关于失效分析的目的和要求-变形失效/断裂失效/腐蚀失效/磨损失效

失效分析即是对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。

失效形式有以下四种形式：

(1)变形失效a弹性变形失效b塑性变形失效

(2)断裂失效a韧性断裂失效b脆性断裂失效c疲劳断裂失效

(3)腐蚀失效a局部(点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳) b全面(均匀、不均匀) 

(4)磨损失效

根据失效分析的目的和要求，一般还要进行实验研究。本文主要围绕实验研究讲以下几个方面的检验。

1、宏观检验

用肉眼或放大镜检验金属表面，纵横断面、断口上的各种组织和缺陷的方法叫做宏观检验。通过宏观检验能揭示金属的全貌，显示其组织的不均匀性和各种缺陷的形态、分布，对颜色、腐蚀、断裂裂纹的萌生位置及裂纹的走向等都能迅速而准确地识别出来。进行断口的宏观分析。能得到断裂表面整体的概貌特征，并在一定程度上了解破坏的原因。可确定失效件断裂的裂纹萌生位置，裂纹的扩展方向，判别断裂的类型，构件所承受的应力类型，环境介质、温度对构件断裂的影响，变形程度及磨损情况。

常用的宏观检验方法有酸浸试验、塔形车削发纹试验以及硫印试验等。

2、微观检验

宏观检验能够获得很多信息，但要了解更多的细节和情况还必须再进行微观观察。

通过对断口的微观分析,除可以进一步澄清断裂的途径、断裂的性质，环境介质及温度对断裂的影响外，还能进一步确定断裂的原因及其断裂机理等详细情况。对断口进行显微分析时，可使用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜、俄歇电子能谱仪、离子探针、X射线衍射仪等仪器来研究。

3、金相检验

金相检验是一种常规的实验分析方法。它在失效分析中能提供被检材料的大概种类和组织状况。从检验出的显散组织来推断或证实被检材料制造过程中经历的工艺过程，以及执行这些工艺是否属正常，同时还可提供失效件在发生事故时是否发生塑性变形等情况，以及失效件在使用过程中无意造成的热处理效果等。反映出失效件在工作条件下发生的腐蚀(大致可以定性和对腐蚀程度的半定量)、磨损、氧化和严重的表面加工硬化等，并可初步确定其程度。从失效件上存在的裂纹，通过光学金相，大致可看出裂纹的发生及延伸分布的特征以及裂纹两侧的显微组织，来判断裂纹的性质，从而可提供失效件裂纹的产生原因;夹杂物的类型、级别及分布;相的类型、大小及分布。

4、无损检验

在进行断裂部件的性能测定时，需从断裂件上取样，这是有损检验。为了对原有构件的缺陷及裂纹分布情况做一次了解，应该首先进行无损探伤。

无损探伤有了解表面裂纹的着色探伤、磁粉探伤、探测内部缺陷及裂纹分布的超

5、化学成分分析

在失效分析中,化学成分分析是*的。它能为失效分析提供有用的信息。如由于选材错误所造成的失效，只需要用化学成分分析就能得到结果。

利用X射线和荧光分析、能谱分析、俄歇分析、电子探针、离子探针、激光探针等方法，对金属的表面或内部的成分进行分析和研究。在进行化学我分分析时，宏观化学成分分析较常用，对于特殊情况，可采用微区化学成分分析。

6、力学性能测定

对零部件进行失效分析常要测定材料的硬度和力学性能。由于硬度的测量简便易行，对失效分析常常是至有用的手段之一，可用于估计金属材料的拉伸强度，估计热处理是否合乎质量要求，检验由于过热、脱碳、渗碳、渗氮和加工硬化等所引起的软化和硬化等。

力学性能测定常要进行金属的拉伸试验及冲击试验，以便于比较。有时还需要做一些比使用温度稍高或稍低的力学性能测量,以便对零部件在服役中是否有超温情况作出判断。此外还需考虑特殊性能测定，如疲劳试验、应力腐蚀试验、韧脆转变温度测定、断裂韧性测定等。

在钢材的初步检验中,用简单的弯曲试验就能查明材料是韧性还是脆性的。硬度测量能指示钢材的抗拉强度。但对铸铁和大多数非铁金属材料还不能用弯曲和硬度测量来评估，而只能用拉伸来测量,这是因为他们还没有建立起硬度与拉伸强度的对应关系。一般非铁金属如铝、铜及其合金的塑性较大，用简单弯曲不能反映脆性或塑性的程度。与说明书的数据比较时，应注意到试样取向与材料加工方向之间的关系。通常，横向试样的拉伸强度比纵向的小些。

一般来说，由于拉伸强度不足而引起损坏的例子并不多见。因此，力学性能测试主要起到复检的作用和确定排除力学性能引起损坏的顾虑。

7、断裂力学分析

失效分析应用断裂力学测量的目的，在于通过断裂韧性的测试和分析,确定一个部件安全使用所能容纳的裂纹尺寸，以及确定含有裂纹部件的寿命。前者判断部件成品材料的断裂韧度是否合理，如不合理必须设法提高该部件的断裂韧度，以免同样的失效重复发生;后者在于判断现有裂纹的部件还能使用多久，而不至于误判它过早的退役。断裂力学是从有韧口的实际情况出发来考虑切口效应和裂纹扩展的速率。

目前常用的评价断裂韧性的方法有：平面应变断裂韧度(K1c) 测试、动态撕裂试验(DT) 、J积分断裂判据(J1c) 、裂纹张开位移(COD)测试和动态断裂韧度(K1d) 测试。

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