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1、-失效分析的程序和步骤-第 32 页失 效 分 析 概 要失效分析培训班用 2007年11月前 言江苏省机械研究所于2007年12月举办一个三天半的失效分析培训班，本教材即为该培训班而准备的，本教材由东南大学材料科学与工程学院孔宪中编写，部分文字内容参考金属所的金属断裂失效分析一书。我们知道，进行失效分析，是1，找出事故原因，分清责任所属，依法进行索赔，挽回经济损失。2，找出经验教训，避免同类事故，改进制造水平，定立新的工艺。3，提供有关资料，促进法治建设，减少资金浪费，加快建设速度。4，产生新型学科，提升科技水平，增强国家实力，节约资源成本这四方面所必需的，这次失效分析培训班主要介绍如何进行
2、失效分析，大致内容有1 失效分析的几种分析思路：按： 根据失效分类的分析思路 根据设备或部件工作状况的分析思路 根据制造工艺和部件类别的分析思路2 失效分析的分析程序1），现场调查2），观察，检测和检验3），分析及验证，作分析结论，4），提出报告，建议，及回访3 失效分析程序的实施1） 设计分析程序和实施步骤2） 失效部件的直观检验过程3） 断裂源的确定4） 断裂机制的确定，5） 取样及编号6） 检测和检验7） 信息的纵综合，归纳，分析，得出初步结论8） 结论的验证，写出报告，提出建议，4，常用的失效分析技术 1）金属的显微断口分析 2）金属及部件的疲劳失效分析 3）腐蚀疲劳失效分析及应力腐蚀
3、失效分析 4）氢脆失效分析 5）高温失效分析 6）焊接失效分析5常见部件的失效分析案例1）轮类 用齿轮，叶轮，螺杆，轮箍各选一例2）轴类 用曲轴，摇杆轴，前轴，连杆各选一例3）管道类 用管道，导管方面选二例4）基础件类 用轴承，弹簧，模具方面选三例通过培训班学习，使参加者获得一定的失效分析素养，能具备一定的失效分析能力，有一定程度的失效分析技术，接触一定数量的失效分析案例，便于开展失效分析工作。一 失效的定义凡机械设备或装置零件，只要不再能满足设计规定的功能者，统称“失效”。一般有三种情况：即1，产生损害，不能继续使用。2，具备产生损害的危险，不能继续使用。3，产生损伤，不能继续按要求使用。凡
4、产生这三种情况之一，即称为产生失效，（每种各举1例）如：设备不能正常运转；或者虽然能运转但达不到设计规定的功能；或者因受损伤不能安全可靠地继续服役，需要立即更换零件或修理。二，失效分析的目的和重要性1 找出事故原因，分清责任所属，依法进行索赔，挽回经济损失。特别是有关进口商品。（举例）2 找出经验教训，避免同类事故，改进制造水平，定立新的工艺。（举吉林市石油液化气贮罐爆裂之例）3 提供有关资料，促进法治建设，减少资金浪费，加快建设速度。（举零部件失效为例）4 产生新型学科，提升科技水平，增强国家实力，节约资源成本，（举疲劳及氢脆为例）失效分析的主要目的是要找出引起失效的原因，经过采取有效措施，
5、使同样失效不致再次发生。因为灾难性的失效不仅经济损失很大，而且还造成严重的人身伤亡。世界上工业发达的国家，每年由于失效(断裂，腐蚀和磨损)造成的济济损失占国民经济总收入一个很大的比重。以美国为例：1982年断裂造成的损失达1190亿美元，可以避免的占53%(631亿)，通过失效分析研究后可避免的占47%(559亿)。这还没有包括间接的济济损失和人身伤亡的统计。失效分析的重要性，概括地说表现在以下十个方面：1.避免事故重演，挽回巨额的济济损失；2.可以引出大量的经验和教训，为改进设计制造工艺和使用法规提供科学依据；3.对进口设备的失效分析，可为向外商索赔提供可靠证据或技术仲裁；“吃透”先进技术和
6、提高技术引进的质量和效率；5.失效分析结果是修订或制订现行技术规范、规程、标准和法规的重要依据；6.维修工以失效分析为基础能收到良好的效果；7.失效分析结论和技术知识常常是制订各种济济法(如产品质量法、安全法、责任法等)的必要资料；8.失效分析的统计资料是制订科技开发规划和济济发展规划的重要依据之一：9.可为各级技术指挥员正确处理现场技术问题提供决断性的科学依据。线索。在生产厂中进行质量分析(或废品分析)可收到以下五点好处：1.缩短研制新品的周期；2.使老产品的质量得到迅速地改进；3.有利分清责任、加强责任制，保护用户的济济利益；4.有利于开展材料代用和材料的合理使用；5.为制订合理的工艺要求
7、、金相标准等提供依据。国际上失效分析开展的情况：德国：是开展失效分析最好的国家，有一百多年失效分析的历史记载，有完整的失效分析体系及制度和设备，其产品性能得益也最大。其后是美国，日本，等等。介绍各国大致情况。我国失效分析开展的情况由于我国工业发展历史短，失效分析刚起步，目前进入机器设备失效的高峰期，失效分析任重道远三 失效分析的内容失效分析的内容很多，只针对失效的直接原因进行分析的，即所谓狭义的失效分析，如果把管理的因素也包括在内，即为广义的失效分析。狭义的失效分析按失效现象出现的前或后进行的分析。又划分为三种：事前分析、事中分析和事后分析。我们常说的失效分析多指事后的失效分析。失效学是一学科
8、，是以许多学科和技术作为它的基础建立起来的一门新的多边缘学科，通过它的分析结果，又为其它学科或技术提供新的反馈资料来促进它们的发展，失效学和许多学科和技术之间提供“营养”或依据，而且互为提供营养或依据，如断口学是失效分析的重要支柱和基础，而失效分析中的某些结果又能丰富断口学的内容，并推动其发展。如氢脆和应力腐蚀的区分，动态应力腐蚀和腐蚀疲劳的区分，都是通过实际事例的分析来促进其发展。又如机械设计的知识，能促进分析的效率和水平，而失效分析结果是属设计问题的，多次反馈能提高设计师的可靠性设计水平。其它的也是如此。四、失效分析的思想方法所谓失效分析的思路，就是对具体失效问题要有一个比较深刻 周到的思
9、考方法。要求它所确定的程序和步骤，既严密又不繁锁，既高效率又无遗漏保证分析出发点正确，不导致错误结论。因此，在思想方法上要求遵守并能正确运用正确的思想方法，1。五个基本原则(1) 整体观念原则 失效分析工作者在分析失效问题时，始终都要树立牢固的“整体”观念。因为一套设备在运转中某个部件失效引起“停车”，它有这样一些联系：它与邻近别的部件有关，它和周围环境的条件或状态有关，它和操作人员的使用情况有关。因此，一旦失效就要把设备环境人当作一个系统来考虑。尽可能分析设备能出哪些问题，环境能造成哪些问题，人为因素能导致哪些问题，然后根据调查资料检验结果，采取“消去法”，把不成为问题的问题逐个审查消去，剩
10、余问题再细微分析研究。如果孤立地对待失效部件，或局限于某一环境，往往对问题得不到解决。例如，某工厂生产的继电器，春天存放进仓库到秋天就发现大批继电器的弹簧片发生沿晶界断裂，经失效分析定是氨引起的应力腐蚀开裂，但仓库里从来没有存放过能释放氨气的化学物质，因此，分析结论中的腐蚀介质还得不到证实。问题出在什么地方呢？就出在把系统局限于仓库这个小环境。后来查明，在仓库大门南面附近的田野里有一个大鸡粪堆，是鸡粪放出的氨气经春、夏的南风送进仓库，提供了应力腐蚀必要的介质，引起了损坏。如果不和更广的环境联起来，就得不出可靠的结论来。（2）从现象到本质的原则现象只是分析问题入门的响导，要找到产生现象的原因，即
11、失效的本质问题，才能解决失效问题。例如一个断裂件，承受交变载荷，在断口上有清晰的贝壳花样，很容易得出疲劳断裂的结论。但是，这仅仅是一个现象的论断，而不是失效本质的结论。因为只要再提一问题：应如何改善？就回答不上了。因为这没有抓住这一失效的本质。导致疲劳失效的原因很多，常见的不下于40个。因此在失效分析中不满足于找到断裂或失效机制，更重要的找到原因的证实材料。才有助于解决问题。（3.）动态原则这里是指设备或部件对周围的环境或条件或位置，总在那里作相对运动，部件在服役中是如此，就是存放在仓库里也如此。例如，一个部件的受力条件，环境的温度，湿度和介质这些外部条件的变化，以及部件本身的某些元素或氢有无
12、随时间偏聚的内在变化，基至操作人员的变动，都应包括在这一原则中。上述继电器例子就是由于环境介质的变化。（4）一分为二原则这个认识论的原则用于失效分析，常指对进口设备不要盲目以为没有缺点，而大量的事实表明，我国引进的设备不少失效原因是属于设计、用材、造制工艺或漏检。找出原因取得索赔，并把这些结果反馈给有关设计部门，又可提高我们的设计水平和制造水平。（5）纵横交汇原则 既然客观事物总是在不同的时、空范围内变化，那么同一设备在不同的服役阶段、不同环境，就具不同性质或待点。所有机电设备的失效都服从“浴盆曲线”即在服役初期和后期最易出现失效，但在中期失效率相对地低得多。这是从设备本身来看的待点。另外，同
13、一温度、介质或外界强迫振动，在服役不同阶段的介入所起的作用也是不同的。2。五种具体方法（1）系统方法系统方法又称相关性方法，就是把失效类型、失效模式、断口形貌待征、服役条件、材质情况、制造工艺水平和过程，使用和维护情况等放在一个研究系统中，是从总体上加以考虑的方法，看失效原因是否与设计、材质、制造、使用、维护等有关，并据此深入测试分析（包括模拟或失效重现试验），寻找具体失效原因，本方法的前提和出发点整体性原则，基本特点是：从一般到个别，从普遍到待殊，从单项分析到综合联系和一致上找原因，这就是要求尽可能地搜集与全局性有关的资料和测试信息，从而确定分析系统的范围，范围太大就浪费时间、精力和费用；如
14、范围太小，问题提得不全，又会使分析带有片面性。（2）抓主要矛盾方法就是抓失效中起主要作用的因素，如断裂失效中的断裂源和断裂机理及其导致因素。（3）比较方法选择一个没有失效的而且整个系统能与失效统一一对比的系统，然后与失效系进行比较，从中找出差异，这样来找引起失效的原因。（4）历史方法历史方法的客观依据，是物质世界的运动变化和因果制约性。就是根据同样设备同样服役条件在过去表现的情况和变化规律，来推断现在失效的可能原因。这主要依赖过去失效资料的积累，运用归纳法和演绎法。（5）逻辑方法就是根据背景资料（设计、材料和制造的情况）和失效现场调查材料以及分析、测试获得的信息，进行分析、比较、综合、归纳、和
15、概括，作出判断和推论，得出可能的失效原因。以上这些原则和方法掌握程度和运用水平，决定着失效分析的速度和结论正确的程度，掌握这些原则和方法，可以防止失效分析人员在认识上主观片面性，技术运用上的局限性。在判断上实事求是，不搞无事实根据的推论，保证分析结论正确无误。五，常用的几种失效分析思路1。根据失效分类的分析思路根据失效型的分类，把它们当作数学集合中不同集合，不同子集中元素。然后个消去不包含它的集合子集，即逐步缩小包围，找出属于某种失效的机理，再进一步找引起失效的原因。2。根据设备或部件工作状况的分析思路首先考虑是系统失效还是部件失效，前者要逐个装置清查找出失效源，进而找出断裂源；后者找断裂源。
16、随后从受力状态，环境介质、温度等去考虑失效源。譬如受力是单轴静载还是受冲击或交变应力的动载；是拉伸，扭转，剪切，还是弯曲；是大气介质还是腐蚀介质；是常温环境还是高温或低温环境。例如是静载腐蚀介质沿晶断裂（不锈钢除外）多半是应力腐蚀开裂；如果受交变应力的动载，多数为疲劳致断，有腐蚀介质多为腐蚀疲劳；处于高温环境多为高温疲劳。再根据背景资料和现场调查就可确定着重抓那些分析项目，要注意多因素的影响。3。根据制造工艺和部件类别的分析思路不同工艺生产的部件，如行铸造、锻造、焊接、热处理或最终研磨，一旦发生早期失效，首先考虑这些制造工艺致断的作用，根据失效统计有一半以上是由于制造工艺不当引起的。如失效件是
17、从焊缝热影响区裂开或断开，而且工作应力又没有超过计应力，又无腐蚀条件，那么就从焊接工艺条件找原因。其它工艺都有各自的工艺缺陷，如铸造的气孔、疏松、夹渣等，锻造的折叠、内裂等，热处理的裂纹、残余应力等。不同部件由于受力情况不同，都有各自的失效模式。譬如，齿轮失效主要表现为断齿和齿面损伤。而断齿主要由于疲劳、撞击或异物落入齿轮副引起；齿面损伤主要表现为点蚀齿面剥落、磨损或胶合。轴类的失效，主要表现为疲劳断；如果断口没有贝壳花样的脆断，除原有裂纹外，可能是回火脆或迟后断裂（氢脆）。锅炉的失效，主要表现为爆炸和爆管事故，其原因又多属于操作问题，其次是设计、制造问题，再次是腐蚀问题。根据这些断裂或损伤形
18、式，再进一步根据实验室的分析找出原因。4系统工程的分析思路上一节所讲的分析思路是从现象找原因，是一种“顺藤技摸根”式的相关性思路，这对不太复杂和设备系统是常常采用的。对稍有失效分析经验的工作者来说，上述思路已成为他一种不自觉地习惯工作法。但是，对于像化工厂、原子能发电站这样庞大、复杂系统的失效分析，如果不采用失效系统工程的分析思路和方法，还仅限于相关性思路，是根本无法进行的。在未具体介绍这方面的方法之前，先解释一下什么是系统工程。系统工程是一门综合性的管理工程技术，综合地运用多种现代科学技术，如数学、控制论、信息论、计算机技术，并与各领域的具体技术结合起来，从而应用于各个领域。用于工业体系的叫
19、“工程系统工程”，用于企业体系的叫“经济系统工程”，用于科学研究体系的叫“科学研究系统工程”，以此类推，还有“行政系统工程”，“军事系统工程，”“后勤系统工程”，“保证质量系统工程”“失效系统工程”等。失效的系统越复杂就越有必要采用失效系统工程的方法，其可能产生的社会、经济效益也就越大。常用的有（1）故障树分析法，（2）特征-因素图分析法，（3）事件时序树分析法等等六 失效分析的程序和步骤上一部分阐述了对一桩失效，分析工作应当采取什么样的思考线索，才能使分析工作顺利并获得正确的分析结果。这里主要介绍失效分析过程的具体做法和实施步骤。A分析程序的意义，内容和步骤.设计分析程序的重要意义一个比较有
20、经验的失效分析工作者，对于一个简单部件的失效分析工作，而且失效因素也比较简单，只有在这种情况下，他才不需要设计分析程序，可以一步一步地进行分析。因为这些简单的分析程序和步骤早已成为他的工作习惯。但是，对于一个大而复杂的系统的失效(如尿素合成装置、乙烯裂化炉或飞机失事等)，如不在分析前设计一个分析程序和实施步骤就去进行分析，往往会出现指挥忙乱，工作不能协调窝工，分析工作进展缓慢，漏取数据，走弯路，甚至把步骤弄颠倒，把应取得的信息被另一提前步骤给毁掉了。例如，损坏部件断口上的污染物，还没有经过电子探针或能谱或X一射线衍射分析，定出成分或结构，就被清洗样品给去掉了，像这样就无法挽回。又如，对失效背景
21、资料的搜集，在进行分析之前就拟定一个调查提纲，列出必须搜集的材料项目，以及失效现场应了解哪些信息，否则就会由于遗漏调查项目多次到现场了解情况。这多半是没有设计分析程序和实施步骤的结果。对于重大的失效事故分析，设计一个分析程序和实施步骤，不仅是为了避免忙乱少走弯路、消除漏取数据和窝工，更主要的它是失效分析周密、结论正确的保证，是重大失效分析不可少的“工序”。失效分析程序的内容和步骤这里介绍的程序和步骤是一般通用的。因此，内容包括的方面对某一机械部件来说，似乎有些繁琐，而对另一装置来说，某些项目又嫌过于简单。所有这些情况，我们就按“先一般后个别”的原则来处理，在必要的地方加以补充。读者根据具体分析
22、的对象，可以对下述的程序和步骤作必要的简化或增添。步骤的顺序也可以个别前后颠倒。既要遵守程序、步骤的规范化，又要根据分析对象的需要作某些增减。不过，一般需要遵守下述分析程序。失效分析的程序和步骤提纲（一）.调查1.现场调查：(1)发生的时间和地点，失效经过(时间顺序)(2)残骸碎片与主体相对位置的分布，绘草图或照相。(3)部件的畸变和损伤情况，绘草图或照相。(4)目击者证词，询问工厂有关人员或其他能提供有用信息的人员。(5)为实验室工作考虑选取试样的部位和方法。2.收集失效部件的背景资料：(1)监视设备的记录和运转日记。(2)主系统和要害部件的服役历史：设备记录，运转条件；维护和调整情况，有无
23、修理情况。(3)经销单位出售记录或报告，用户反映。3.工程设计的背景资料：(1)系统的说明书；(2)系统或部件的功能；(3)装配程序说明书；(4)维护程序；(5)设计说明书；(6)设计图(兰图)；(7)制造程序和质量控制程序与水平；(8)工程设计的分析和报告。(9)质量检验报告；(10)有关规范和标准。人与机器的互作用，等等。能身体疲劳，情绪等等。（二.）观察1.失效系统或部件的直观检验；2.折卸并提供记录文件；3.针对设计图纸校对尺寸；4.用放大镜检查；5.全部试样(金相和力学的)选定、切取、标号、保存和清洗；6.断口的宏观和微观观察(多用扫描电镜)；7.断口附近及非损坏区的金相组织对比观察
24、。（三.）探测1.无损探伤检验；2.化学成分分析：(1)常规：湿法，光谱分析；(2)局部或微区：辉光光谱，能谱，电子探针(3)表面或界面：俄歇能谱。3.x-射线衍射分析。（四）.测试1.机械性能测试(包括硬度测量)；2.断裂韧性测试；强度寿命分析；质量控制。（五.）模拟试验1.失效的概率分析；2.失效机理的确定；3.模拟服役条件下的试验。（六.）做分析结论1.对所取得的信息、数据做分析、评价：(1)考虑信息、数据的可靠性；(2)提出的失效原因应与事实一致，应与工程的物理原理一致；(3)假定的描述要证明是正确的；(4)工程模型的描述要证明是正确的；(5)解释判断的根据是什么？2.结论的根据要充分
25、可靠。3.写出有建议的报告 (1)现实性考虑费用和可行性；(2)解释并证明建议正确。（七）.反馈与回访1.把分析结果反馈给设计、制造、使用等有关单位和管理部门2.回访失事单位，若建议未实施应促进建议的贯彻执行。这里应当指出，凡有断口分析的工作，只有当断口观察已有结论时才能做断口附近的组织金相观察。与此无关的不损坏断口的试验都可以提前或同时进行。B分析程序和步骤的实施事故一旦发生后，应立即通报有关单位，防止事故继续扩大并保护现场，避免销毁证据，不得触摸失效部件的断裂表面。在没有提出正式文件(报告书、记述清单，照片等)之前，不得变动原始现场情况和各种物件的位置。尽快组成调查组，以最短时间赶赴现场，
26、“百闻不如一见”目睹第一手资料。带好失效现场分析所需的简单工具，如照相机、放大镜、绘画纸、卷尺、塑料袋(装样品用)和电镜复型用的醋酸纤维素纸(俗称AC纸)。国外已有手提式失效分析工具箱，和失效分析专用实验室汽车队，可以承担就地进行失效分析任务，对一般的失效问题能就地解决。七，部分程序和步骤的介绍。直观检验主要靠眼睛观察，因为肉眼有特别大的景深，又能迅速检验很大面积，对颜色、腐蚀、断裂纹理的走向和改变都有十分敏锐的分辨本领。对判定断裂的萌生位置、裂纹扩展途径和裂纹前缘的轮廓，对指示裂纹扩展方向的人字形花样，结晶状断口或纤维断口，二次裂纹以及有无过载产生的切变边等等，都能迅速而准确地识别出来。对部
27、件运转的情况，对原有设计和加工质量等也能做出总的评价。对上述所有重要特点(包括尺寸大小)都应一一记录下来，用文字用图画或照相都可以，以能准确详细记述实际失效情况为准。为了表示颜色还必须用彩色照相。直观检验是以后进行各项失效分析的基础，是整个失效分析成功与否的分水岭。因此，十分重要，必须仔细检验。(1)直观检验的操作顺序肉眼先观察整套装置或整个部件，周围环境和失效装置各部件间的作用。要全面了解，对失效部件应有一整体概念。根据宏观观点确定失效件的失效属性，韧性，脆性，疲劳，磨损或腐蚀。下面我们看几张照片：从这四张照片，我们很快即可看出它们的各自断裂情况不一样，有各自不同的材质，工况，断裂原因和断裂
28、方式。通过追测断口断裂纹理(如放射形会聚点，半月形半径中心区，人字形花样小尖头)来确定断裂源。从这张照片，其断裂源。裂纹扩展方式，最后的断裂都可找到。根据断裂特征确定加载方式(拉、压、弯、扭等)，应力级别的相对大、小，以及应力指向。断裂方式(穿晶、沿晶或混合)，环境影响，断裂机理用电子断口分析，从而评价材料在这种环境和应力条件下的性能。断裂特征还显示其它细节，如表面硬化、晶粒尺寸和内部缺陷。由于设计不当造成的应力集中处的外貌，材料缺陷，制造、加工缺陷，或装配缺陷，所有这些缺陷都能提供查明失效原因的证据，都应当在直观检验时仔细检查。如下面照片所展示的，这五张照片都可以看出其断裂特征及区别。(2)
29、断裂源的几种识别法碎块拼凑法 将碎块依次序拼合起来(注意别碰伤、磨伤断口)，密合程序好的是后断的，而密合程序差的却是先断开的。“T”字形法 如两条裂纹相交成近90，水平的先开开明，垂直的后开裂。因为后者被前者停止。多枝形法 对分叉裂纹不分叉的比分叉的在先。别把它当成断口上的河流花样来判断，两者指向相反。人字形法 钢板两边不开槽，人字小头指向断裂源，两边开槽的钢板，人字大头指向断裂源。这五张照片，是比较典型的几种指向断裂源的人字花样最小应变法 断裂开后，截面积越来越小，过载越来越大，宏观变形就先小后大。因此，靠近断裂源的几乎不变形。放射标记法 断口上如有放射标记，则会聚区就是断裂源处。无切口的园
30、钢多在中心，有切口的园钢多在外沿缺口，板材多在表面或皮下，方形或矩形型钢多在四角。贝壳花样法 多在弧形半径中心(表层或皮下)。切变边法 不是完全脆性断裂，就有断裂切变边，表现为外表面有挂手的毛边，它的对面即为断裂源。如果板状断口，有时有锯齿，锯齿的斜面就指向断裂源。(3)其它宏观检验的内容低倍酸蚀检验可得七种信息：a.内部质量(偏析、疏松、夹杂、气孔等)；b.表面缺陷(夹砂、斑疤、折叠等)；c.内裂纹(白点、氢腐蚀、过烧等)；d.钢材软硬部位的区分；e.硬部位贯穿的深度；f.流线的走向和断续情况；g.焊接质量和研磨烧伤，等等。特殊钝痕技术(硫钝、磷钝、铅钝和氧化物钝等)显示元素在试样中的分布。
31、失效件的应力集中审查，与缺口、划痕、钢钝痕等是否有关。磨损，腐蚀和振蚀的审查。2，取样及标号分析过程中所需要的全部试样，在现场调查时就应该有所计划，一旦分析程序确定后，应把取样的部位和数量确定下来。对大部件取样多用火焰切割，为此要考虑四个问题。火焰经过的地方和热影响区，如果需要表层和内部的质量(缺陷)数据，应在切割之前用无损检验方法检查；切口和热影响区要离开断口一定距离，以便保持断口组织不改变不氧化；切割前要做宏观照相记录，以便保存原来的图像和切取部位；避免熔滴飞溅到断口上，用东西覆盖遮挡。取样一定要有代表性，并记录取样部位。断口的力学性能和金相的试样，必须在断裂源附近取样，而对比试样一定要在
32、远离断口不受什么影响的部位取。如分析锅炉管中部开裂的原因时，不仅要在向火开裂的一面取样，而且还在背火并与开裂对称的一面和远离开裂部位背火一面取样(当作原始组织看待)。这样的对比就能通过金相组织检验来确定是材料局部缺陷(碳化物成片状)，还是过热(碳化物球化)，或两者都有问题。断口要做适当地选择、标号、清洗和保存。选择是为抓住重点观察不浪费时间；标号是避免弄混断口部位。一般事故断口，常常有污染或氧化。只有在这种条件下才清洗断口。3，二次裂纹的利用当主断口受损伤或被腐蚀以至把引起断裂原因的大部分信息都给弄模糊时，就只好打开从主裂纹分叉出来的二次裂纹进行断口分析。这些裂纹有可能提供比主断口还多的信息，
33、因为这里闭合紧，氧化、腐蚀程度轻，并能保留腐蚀产物。对于分析疲劳或应力腐蚀的失效，裂纹深度和宽度需要取数据，故在打开裂纹之前要测量裂纹的宽度和长度。在一般情况下，应力腐蚀开裂的裂纹长度比开口宽度大几个数量级，这是重要数据之一。4，电子断口相检验由于光学显微镜分辨率和景深小的限制，已不适合作一般断口的高倍观察。现都采用扫描电镜。电子断口分析除了能做定性方面的工作外，如断裂方式，断裂机理，还能作断裂方面的定量工作，如韧性程度的判别，裂纹扩展的速度，以及断裂历的定量描述。因此，透射与扫描电镜已是研究断裂机理的主要工具。电子断口相能显示三维形貌，因此它展示钢中的夹杂就比金相显微镜更富立体感，夹杂与基体
34、构成界面的情况也能有所了解。钢或合金中的析出相(如碳化物)的分布，也能清楚地显示出来。如下面照片所展示的，4340Ni-Cr-Mo钢管，从飞机起落架活塞组件的套座中断裂，在钢管的下部边缘，是起始裂纹a的表面，被黑色的高温氧化物覆盖，这种氧化物显然是焊接后在热处理过程中形成的，b为疲劳裂纹増长区，断口的其余部分为c，是最后快速断裂区，前者是氧化区，晶间断裂，是高温发生开裂而来的，高温下晶间为弱区在b区和a区过渡区之间拍的，注意未看到疲劳条带，或者其被碎片盖住。在c区拍的，穿晶断裂，一部分是由于显微空穴聚集，另一部分是由于准解理所致又如塑性材料的显微断裂特征塑坑，也可以通过它看出断裂时受力的方向和
35、材料的强度以及材质的均匀性。如果是没有方向性的等轴塑坑，断裂受单轴拉伸，应力方向垂直于断口；如果是鱼鳞状的拉长塑坑，不是撕开就切变断裂，前者是两个相配断口面的塑坑方向相同，后者是塑坑方向相反。塑坑坑底的方向是开裂的方向，也是断口面哪一边施力的方向。关于金相检验、无损探伤、化学成分分析、X-射线衍射分析，机械性能测试和断裂韧性测量及分析，这些步骤所需的知识和技术同志们大部分都已具备，而且都有专门书籍介绍，故本文从略。在前面介绍的失效机理分类中，已经列出机械产品的几乎所有失效类型。现择其中常见十三种的简介如下：(1)过量变形：凡尺寸超限(胀大或收缩)或形状畸变(弯曲或翘曲)。高温蠕变伸长引起的断裂
36、也属过量变形，断口为沿晶断裂。低碳，高氧铁的室温拉伸试验断口，注意等轴韧窝含有FeO的球形质点，球状明显(2)延性断裂 断口附近的外表面有明显的塑形变形，有切变边。宏观断口无金属光泽吴无结晶颗粒的灰色，纤维状断口。它的一般电子断口相为微孔聚集型的塑坑。如有颗粒状夹杂就在坑的底部。常温为穿晶，持久高温拉断为沿晶，晶界面上有塑坑含0。14%S和0。04%O的铁合金断口, 夹杂物和基体分开，所以没有受应力及严重变形的影响加锰时，高氧高硫铸铁中的夹杂物，Mn(Fe)O, Mn(Fe)S(3)脆性断裂 主要指在空气中常温下拉伸或冲击无宏观粗放型的断裂断口较平整有强烈的金属光泽，有的为结晶颗粒组成的亮灰色
37、断口。部件无明显变形，断口大部分无切变边。电子断口相为穿晶解理的河流花样；沿晶的表现冰糖花样。铁低，碳钢，体心立方金属及其合金，密堆六方金属在室温多为解理脆断。若晶界有析出物多表现为沿晶断。4130Cr-Mo钢843C奥氏体化油淬，250C2小时回火24C一大气压氢气中试验，完全晶界断裂，晶粒间有深的二次裂纹，显微空穴聚集形成大量韧窝4130Cr-Mo钢843C奥氏体化油淬，250C2小时回火24C一大气压氢气中试验，完全晶界断裂，晶粒间有深的二次裂纹，显微空穴聚集形成大量韧窝(4)疲劳断裂 大多数的运动部件，材料又为韧性好的，一旦出现断裂，断口上往往可以看到贝壳弧形线花样。而高倍却不一定出现
38、疲劳纹，也不要把一次拉伸的片状珠光体断口当成疲劳纹。主要以宏观形貌为主，微观形貌为辅。超高强度钢和以下情况就观察不到疲劳纹，但仍然是交变应力致断的疲劳断裂。这些情况是：疲劳纹间距200A，观察工具的分辨本领不够(如一般的扫描电镜)，可改用透射电镜观察。裂纹尖端处的延性不够，不易产生内缩颈，不形成条纹。导致疲劳断裂的应力类型不是张开型(I型)，不产生疲劳纹。随后的断裂操作或腐蚀把疲劳纹抹掉了。5155铬钢850C油淬，450C回火。2600次循环后发生断裂的轮胎痕迹1020低碳钢，0。20%C，0。52%Mn 0.22%Si，3100次循环后发生断裂，造成轮胎痕迹的断口718合金室温疲劳条带，疲
39、劳斑片，分割各疲劳斑片的台阶是清楚可见的，中心斑片内的疲劳条带间距大约1微米。无氧高导性铜疲劳条纹，此处裂纹生长率很高。导致了非常规则的疲劳条带 1041碳钢感应淬火HRc50，疲劳断口，两条裂纹，两个源1041碳钢感应淬火HRc50，带键槽的疲劳断口，左边一次偶然电弧触发，引起 一个疲劳裂纹1039碳钢表面硬化疲劳断口，表面HRc50，心部HRc19，在贯穿入心部前表面几乎完全破裂两个断裂源1045钢制传动齿轮HRc55，感应淬火，弯曲疲劳断口，裂纹源在断口的左边缘上图的断口照片，裂源完全磨损，证明裂纹起初扩展缓慢，载荷分布很好1046碳钢曲轴，HRc25，断裂区的疲劳断口，两条裂纹1050
40、钢疲劳断裂左1海滩标记偏心，说明加载不平衡 2 HRc35，出现棘轮标记，证明疲劳裂纹是从尖锐的环沟周围许多地方 开始的 右，齿轮一个齿的疲劳断口，HRc55，疲劳源在锻造缺陷（箭头）处，有海滩标记有河流花样硬度为HRc50,由1050钢制的浮动轴的疲劳断口，裂源在箭头处，由剪切疲劳形成小而圆海滩标记，直到最后脆性拉断1053碳钢制拖拉机左侧后传动齿轮，使用732小时后一个齿断裂，HRc57，感应淬火13。3mm处HRc50，根部拐角处的硬度靠近表面HRc56，11。5mm深处HRc50 下为 同一拖拉机的右侧后传动齿轮的疲劳断口，使用841小时后，一个齿发生断裂，1053碳钢制造，感应淬火，
41、硬度与前者相似，只是在齿尖以下12。2mm和根部拐角面以下9。5mm处HRc50，箭头指出，疲劳源恰好在一个破齿下面，可能是被破齿碎片挤坏的2025-T6铝合金飞机螺旋浆叶的疲劳断裂，中心的配重空腔，在边缘处有一个疲劳裂纹源（箭头处），断裂发生在形成空腔一端的半径起始处，对空腔表面的检查，显示出由刀痕和腐蚀坑造成的表面极端粗糙，此种刀痕和腐蚀坑的综合作用被认为是裂纹产生的原因。(5)腐蚀疲劳断裂 最显著的特点是有多个断裂萌生源，但其中一个是呈灾难性扩展。断裂源被疲劳休止线围绕。源上腐蚀产物较多，垂直于断口的外侧面表现为锯齿状或串珠状。因为多数情况下裂纹起源于点蚀坑，即始终都在应力集中处，在小的
42、缺陷处开始。这是腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的区别，腐蚀疲劳断口，注意裂纹尖端变钝，而二次裂纹尖端没有变钝腐蚀疲劳断口200T碳钢拖轮驱动轴。腐蚀介质为海水，断裂源由海滩标记指出在左边。(6)应力腐蚀开裂 这种断裂仅在受到拉应力(或低速度的动应力)和处于特别介质中才发生。拉应力叠加一小的交变应力属腐蚀疲劳，断裂源从表面开始，点蚀坑反而不利于应力腐蚀开裂。铝合金、低碳钢、高强钢、-黄铜等通常都是沿晶开裂或紧靠晶界一侧开裂。-黄铜的某些开裂是沿基体与孪晶之间的界面断开的。奥氏体不锈钢是穿晶断裂，并有宏观分叉。电子断口相有扇形或羽毛形花样。与氢脆断口的主要区别，用腐蚀产物判别，有为应力腐蚀开裂。(7)氢脆
43、断裂 一般多在中等应力强度因子的有氢情况下发生断裂，故氢脆多为沿晶断口。这些界面在电镜下观察多有鸡爪形的撕裂棱，或有细的凹坑。这两种是应力腐蚀开裂所没有的。4130Cr-Mo钢843C奥氏体化油淬，250C2小时回火24C一大气压氢气中试验，完全晶界断裂，晶粒间有深的二次裂纹，显微空穴聚集形成大量韧窝，典型的细撕裂棱容易发生应力腐蚀裂纹的实例金属材料腐 蚀 介 质铝合金含氧化剂的NaCl水溶液，含空气的水蒸气铜合金氨水溶液及胺蒸气，含空气的水蒸气金合金FeCl3水溶液镍铬铁合金NaOH水溶液铅醋酸铅水溶液镁合金含氧化剂的NaCl水溶液（高温），蒸馏水蒙乃尔合金（Monel）熔融 NaOH， H
44、F水溶液镍熔融NaOH， NaOH水溶液（沸腾状态）碳素钢NaOH+Na2SiO3水溶液，（沸腾状态） Ca(NO3)+NH4NO3+NaNO3水溶液（沸腾状态） HCN水溶液低合金钢混合酸（H2SO4+HNO3）水溶液，海水奥氏体系由MgCl2，BaCl2水解成的弱酸性氯化物水溶液不锈钢海水，浓的强碱水溶液（高温）铁素体系及马氏体系的不锈钢H2S水溶液（酸性） NaOH+H2S水溶液钛红色发烟硝酸(8)液态金属致脆 通常是沿晶断，可以把它看成是特殊类型的应力开裂，因为增加应力或残余应力能加速断裂。断口或细裂纹上存在低熔点金属，用电子探针可检验出来。低熔点是相对的，Fe对Pt，Cu对Fe都算低
45、熔点，在高温就产生“液态”铁脆或铜脆。(9)振蚀腐蚀断裂 它和普通的磨损不同：它发生在两个相对固定的接触面上，由振幅极小(0.012.0um)的振动产生相对地来回滑动，母材产生的碎片保留在振蚀的位置上，铝合金的碎片为墨色，钢的产物为棕色粉末。这些产物是基体金属粒子及其氧化物和它的水化氧化物三者的混合物，发生的位置在联接处，如螺钉、销钉、铆钉和键的接触面处。(10)液体侵蚀 主要指气蚀和冲击侵蚀。前者的外表和皮下-吴溃疡性腐烂，外表面口小而皮下空腔大。后者为高速液滴冲击金属，表现为凹坑，口大底小。都以物理损坏为主。(11)局部腐蚀 多数失效表现泄漏。失效件表现出现非均匀的局部腐蚀，有的表现为形状
46、规则或不规则的凹坑，或突起。局部腐蚀是除均匀腐蚀以外的所有腐蚀的总称。至于是哪种腐蚀，随外加条件而定。(12)磨损失效 包括八种磨损(见失效分类表)。磨损速度取决于许多因素，如两个接触面使用的性能、载荷大小、温度高低、滑动速度、表面光洁度和润滑方式等。失效的共同特点是表面磨损痕迹较重。(13)高温失效 包括高温疲劳，热疲劳，氧化和蠕变。断口上都有高温氧化的颜色。前者是氧化区，晶间断裂，是高温发生开裂而来的，高温下晶间为弱区至于五种制造工艺(铸造、锻造、焊接、热处理和机械加工)所产生的各种裂纹，都直接与该工艺的缺陷相联系的。这里从略。6.全部信息的归纳、分析、评价和处理对一桩失效分析工作，在做到一定阶段或试验工作结束时，都应对进行的工作所获得的全部信息(调查的材料和证词，观察的、测试的、计算的数据和全部的照片)给与集中、整理、分析、评价和处理，并作出初步的简明结论。在进行集中、分析时，分析人员应当对应失效部件的历史交叉核对，对所取得的每个观测结果审查有无任何矛盾。如果有，很可能正是这些矛盾揭示了失效的可能原因。在评价这些原因和估计它们的重要意义时，要靠分析人员的训练素养和经验，而不单凭他们的专业知识。对现场调查中，人对失效所负的责任，已有一些取证。