材料的失效分析

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1、什么是失效？最常見的失效形式有哪幾種？

機械構(gòu)件由于組織與性能發(fā)生變化而引起不能完成指定功能時，稱之為失效。最常見的失效形式有機械力破壞、腐蝕性破壞、高溫破壞。

2、什么是失效分析？失效分析有何意義？

失效分析是指分析討論構(gòu)件的斷裂，表面損傷及變形等失效現(xiàn)象的特征及規(guī)律的一門技術(shù)。意義：失效分析對改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，選材等供應(yīng)依據(jù)，并防止或削減斷裂事故發(fā)生；通過失效分析還可以猜測牢靠性；可以提高機械產(chǎn)品的信譽，并能起到技術(shù)反饋作用。

3、材料失效分析的基本原理是什么？

首先經(jīng)由鑒定何物及何種狀況下破壞，其次推斷如何破壞，最終判定為何破壞。

4、材料失效分析基本步驟是什么？

a、外觀檢視、勘驗及調(diào)查；b、斷口觀看；c、斷口成分分析；d、其他相關(guān)檢測e、推斷破壞機制；判定破壞肇因。

5、什么是斷裂？什么是斷口？常用斷口分析方法有哪些？

金屬的完全裂開稱為斷裂。斷裂后的自然表面稱為斷口。

斷口分析方法：斷口光學(xué)顯微鏡分析；斷口的電子顯微鏡分析；離子探針分析。

1.破壞成分分析有那幾種？破壞成分分析有什么意義？

答：a：表面分析（分析深度小于5nm）；次表面分析（分析深度小于1000nm）；本體成分分析（材料內(nèi)部化學(xué)成分）。

b：意義：在斷口形貌觀看分析無法確定失效緣由的狀況下需借助破壞成分分析技術(shù)以確定材料破壞的真正機制。其中本體成分分析是為了確定材料選用是否有誤而進(jìn)行的。

2.表面成分分析儀器有哪幾種？舉一例說明其工作原理。

答：a：俄歇光譜器，光電子化學(xué)分析儀，二次離子質(zhì)譜儀，離子散射光譜儀，激光拉曼光譜儀。

b：俄歇光譜儀（AES）利用入射電子束把原子最低層電子打出，當(dāng)上層電子降下來增補此空缺時，釋放的能量可再激發(fā)另一高能階電子放出，即俄歇電子，俄想電子的動能與以上所供應(yīng)能階有關(guān)，而能階又是各種不同元素辨識的指標(biāo)，因此由能量分析可判定原來的成分元素經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)后可作定量分析，利用外加離子濺射可同時做成分深度分析。

3.次表面成分分析儀器有哪幾種？舉一例說明其工作原理。

答：a：電子微探分析儀，X射線熒光分析儀，X射線衍射儀，盧瑟福后向散射光譜儀，穆斯堡爾光譜儀。

b:X射線熒光分析儀利用X光束把原子最內(nèi)層電子打出，當(dāng)上層電子降下來填補空缺時，能階差激發(fā)出X光放出，由此可進(jìn)行成分定性分析，而X光的強度由元素含量打算。因此，可以獲得定量分析結(jié)果。

4.什么是非破壞性檢測？非破壞性檢測有何意義？

答：a、非破壞性檢測是利用聲、光、熱、電、磁和射線等物理因子與待檢測物質(zhì)相互作用，在不破壞待檢測物的內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)及使用性能下，對其內(nèi)部和表面缺陷的位置、大小、外形、種類分布等進(jìn)行檢測。意義：非破壞性檢測實在材料完全破壞或破壞初期，檢測其裂縫位置、大小、外形種類及分布，準(zhǔn)時實行措施成為材料失效的預(yù)警技術(shù)。

5.常用的非破壞性檢測方法包括哪些？對比起優(yōu)缺點，舉一例說明其工作原理。答：非破壞性檢測方法有:滲透檢測法、渦流檢測法、磁粉探傷法、射線透視法、超聲波探傷法。

答：（1）機械力破壞類型有恒力破壞和疲憊破壞

（2）恒力破壞是指材料所受應(yīng)力形式固定的破壞

（3）疲憊破壞指材料所受應(yīng)力的大小或方向不斷循環(huán)轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的破壞

7.恒力破壞有哪幾種類型？什么是延性破壞？什么是疲憊破壞？

答：（1）恒力破壞有延性破壞和脆性破壞

（2）延性破壞：材料受到固定機械應(yīng)力作用，首先發(fā)生彈性變形，繼而發(fā)生塑性變形，再逐步連續(xù)至材料斷裂。

（3）疲憊破壞：材料受到固定機械應(yīng)力作用，首先發(fā)生彈性變形，當(dāng)應(yīng)力連續(xù)增加，材料開頭破壞直接斷裂。

8.恒力破壞的宏觀和微觀特征分別是什么？

答：（1）宏觀特征：1.脆性破壞宏觀特征：破斷區(qū)沒有明顯縮頸，端口呈光亮狀。

2.延性破壞宏觀特征：明顯縮頸，破斷面陰暗狀，其特征簡單，可歸為杯椎狀裂開，雙杯狀裂開，銳刀狀裂開，剪短，點狀裂開，超塑性裂開。

（2）微觀特征：1.脆性裂開微觀特征：a.沿晶脆性破壞：完整晶粒暴露形貌。B.

穿晶脆性破壞：特定結(jié)晶暴露的解理形貌，如河川狀條紋解理面舌狀物突起解理面。2.延性破壞微觀特征：窩坑狀。

9.殘余應(yīng)力按不同的分類方法分別有哪幾種形式？

答：（1）按應(yīng)力相互作用或平衡范圍分類：1.宏觀應(yīng)力2.微觀應(yīng)力3.超顯微應(yīng)力（2）按應(yīng)力產(chǎn)生過程分類：鑄造應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力，切削加工殘余應(yīng)力，熱處理殘余應(yīng)力，鍍層殘余應(yīng)力，表面硬化殘余應(yīng)力。（3）按金屬學(xué)分：體積應(yīng)力，組織應(yīng)力，鑲嵌應(yīng)力（4）按引起應(yīng)力的工藝機械分類：結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力，工藝殘余應(yīng)力，（5）按存在的長短分類：臨時殘余應(yīng)力，永久性殘余應(yīng)力

（6）按物理學(xué)分類：熱殘余應(yīng)力，相變殘余應(yīng)力，加工殘余應(yīng)力

10.殘余應(yīng)力的檢測方法有哪些？

答：檢測方法有：1.鉆孔法2.X光衍射量測法3.超聲波量測法

1腐蝕破壞形式有哪幾種？簡要說明其特征。

答：腐蝕破壞可分為無機械力作用腐蝕破壞（勻稱腐蝕，孔蝕，間隙腐蝕，晶間腐蝕，電偶腐蝕及去合金腐蝕）和有機械力作用腐蝕破壞（應(yīng)力腐蝕，疲憊腐蝕，氫脆，液態(tài)金屬脆裂及磨損腐蝕）。

2什么叫應(yīng)力腐蝕？應(yīng)力腐蝕裂開有什么特性？

答：是指材料在特定的環(huán)境中受到固定的機械應(yīng)力所產(chǎn)生的加速裂開。

特性：材料斷裂時的應(yīng)力低于其抗拉強度甚至屈服強度。

材料與環(huán)境間有很強的選擇性。

材料破壞方式可能沿晶或穿晶，甚至可能沿晶與穿晶并存。

拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力均可形成應(yīng)力腐蝕破壞。

3應(yīng)力腐蝕失效機制有哪幾種？

答：電化學(xué)模式，陽極溶解模式，機械模式，氧化層破壞模式，應(yīng)力吸附模式，氫脆模式。4應(yīng)力腐蝕裂開斷口有什么特征？

答：宏觀上，除了脆性斷裂特征，常?？梢姷搅芽p以及半橢圓形方式自材料外圍以一處或多處起始向材料內(nèi)部傳播。

微觀上，如為穿晶破斷，常顯現(xiàn)準(zhǔn)解理破壞特征，并且在其裂縫進(jìn)展方向可見到很多羽毛狀結(jié)構(gòu)。如為沿晶破斷，斷裂面可見到晶粒狀光滑表面，如為氫脆機制破斷，大都是沿晶斷裂，但光滑晶粒表面上會有很多小洞或魚刺狀類似眼角皺紋結(jié)構(gòu)。

5什么叫腐蝕疲憊裂開？腐蝕疲憊裂開有哪些特性？

答：腐蝕疲憊裂開是指材料在腐蝕環(huán)境中受到重復(fù)循環(huán)應(yīng)力，其疲憊壽命削減的失效現(xiàn)象。

特征：多裂紋平行無分枝穿晶鈍態(tài)：無腐蝕生成物有蚌殼狀條紋活性：無腐蝕生成物無蚌殼狀條紋

6腐蝕疲憊裂開機制是什么？對比分析腐蝕疲憊裂開、應(yīng)力腐蝕和單純疲憊破壞的特征。

答：機制是機械疲憊作用力和腐蝕作用力的協(xié)和效應(yīng)，兩者有競爭關(guān)系。當(dāng)機械疲憊作

用力占優(yōu)勢，失效行為接近單純疲憊斷裂，斷口有蚌殼狀條紋疲憊特征，反之，失效行為接近應(yīng)力腐蝕破壞，斷口看不到蚌殼狀條紋疲憊特征。

7什么是氫脆？氫脆失效特征是什么？

答：氫脆是指氫原子侵入材料內(nèi)部并且在一些晶格缺陷聚集而形成氫分子，體積膨脹導(dǎo)致材料內(nèi)部裂開。

8什么叫液態(tài)金屬脆斷？液態(tài)金屬脆斷的失效機制是什么？

答：液態(tài)金屬脆斷是指固態(tài)金屬在受應(yīng)力狀態(tài)下與另一液態(tài)金屬接觸，導(dǎo)致液態(tài)金屬滲入固態(tài)金屬內(nèi)部而產(chǎn)生脆裂。失效機制有兩種截然不同的理論，分別呈現(xiàn)出沿晶與穿晶破斷特征。9高溫破壞有哪幾種類型？

答：包括高溫化學(xué)力破壞和高溫機械力破壞。

10什么是高溫氧化機制、高溫?zé)猁}腐蝕機制、高溫斷裂機制？

答：高溫氧化機制亦為一電化學(xué)反應(yīng)，金屬氧化層是由金屬離子或氧離子集中至氣體/金屬的界面，并在此處發(fā)生氧化還原反應(yīng)所生成的。

高溫?zé)猁}腐蝕機制有兩種包括堿性溶解與酸性溶解。

高溫斷裂機制包括晶界偏析，晶界析出，晶界集中，晶界運動，晶界滑移，晶界熔融。11高溫斷裂及其破壞特征是什么？

答：蠕變回火脆裂晶界疫害凝固裂開冷卻裂開摩擦裂開熱震裂開

12高溫破壞的預(yù)防措施有哪些？

答：一、高溫氧化的預(yù)防措施1.愛護(hù)性氧化層的性質(zhì)2.提升氧化層的附著力3.涂覆愛護(hù)鍍層。二、高溫?zé)猁}腐蝕的預(yù)防措施1.愛護(hù)涂層2.腐蝕抑制劑。三、高溫斷裂的預(yù)防措施避開各