通常是指對失效產(chǎn)品為尋找失效原因和預(yù)防措施513

失效分析工作進(jìn)行的時(shí)序：失效分析學(xué)的顯著特點(diǎn)：一是實(shí)用性強(qiáng)，即它有很強(qiáng)的生產(chǎn)使用背景，與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)存在著密切關(guān)系；二是綜合性強(qiáng)，即它涉及廣泛的學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)部門.事前分析，主要采用邏輯思維方法（如故障樹分析法、事件時(shí)序樹分析法和特征—因素圖分析法等），其主要目的是預(yù)防失效事件的發(fā)生。事中分析，主要采用故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，用于防止運(yùn)行中的設(shè)備發(fā)生故障。事后分析，是采用實(shí)驗(yàn)檢測技術(shù)與方法，找出某個(gè)系統(tǒng)或零件失效的原因。

13失效分析工作進(jìn)行的時(shí)序：失效分析學(xué)的顯著特點(diǎn)：一613137失效分析歷史1.公元前2025年到世界工業(yè)革命前失效分析的第一階段，即與簡單手工生產(chǎn)基礎(chǔ)相適效分析的第一階段，即與簡單手工生產(chǎn)基礎(chǔ)相適應(yīng)的古代失效分析階段。公元前2025年由巴比倫國王漢莫拉比撰寫的漢莫拉比法典是史料記載的最早的產(chǎn)品質(zhì)量的法律文件。它第一次在人類歷史上明確規(guī)定對制造有缺陷產(chǎn)品的工匠進(jìn)行嚴(yán)厲制裁。由于生產(chǎn)力落后，商品往往供不應(yīng)求，羅馬法律肯定了商品出門概不退換的總原則。失效分析歷史1.公元前2025年到世界工業(yè)革命前8失效分析歷史2.從工業(yè)革命到20世紀(jì)50年代末失效分析發(fā)展的第二階段，即以大機(jī)器工業(yè)為基礎(chǔ)的近代失效分析階段。以蒸汽動(dòng)力和大機(jī)器生產(chǎn)為代表的工業(yè)革命給人類帶來巨大的物質(zhì)文明的同時(shí)，也不斷給人類帶來前所未有的災(zāi)難。英國在總結(jié)大量蒸汽鍋爐爆炸事件后，于1862年建立了世界上第一個(gè)蒸汽鍋爐監(jiān)察局，把失效分析作為仲裁事故的法律手段和提高產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)手段。在這一時(shí)期，失效分析也大大推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科特別是推動(dòng)和促進(jìn)了強(qiáng)度理論和斷裂力學(xué)學(xué)科的創(chuàng)立和發(fā)展。通過對大量鍋爐爆炸和橋梁斷裂事故的研究，Charily發(fā)明擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，可以檢測金屬材料的韌性。失效分析歷史2.從工業(yè)革命到20世紀(jì)50年代末9失效分析歷史Wohler通過對1852-1870年間火車輪軸斷裂失效的分析研究，揭示出金屬的疲勞現(xiàn)象，并研制出第一臺疲勞試驗(yàn)機(jī);20世紀(jì)20年代，Griffith通過對大量脆性斷裂事故的研究，提出了脆斷理論;1940-1950年間發(fā)生的北極星導(dǎo)彈爆炸事故、第二次世界大戰(zhàn)期間的“自由輪”脆性斷裂事故，推動(dòng)了斷裂力學(xué)的產(chǎn)生。由于科學(xué)技術(shù)的限制，這一時(shí)期雖然有失效分析的專門機(jī)構(gòu)，但其分析手段僅限于宏觀痕跡以及對材質(zhì)的宏觀檢查。分析僅限于宏觀，不能從宏、微觀上揭示產(chǎn)品失效的物理本質(zhì)與化學(xué)本質(zhì)。失效分析歷史Wohler通過對1852-187010失效分析歷史3.20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入了失效分析第三階段到20世紀(jì)50年代末電子顯微學(xué)取得長足進(jìn)步，特別是掃描電子顯微鏡的出現(xiàn)，為失效分析工作提供了微觀分析手段，為失效分析技術(shù)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了條件，失效分析進(jìn)入以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)的現(xiàn)代失效分析階段。從在這一階段的初期，大型運(yùn)載工具尤其是航空裝備的廣泛應(yīng)用，各種失效造成的事故越來越大，影響越來越嚴(yán)重，反過來又大大促使了失效分析的迅猛發(fā)展。失效分析歷史3.20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入了失效分析第三階段11失效分析歷史現(xiàn)代失效分析階段可分為兩個(gè)階段:20世紀(jì)60-80年代中期，借助掃描電鏡的幫助，失效分析圍繞斷裂特征和性質(zhì)分析，這一階段的失效分析大多從材質(zhì)冶金等方面去尋找引起斷裂失效原因，而對失效件的力學(xué)分析則認(rèn)為是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮的問題，失效分析的學(xué)術(shù)活動(dòng)及其學(xué)術(shù)組織也都附屬于材料學(xué)科或理化檢測領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中后期開始的階段，失效分析開始逐漸形成一個(gè)分支學(xué)科，而不再是材料科學(xué)技術(shù)的一個(gè)附屬部分，這一階段失效分析領(lǐng)域發(fā)展的主要標(biāo)志是失效分析的專著大量出現(xiàn)，全國性的失效分析分會(huì)相繼成立。失效分析歷史現(xiàn)代失效分析階段可分為兩個(gè)階段:2012國外失效分析機(jī)構(gòu)國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家高度重視航空裝備在內(nèi)的交通安全事故的調(diào)查研究工作。美國建有國家運(yùn)輸安全委員會(huì)，并早在1967年，美國成立了“機(jī)械故障預(yù)防中心(MFPC)”，由原子能委員會(huì)、美國國家航空和宇航局(NASA)等長期支持開展航空和宇航材料與結(jié)構(gòu)的服役失效分析工作。美國的失效分析中心遍布全國各個(gè)部門，有政府辦的，也有大公司及大學(xué)辦的。例如，國防尖端部門、原子能及宇航故障分析集中在國家的研究機(jī)構(gòu)中進(jìn)行;宇航部件的故障分析在肯尼迪空間中心故障分析室進(jìn)行;阿波羅航天飛機(jī)的故障在約翰遜空間中心和馬歇爾空間中心進(jìn)行分析;民用飛機(jī)故障在波音公司及洛克威爾公司的失效分析中心進(jìn)行分析等。國外失效分析機(jī)構(gòu)國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家高度重視航空裝13國外失效分析機(jī)構(gòu)

在德國，失效分析中心主要建在聯(lián)邦及州立的材料檢驗(yàn)中心。原西德的11個(gè)州共建了523個(gè)材料檢驗(yàn)站，分別承擔(dān)各自富有專長的失效分析任務(wù)。工科大學(xué)的材料檢驗(yàn)中心，在失效分析技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。德國聯(lián)邦材料測試實(shí)驗(yàn)室及GKSS研究中心是長期從事材料及結(jié)構(gòu)服役與失效綜合研究的世界著名的研究機(jī)構(gòu)。國外失效分析機(jī)構(gòu)在德國，失效分析中心主要建在14國外失效分析機(jī)構(gòu)在日本，國立的失效分析研究機(jī)構(gòu)有金屬材料技術(shù)研究所、產(chǎn)業(yè)安全研究所和原子力研究所等。在企業(yè)界，新日鐵、日立、三井、三菱等都有研究機(jī)構(gòu)，另外各工科大學(xué)都有很強(qiáng)的研究力量。意大利Bodycote材料測試國家實(shí)驗(yàn)室也是長期從事材料及結(jié)構(gòu)服役與失效綜合研究的世界著名的研究機(jī)構(gòu)。美國出版和再版的《金屬手冊》中的失效分析卷是一本影響較大的實(shí)用工具書，目前在英國還定期出版雜志《EngineeringFailureAnalysis》，美國出版了雜志《FailureAnalysis&Prevention》。國外失效分析機(jī)構(gòu)在日本，國立的失效分析研究機(jī)構(gòu)有15失效分析發(fā)展

失效分析的發(fā)展趨勢將是:簡單的斷口分析逐步發(fā)展為綜合分析;單一服役條件下失效的診斷逐步發(fā)展為復(fù)雜服役條件下失效的診斷;由定性分析向定量分析過渡;變事后分析為事先分析;從單一模式的安全評定向多參數(shù)、全過程的安全評定發(fā)展。使失效分析從“手藝技術(shù)向失效學(xué)學(xué)科體系發(fā)展”;變失效診斷為失效模式、原因、機(jī)理的診斷:從失效預(yù)測向剩余壽命、安全狀況、可靠性的預(yù)測過渡;失效預(yù)防向工程預(yù)防、抗失效設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)發(fā)展。失效分析發(fā)展失效分析的發(fā)展趨勢將是:簡單的斷口16失效分析簡單程序失效分析簡單程序17失效分析緒論課件18失效分析緒論課件19失效分析簡易案例

熱鍛模具淬火斷裂的失效分析1.現(xiàn)場調(diào)查

某廠用3Cr2W8V鋼制熱鍛模具，鍛造材料為25鋼的齒狀零件。模具加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍛件硬度較高，為了便于加工，將模具進(jìn)行過一次降低硬度退火，但溫度和時(shí)間己無紀(jì)錄。加工后的模具在淬火過程中聽到模具開裂聲音，隨即停止冷卻，并放在630℃回火爐中回火，回火時(shí)裂紋繼續(xù)擴(kuò)展使模具成為多個(gè)碎塊(見圖a,b)。由于發(fā)現(xiàn)模具開裂，中止繼續(xù)回火。失效分析簡易案例熱鍛模具淬火斷裂的失效分20失效分析緒論課件21

2.失效分析的初步判斷模具在熱處理時(shí)開裂的原因分析，主要有二種情況可能造成失效:材料化學(xué)成分錯(cuò)誤，加熱溫度過高，原始材料組織有缺陷(如組織粗大、碳化物或雜質(zhì)分布不均勻)。3.建立具體分析思路和工作程序按二種情況，建立具體分析思路和工作程序:（1）材質(zhì)分析，（2)力學(xué)性能分析，（3）斷口分析，（4）分析論證開裂原因，(5)結(jié)論。2.失效分析的初步判斷22(1)原材料化學(xué)成分分析結(jié)果:在模具上取樣，測定模具的化學(xué)成分(Wt%)如表1.與GB1299-85相比，其化學(xué)成分符合國標(biāo)要求。(1)原材料化學(xué)成分分析23失效分析緒論課件24失效分析緒論課件25失效分析緒論課件26332744285529663066317q失效分析的意義——可產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；有助于提高管理水平和促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提高；有助于分清責(zé)任和保護(hù)用戶（或生產(chǎn)者）利益；為新產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)；是修訂產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)；促進(jìn)材料科學(xué)與工程及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。7q失效分析的意義——可產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；有助于提高管327q著名材料科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、中國工程院士師昌緒教授在1998年10月召開的第三次全國機(jī)電裝備失效分析預(yù)測預(yù)防戰(zhàn)略研討會(huì)上作了題為“提高失效分析人員素質(zhì)、促進(jìn)失效學(xué)科發(fā)展”的講話。他強(qiáng)調(diào)“通過這次會(huì)議，對失效分析會(huì)引起很大的重視，特別是領(lǐng)導(dǎo)部門，還有中國科協(xié)、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)等。我想失效分析會(huì)越來越受到重視，因此，對參與失效分析的人員要求也越來越高。我特別強(qiáng)調(diào)對人員需要特別高的要求。第一專業(yè)知識要扎實(shí)，第二知識面要廣，任何事都不是孤立的，而更重要的是從事失效分析人員的素質(zhì)問題。失效分析人員必須站在公正的立場，不受政治干擾，如果做不到這一點(diǎn)，我覺得就沒有資格去從事這項(xiàng)工作。因此人員素質(zhì)是很重要的。另一個(gè)問題，任何一個(gè)失效分析都是綜合性的，這就需要大家合作，一個(gè)人絕對不可能完成這項(xiàng)工作，因此必須協(xié)作?！薄翱偠灾?，失效分析是不可缺少的，而且越來越重要?！?/p>

7q著名材料科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、中國工程院士師昌緒教授在339德國的機(jī)器失效分析與預(yù)防q政府方面：原西德11個(gè)州建立了523個(gè)材料檢驗(yàn)站，分別承擔(dān)負(fù)有專長的失效分析任務(wù)。鼓勵(lì)私人投資成立例如格林失效研究及失效防止研究所一類的機(jī)構(gòu)。q大學(xué)中的國立材料檢驗(yàn)中心：加強(qiáng)工科大學(xué)的國立材料檢驗(yàn)中心，使其真正成為在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的權(quán)威單位。如斯圖加特大學(xué)的材料檢驗(yàn)中心，300余人，年經(jīng)費(fèi)約2億馬克（一半來自企業(yè)，一半來自政府）。q阿里盎茲技術(shù)保險(xiǎn)公司：為了降低所保險(xiǎn)范圍內(nèi)的失效事故率，加強(qiáng)競爭能力，該公司技術(shù)中心擁有專職人員130余人，每年的設(shè)備投資平均為100萬馬克。公司擁有340多名專職技術(shù)保險(xiǎn)工程師，業(yè)務(wù)重點(diǎn)是研究和預(yù)防造成十萬馬克以上損失的事故。q企業(yè)和制造公司：加強(qiáng)了各自研究發(fā)展中心對其產(chǎn)品壽命及可靠性的研究，如本茲汽車公司，擁有先進(jìn)的分析手段和雄厚的技術(shù)力量。9德國的機(jī)器失效分析與預(yù)防3410課程的主要內(nèi)容：

失效與失效分析的意義、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；失效分析基礎(chǔ)；失效分析的方法及程序；斷口的宏觀分析；斷口的微觀分析；過載斷裂失效；疲勞斷裂失效；材料致脆斷裂失效；環(huán)境致脆斷裂失效；蠕變斷裂失效；腐蝕與磨損失效；產(chǎn)品質(zhì)量與失效；典型零件失效分析實(shí)例。10課程的主要內(nèi)容：3512

傳統(tǒng)的零件失效多指金屬零件，即由名義上的各向同性材料制成的零件。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用比重越來越大，在21世紀(jì)，復(fù)合材料將超過金屬材料的使用量，從而在材料中占有主導(dǎo)地位，因此應(yīng)加強(qiáng)對復(fù)合材料失效的研究。復(fù)合材料的失效，又稱為復(fù)合材料破壞，指復(fù)合材料在經(jīng)過某些物理、化學(xué)過程后（如載荷作用、材料老化、溫度和濕度變化等）發(fā)生了形狀、尺寸性能的變化而喪失了預(yù)定的功能。復(fù)合材料是一種各向異性的多相復(fù)合體，失效過程要比通常的各向同性材料復(fù)雜得多，它涉及到組分材料的性能、復(fù)合的方式、工藝條件、界面性能、載荷的性質(zhì)與環(huán)境因素等，不可能只用一種失效模式來描述復(fù)合材料失效。絕大多數(shù)情況下是幾種失效模式同時(shí)存在和發(fā)生[6]。12傳統(tǒng)的零件失效多指金屬零3614失效分析與生產(chǎn)現(xiàn)場所進(jìn)行的廢品分析的區(qū)別：

涉及的專業(yè)知識、采用的思想方法及分析手段等方面，有許多共同之處。在分析的對象、分析的目的及判斷是非的依據(jù)等方面是不同的。

例

模數(shù)為7的傳動(dòng)齒輪，采用20CrMnTi鋼制造，經(jīng)滲碳淬火并低溫回火處理。技術(shù)要求是：滲碳層的硬度58～63HRC，心部硬度32～48HRC，馬氏體及殘余奧氏體≤4級，滲碳層深度為1.3～1.5mm。該齒輪在使用中發(fā)生斷齒失效，試分析斷齒原因。請思考。14失效分析與生產(chǎn)現(xiàn)場所進(jìn)行的廢品分析的區(qū)別：例模3714分析一

按技術(shù)要求對該齒輪進(jìn)行常規(guī)檢查，其結(jié)果是：滲碳層硬度為62HRC，心部硬度為42HRC，馬氏體及殘余奧氏體為3級，均符合要求，但滲碳層深度為1.1mm，不符合技術(shù)要求。對于這個(gè)齒輪，如果在出廠前發(fā)現(xiàn)硬化層深度低于技術(shù)要求而判為不合格品，這是無可非議的。但是現(xiàn)在要處理的問題是齒輪為什么發(fā)生斷齒，那就不能簡單地認(rèn)定是硬化層深度不足而引起的。14分析一按技術(shù)要求對該齒輪進(jìn)行常規(guī)檢查，其結(jié)3814

分析二

按失效分析的觀點(diǎn)，在進(jìn)行上述常規(guī)檢查后應(yīng)作進(jìn)一步分析。分析表明，斷口為宏觀脆性斷裂（掉下的齒形呈凸透鏡狀），眾多初裂紋源于表面加工缺陷處。經(jīng)快速擴(kuò)展后引起斷裂，屬過載類型的宏觀脆性斷裂。根據(jù)上述分析，該齒輪斷齒失效是由于齒根加工質(zhì)量不良產(chǎn)生的嚴(yán)重應(yīng)力集中引起的。其改進(jìn)措施應(yīng)是提高齒根的加工質(zhì)量、減少應(yīng)力集中及防止過載。實(shí)踐證明這一分析結(jié)論是正確的。按照分析一的觀點(diǎn)，如果增加硬化層的深度至1.3～1.5nm，雖然符合技術(shù)要求，但由于滲碳層的脆性進(jìn)一步加大，不但解決不了此類斷齒問題，而且會(huì)增加此類斷齒的危險(xiǎn)性。14分析二按失效分析的觀點(diǎn)，在進(jìn)行上述常規(guī)檢查后應(yīng)3910教材與參考書：孫智等，失效分析，機(jī)械工業(yè)出版社朱敦倫等，機(jī)械零件失效分析，中國礦業(yè)大學(xué)出版社陳南平等，機(jī)械零件失效分析，清華大學(xué)出版社機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料學(xué)會(huì)，失效分析叢書，機(jī)械工業(yè)出版社(12本）ASMINTERNATIONAL，MetalsHandbook，NinthEdition，Vol.11，F(xiàn)ailureAnalysisandPrevention，U.S.A，1987RichardW.Hertzberg,DeformationandFractureMechanicsofEngineeringMaterials,(SecondEd.),JohnWiley&Sons,Inc.USA,1983

教學(xué)方法：

案例教學(xué)

10教材與參考書：教學(xué)方法：案例教學(xué)40失效分析金屬失效分析失效分析41“失效分析”課程簡介1.失效概念2.失效分析概念3.失效分析相關(guān)學(xué)科4.失效分析歷史5.失效分析發(fā)展6.失效分析簡單案例7.失效分析的意義“失效分析”課程簡介1.失效概念422“失效分析”課程簡介

對廣大同學(xué)而言，失效和失效分析也許是一個(gè)陌生的概念。然而在我們的周圍，大到各種機(jī)械零件，工程設(shè)備，運(yùn)輸機(jī)械，鍋爐、壓力容器等，小到生活、學(xué)習(xí)、娛樂場所的各類設(shè)施，我們手頭的各種電子器件等等，不管你意識到?jīng)]有，失效卻總是在發(fā)生著。

失效失效——各類機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械零部件、微電子元件和儀器儀表等以及各種金屬及其它材料形成的構(gòu)件（工程上習(xí)慣地統(tǒng)稱為零件，以下簡稱零件）都具有一定的功能，承擔(dān)各種各樣的工作任務(wù)，如承受載荷、傳遞能量、完成某種規(guī)定的動(dòng)作等。當(dāng)這些

零件失去了它應(yīng)有的功能時(shí)，則稱該零件失效。

失效給我們造成巨大的甚至是無法挽回的損失；而失效分析則可以有效地避免或減少這些損失。2“失效分析”課程簡介對廣大同學(xué)而言，失效4311

零件失效即失去其原有功能的含義包括三種情況：失效failure

“失效”與“事故”

要區(qū)分“失效”與“事故”，這是兩個(gè)不同的概念。事故是一種結(jié)果，其原因可能是失效引起的，也可能不是失效引起的。同樣，失效可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，但也不一定就導(dǎo)致事故。（1）零件由于斷裂、腐蝕、磨損、變形等而完全喪失其功能；（2）零件在外部環(huán)境作用下，部分的失去其原有功能，雖然能夠工作，但不能完成規(guī)定功能，如由于磨損導(dǎo)致尺寸超差等；（3）零件雖然能夠工作，也能完成規(guī)定功能，但繼續(xù)使用時(shí)，不能確保安全可靠性。如經(jīng)過長期高溫運(yùn)行的壓力容器及其管道，其內(nèi)部組織已經(jīng)發(fā)生變化，當(dāng)達(dá)到一定的運(yùn)行時(shí)間，繼續(xù)使用就存在開裂的可能。

11零件失效即失去其原有功能的含義包括三種情442通常是指對失效產(chǎn)品為尋找失效原因和預(yù)防措施所進(jìn)行的一切技術(shù)活動(dòng)。研究失效現(xiàn)象的特征和規(guī)律，從而找出失效的模式和原因。任務(wù)是既要揭示產(chǎn)品功能失效的模式和原因，弄清失效的機(jī)理和規(guī)律，又要找出糾正和預(yù)防失效的措施。失效分析FailureAnalysis

——2通常是指對失效產(chǎn)品為尋找失效原因和預(yù)防措施4513

失效分析工作進(jìn)行的時(shí)序：失效分析學(xué)的顯著特點(diǎn)：一是實(shí)用性強(qiáng)，即它有很強(qiáng)的生產(chǎn)使用背景，與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)存在著密切關(guān)系；二是綜合性強(qiáng)，即它涉及廣泛的學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)部門.事前分析，主要采用邏輯思維方法（如故障樹分析法、事件時(shí)序樹分析法和特征—因素圖分析法等），其主要目的是預(yù)防失效事件的發(fā)生。事中分析，主要采用故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，用于防止運(yùn)行中的設(shè)備發(fā)生故障。事后分析，是采用實(shí)驗(yàn)檢測技術(shù)與方法，找出某個(gè)系統(tǒng)或零件失效的原因。

13失效分析工作進(jìn)行的時(shí)序：失效分析學(xué)的顯著特點(diǎn)：一46131347失效分析歷史1.公元前2025年到世界工業(yè)革命前失效分析的第一階段，即與簡單手工生產(chǎn)基礎(chǔ)相適效分析的第一階段，即與簡單手工生產(chǎn)基礎(chǔ)相適應(yīng)的古代失效分析階段。公元前2025年由巴比倫國王漢莫拉比撰寫的漢莫拉比法典是史料記載的最早的產(chǎn)品質(zhì)量的法律文件。它第一次在人類歷史上明確規(guī)定對制造有缺陷產(chǎn)品的工匠進(jìn)行嚴(yán)厲制裁。由于生產(chǎn)力落后，商品往往供不應(yīng)求，羅馬法律肯定了商品出門概不退換的總原則。失效分析歷史1.公元前2025年到世界工業(yè)革命前48失效分析歷史2.從工業(yè)革命到20世紀(jì)50年代末失效分析發(fā)展的第二階段，即以大機(jī)器工業(yè)為基礎(chǔ)的近代失效分析階段。以蒸汽動(dòng)力和大機(jī)器生產(chǎn)為代表的工業(yè)革命給人類帶來巨大的物質(zhì)文明的同時(shí)，也不斷給人類帶來前所未有的災(zāi)難。英國在總結(jié)大量蒸汽鍋爐爆炸事件后，于1862年建立了世界上第一個(gè)蒸汽鍋爐監(jiān)察局，把失效分析作為仲裁事故的法律手段和提高產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)手段。在這一時(shí)期，失效分析也大大推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科特別是推動(dòng)和促進(jìn)了強(qiáng)度理論和斷裂力學(xué)學(xué)科的創(chuàng)立和發(fā)展。通過對大量鍋爐爆炸和橋梁斷裂事故的研究，Charily發(fā)明擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，可以檢測金屬材料的韌性。失效分析歷史2.從工業(yè)革命到20世紀(jì)50年代末49失效分析歷史Wohler通過對1852-1870年間火車輪軸斷裂失效的分析研究，揭示出金屬的疲勞現(xiàn)象，并研制出第一臺疲勞試驗(yàn)機(jī);20世紀(jì)20年代，Griffith通過對大量脆性斷裂事故的研究，提出了脆斷理論;1940-1950年間發(fā)生的北極星導(dǎo)彈爆炸事故、第二次世界大戰(zhàn)期間的“自由輪”脆性斷裂事故，推動(dòng)了斷裂力學(xué)的產(chǎn)生。由于科學(xué)技術(shù)的限制，這一時(shí)期雖然有失效分析的專門機(jī)構(gòu)，但其分析手段僅限于宏觀痕跡以及對材質(zhì)的宏觀檢查。分析僅限于宏觀，不能從宏、微觀上揭示產(chǎn)品失效的物理本質(zhì)與化學(xué)本質(zhì)。失效分析歷史Wohler通過對1852-187050失效分析歷史3.20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入了失效分析第三階段到20世紀(jì)50年代末電子顯微學(xué)取得長足進(jìn)步，特別是掃描電子顯微鏡的出現(xiàn)，為失效分析工作提供了微觀分析手段，為失效分析技術(shù)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了條件，失效分析進(jìn)入以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)的現(xiàn)代失效分析階段。從在這一階段的初期，大型運(yùn)載工具尤其是航空裝備的廣泛應(yīng)用，各種失效造成的事故越來越大，影響越來越嚴(yán)重，反過來又大大促使了失效分析的迅猛發(fā)展。失效分析歷史3.20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入了失效分析第三階段51失效分析歷史現(xiàn)代失效分析階段可分為兩個(gè)階段:20世紀(jì)60-80年代中期，借助掃描電鏡的幫助，失效分析圍繞斷裂特征和性質(zhì)分析，這一階段的失效分析大多從材質(zhì)冶金等方面去尋找引起斷裂失效原因，而對失效件的力學(xué)分析則認(rèn)為是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮的問題，失效分析的學(xué)術(shù)活動(dòng)及其學(xué)術(shù)組織也都附屬于材料學(xué)科或理化檢測領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中后期開始的階段，失效分析開始逐漸形成一個(gè)分支學(xué)科，而不再是材料科學(xué)技術(shù)的一個(gè)附屬部分，這一階段失效分析領(lǐng)域發(fā)展的主要標(biāo)志是失效分析的專著大量出現(xiàn)，全國性的失效分析分會(huì)相繼成立。失效分析歷史現(xiàn)代失效分析階段可分為兩個(gè)階段:2052國外失效分析機(jī)構(gòu)國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家高度重視航空裝備在內(nèi)的交通安全事故的調(diào)查研究工作。美國建有國家運(yùn)輸安全委員會(huì)，并早在1967年，美國成立了“機(jī)械故障預(yù)防中心(MFPC)”，由原子能委員會(huì)、美國國家航空和宇航局(NASA)等長期支持開展航空和宇航材料與結(jié)構(gòu)的服役失效分析工作。美國的失效分析中心遍布全國各個(gè)部門，有政府辦的，也有大公司及大學(xué)辦的。例如，國防尖端部門、原子能及宇航故障分析集中在國家的研究機(jī)構(gòu)中進(jìn)行;宇航部件的故障分析在肯尼迪空間中心故障分析室進(jìn)行;阿波羅航天飛機(jī)的故障在約翰遜空間中心和馬歇爾空間中心進(jìn)行分析;民用飛機(jī)故障在波音公司及洛克威爾公司的失效分析中心進(jìn)行分析等。國外失效分析機(jī)構(gòu)國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家高度重視航空裝53國外失效分析機(jī)構(gòu)

在德國，失效分析中心主要建在聯(lián)邦及州立的材料檢驗(yàn)中心。原西德的11個(gè)州共建了523個(gè)材料檢驗(yàn)站，分別承擔(dān)各自富有專長的失效分析任務(wù)。工科大學(xué)的材料檢驗(yàn)中心，在失效分析技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。德國聯(lián)邦材料測試實(shí)驗(yàn)室及GKSS研究中心是長期從事材料及結(jié)構(gòu)服役與失效綜合研究的世界著名的研究機(jī)構(gòu)。國外失效分析機(jī)構(gòu)在德國，失效分析中心主要建在54國外失效分析機(jī)構(gòu)在日本，國立的失效分析研究機(jī)構(gòu)有金屬材料技術(shù)研究所、產(chǎn)業(yè)安全研究所和原子力研究所等。在企業(yè)界，新日鐵、日立、三井、三菱等都有研究機(jī)構(gòu)，另外各工科大學(xué)都有很強(qiáng)的研究力量。意大利Bodycote材料測試國家實(shí)驗(yàn)室也是長期從事材料及結(jié)構(gòu)服役與失效綜合研究的世界著名的研究機(jī)構(gòu)。美國出版和再版的《金屬手冊》中的失效分析卷是一本影響較大的實(shí)用工具書，目前在英國還定期出版雜志《EngineeringFailureAnalysis》，美國出版了雜志《FailureAnalysis&Prevention》。國外失效分析機(jī)構(gòu)在日本，國立的失效分析研究機(jī)構(gòu)有55失效分析發(fā)展

失效分析的發(fā)展趨勢將是:簡單的斷口分析逐步發(fā)展為綜合分析;單一服役條件下失效的診斷逐步發(fā)展為復(fù)雜服役條件下失效的診斷;由定性分析向定量分析過渡;變事后分析為事先分析;從單一模式的安全評定向多參數(shù)、全過程的安全評定發(fā)展。使失效分析從“手藝技術(shù)向失效學(xué)學(xué)科體系發(fā)展”;變失效診斷為失效模式、原因、機(jī)理的診斷:從失效預(yù)測向剩余壽命、安全狀況、可靠性的預(yù)測過渡;失效預(yù)防向工程預(yù)防、抗失效設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)發(fā)展。失效分析發(fā)展失效分析的發(fā)展趨勢將是:簡單的斷口56失效分析簡單程序失效分析簡單程序57失效分析緒論課件58失效分析緒論課件59失效分析簡易案例

熱鍛模具淬火斷裂的失效分析1.現(xiàn)場調(diào)查

某廠用3Cr2W8V鋼制熱鍛模具，鍛造材料為25鋼的齒狀零件。模具加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍛件硬度較高，為了便于加工，將模具進(jìn)行過一次降低硬度退火，但溫度和時(shí)間己無紀(jì)錄。加工后的模具在淬火過程中聽到模具開裂聲音，隨即停止冷卻，并放在630℃回火爐中回火，回火時(shí)裂紋繼續(xù)擴(kuò)展使模具成為多個(gè)碎塊(見圖a,b)。由于發(fā)現(xiàn)模具開裂，中止繼續(xù)回火。失效分析簡易案例熱鍛模具淬火斷裂的失效分60失效分析緒論課件61

2.失效分析的初步判斷模具在熱處理時(shí)開裂的原因分析，主要有二種情況可能造成失效:材料化學(xué)成分錯(cuò)誤，加熱溫度過高，原始材料組織有缺陷(如組織粗大、碳化物或雜質(zhì)分布不均勻)。3.建立具體分析思路和工作程序按二種情況，建立具體分析思路和工作程序:（1）材質(zhì)分析，（2)力學(xué)性能分析，（3）斷口分析，（4）分析論證開裂原因，(5)結(jié)論。2.失效分析的初步判斷62(1)原材料化學(xué)成分分析結(jié)果:在模具上取樣，測定模具的化學(xué)成分(Wt%)如表1.與GB1299-85相比，其化學(xué)成分符合國標(biāo)要求。(1)原材料化學(xué)成分分析63失效分析緒論課件64失效分析緒論課件65失效分析緒論課件66336744685569667066717q失效分析的意義——可產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；有助于提高管理水平和促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提高；有助于分清責(zé)任和保護(hù)用戶（或生產(chǎn)者）利益；為新產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)；是修訂產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)；促進(jìn)材料科學(xué)與工程及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。7q失效分析的意義——可產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；有助于提高管727q著名材料科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、中國工程院士師昌緒教授在1998年10月召開的第三次全國機(jī)電裝備失效分析預(yù)測預(yù)防戰(zhàn)略研討會(huì)上作了題為“提高失效分析人員素質(zhì)、促進(jìn)失效學(xué)科發(fā)展”的講話。他強(qiáng)調(diào)“通過這次會(huì)議，對失效分析會(huì)引起很大的重視，特別是領(lǐng)導(dǎo)部門，還有中國科協(xié)、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)等。我想失效分析會(huì)越來越受到重視，因此，對參與失效分析的人員要求也越來越高。我特別強(qiáng)調(diào)對人員需要特別高的要求。第一專業(yè)知識要扎實(shí)，第二知識面要廣，任何事都不是孤立的，而更重要的是從事失效分析人員的素質(zhì)問題。失效分析人員必須站在公正的立場，不受政治干擾，如果做不到這一點(diǎn)，我覺得就沒有資格去從事這項(xiàng)工作。因此人員素質(zhì)是很重要的。另一個(gè)問題，任何一個(gè)失效分析都是綜合性的，這就需要大家合作，一個(gè)人絕對不可能完成這項(xiàng)工作，因此必須協(xié)作?！薄翱偠灾Х治鍪遣豢扇鄙俚?，而且越來越重要?！?/p>

7q著名材料科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、中國工程院士師昌緒教授在739德國的機(jī)器失效分析與預(yù)防q政府方面：原西德11個(gè)州建立了523個(gè)材料檢驗(yàn)站，分別承擔(dān)負(fù)有專長的失效分析任務(wù)。鼓勵(lì)私人投資成立例如格林失效研究及失效防止研究所一類的機(jī)構(gòu)。q大學(xué)中的國立材料檢驗(yàn)中心：加強(qiáng)工科大學(xué)的國立材料檢驗(yàn)中心，使其真正成為在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的權(quán)威單位。如斯圖加特大學(xué)的材料檢驗(yàn)中心，300余人，年經(jīng)費(fèi)約2億馬克（一半來自企業(yè)，一半來自政府）。q阿里盎茲技術(shù)保險(xiǎn)公司：為了降低所保險(xiǎn)范圍內(nèi)的失效事故率，加強(qiáng)競爭能力，該公司技術(shù)中心擁有專職人員130余人，每年的設(shè)備投資平均為100萬馬克。公司擁有340多名專職技術(shù)保險(xiǎn)工程師，業(yè)務(wù)重點(diǎn)是研究和預(yù)防造成十萬馬克以上損失的事故。q企業(yè)和制造公司：加強(qiáng)了各自研究發(fā)展中心對其產(chǎn)品壽命及可靠性的研究，如本茲汽車公司，擁有先進(jìn)的分析手段和雄厚的技術(shù)力量。9德國的機(jī)器失效分析與預(yù)防7410課程的主要內(nèi)容：

失效與失效分析的意義、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；失效分析基礎(chǔ)；失效分析的方法及程序；斷口的宏觀分析；斷口的微觀分析；過載斷裂失效；疲勞斷裂失效；材料致脆斷裂失效；環(huán)境致脆斷裂失效；蠕變斷裂失效；腐蝕與磨損失效；產(chǎn)品質(zhì)量與失效；典型零件失效分析實(shí)例。10課程的主要內(nèi)容：7512

傳統(tǒng)的零件失效多指金屬零件，即由名義上的各向同性材料制成的零件。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用比重越來越大，在21世紀(jì)，復(fù)合材料將超過金屬材料的使用量，從而在材料中占有主導(dǎo)地位，因此應(yīng)加強(qiáng)對復(fù)合材料失效的研究。復(fù)合材料的失效，又