失效分析基本方法課件

3失效分析基本方法3思想方法

3.1.1失效分析的思想方法3.1失效分析的思路及方法1、整體觀念原則2、從現(xiàn)象到本質(zhì)的原則3、動態(tài)原則4、一分為二原則（兩分法原則）5、縱橫交匯原則（立體性原則）第一，盡可能采用比較方法。第二，歷史方法。第三，邏輯方法。應(yīng)當注意

思想方法3.1.1失效分析的思想方法3.1失效分析相關(guān)性方法3.1失效分析的思路及方法3.1.2相關(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)的失效分析中。按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法2.根據(jù)產(chǎn)品的失效形式及失效模式分析的思路及方法3.“四M”分析思路及方法相關(guān)性方法3.1失效分析的思路及方法3.1.2相關(guān)性分全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法（1）審查設(shè)計

如對使用條件估計不足進行的設(shè)計，標準選用不當，設(shè)計判據(jù)不足，高應(yīng)力區(qū)有缺口，截面變化太陡，缺口或凹倒角半徑過小及表面加工質(zhì)量要求過低等均可能是致斷因素。（2）材料分析

材料選用不正確，熱處理制度不合理，材料成分不合格，夾雜物超級，顯微組織不符合要求，材料各向異性嚴重，冶金缺陷等。全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法（3）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?nèi)毕?，碰傷，工序間銹蝕嚴重，裝配不當，異物混入及漏檢等。（4）使用及維護情況分析

超載、超溫、超速，啟動、停車頻繁或過于突然，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，未按時維修保養(yǎng)，意外災(zāi)害預(yù)防措施不完善等。

全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過基本方法3.1失效分析的思路及方法2.根據(jù)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)形式（過量變形、表面損傷和斷裂）進一步分析失效模式，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?；痉椒?.1失效分析的思路及方法2.根據(jù)產(chǎn)品的失效形式四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及方法

所謂“四M”分析法，是指將Man（人）、Machine（機器設(shè)備）、Media（環(huán)境介質(zhì)）和Management（管理）作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)進行分析的方法。對于一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)常采用此種方法。依此分別進行如下四方面的分析工作四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及方法（1）人員情況的分析（2）環(huán)境情況的分析（3）設(shè)備情況的分析（4）管理情況的分析四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及系統(tǒng)工程法3.1失效分析的思路及方法3.1.3失效系統(tǒng)工程分析法

失效系統(tǒng)工程是把復(fù)雜的設(shè)備或系統(tǒng)和人的因素當作一個統(tǒng)一體，運用數(shù)學(xué)方法和計算機等現(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)失效與部件之間的定量關(guān)系。系統(tǒng)工程法3.1失效分析的思路及方法3.1.3失效系統(tǒng)工主要類型3.1失效分析的思路及方法1失效系統(tǒng)工程分析法主要類型：（1）故障樹分析法（簡稱FTA法）（2）特征—因素圖分析法（3）事件時序樹分析法（簡稱ETA法）（4）故障率預(yù)測法（5）失效模式及后果分析法（簡稱FMEA法）（6）模糊數(shù)學(xué)分析法主要類型3.1失效分析的思路及方法1失效系統(tǒng)工程分析法主故障樹法3.1失效分析的思路及方法2．故障樹分析法

基本概念

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)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，分清正常事件和異常事件（失效事件），再找出失效原因。故障樹法3.1失效分析的思路及方法2．故障樹分析法故障樹法3.1失效分析的思路及方法工作程序

確定不希望發(fā)生的事件（上端事件）；對設(shè)備的設(shè)計、制造、維修、使用等技術(shù)資料進行分析；采用手工或計算機合成故障樹；求出能使上端事件發(fā)生的必要且充分的最小數(shù)目的基本事件的集合；收集計算時必須的故障率數(shù)據(jù)；計算上端事件發(fā)生的概率；對基本事件的重要度作評價；分析計算結(jié)果，提出改進措施。故障樹法3.1失效分析的思路及方法工作程序故障樹法3.1失效分析的思路及方法所用符號

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符號、故障事件符號和其它符號三類。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。在采用手工合成故障樹時，一邊反復(fù)提出問題一邊對樹進行展開。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？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。故障樹法3.1失效分析的思路及方法所用符號故障樹法

符號3.1失效分析的思路及方法故障樹法符號3.1失效分析的思路及方法故障樹例3.1失效分析的思路及方法

如圖是一個冷卻劑的供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由恒速泵、熱交換器、控制閥、蓄水池及管道五個組元組成的。該系統(tǒng)的作用是對主要設(shè)備供應(yīng)足夠的冷卻劑。因此，流到熱交換器的冷卻劑最少則為故障樹的上端事件。為分析其失效原田而繪制故障樹。例故障樹例3.1失效分析的思路及方法如圖是一個冷故障樹例3.1失效分析的思路及方法故障樹例3.1失效分析的思路及方法定義與特征3.1失效分析的思路及方法定義與特征3.1失效分析的思路及方法故障樹例3.1失效分析的思路及方法各底事件發(fā)生概率的均值及其左右分布事件均值m

分布、事件均值m

分布、事件均值m

分布、

x10.00025.03410-5x70.00025.03410-5x130.000012.51710-6x20.00102.51710-4x80.00025.03410-5x140.000012.51710-6x30.00307.55110-4x90.00102.51710-4x150.00012.51710-5x40.00041.00710-4x100.00092.26510-4x160.00012.51710-5

x50.00071.76210-4x110.00205.03410-4x170.00012.51710-5x60.00061.51010-4x120.00102.51710-4x180.00012.51710-5G180.00025.03310-5G170.00041.00610-4TOP0.00601.50610-3G60.00751.88110-3G40.00751.88110-3

故障樹例3.1失效分析的思路及方法各底事件發(fā)生概率的均值及數(shù)理統(tǒng)計法3.1失效分析的思路及方法3數(shù)理統(tǒng)計分析思路及方法

巴特雷圖相關(guān)性分析灰色關(guān)聯(lián)分析

數(shù)理統(tǒng)計法3.1失效分析的思路及方法3數(shù)理統(tǒng)計分析思路及程序步驟

3.2.1分析程序的意義

3.2失效分析的程序與步驟

失效分析是一項復(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順利而有效進行的前提條件。程序步驟3.2.1分析程序的意義3.2失效分程序步驟3.2.2失效分析的一般程序

一般說來，大體上包括：調(diào)查失效事件的現(xiàn)場收集背景材料深入研究分析綜合歸納所有信息并提出初步結(jié)論重現(xiàn)性試驗或證明試驗確定失效原因并提出建議措施寫出分析報告等內(nèi)容。

3.2失效分析的程序與步驟程序步驟3.2.2失效分析的一般程序3.2現(xiàn)場調(diào)查3.2失效分析的程序與步驟l、現(xiàn)場調(diào)查（1）保護現(xiàn)場（2）查明事故發(fā)生的時間、地點及失效過程（3）收集殘骸碎片，標出相對位置，保護好斷口（4）選取進一步分析的試樣（5）詢問目擊者及其他有關(guān)人員能提供的有關(guān)情況（6）寫出現(xiàn)場調(diào)查報告現(xiàn)場調(diào)查3.2失效分析的程序與步驟l、現(xiàn)場調(diào)查（1）保護收集材料收集背景材料3.2失效分析的程序與步驟（1）設(shè)備的自然情況（2）設(shè)備的運行記錄（3）設(shè)備的維修歷史情況（4）設(shè)備的失效歷史情況（5）設(shè)計圖紙及說明書，裝配程序說明書，使用維護說明書（6）材料選擇及其依據(jù)（7）設(shè)備主要零部件的生產(chǎn)流程（8）質(zhì)量檢驗報告及有關(guān)的規(guī)范和標準收集材料收集背景材料3.2失效分析的程序與步驟（1）設(shè)備技術(shù)參量3.2失效分析的程序與步驟技術(shù)參量復(fù)驗（1）材料的化學(xué)成分（2）材料的金相組織及硬度（3）常規(guī)力學(xué)性能（4）主要零部件的幾何參量及裝配間隙技術(shù)參量3.2失效分析的程序與步驟技術(shù)參量復(fù)驗（1）材料深入研究3.2失效分析的程序與步驟4．深入分析研究（1）失效產(chǎn)品的直觀檢查（變形，損傷情況，裂紋擴展，斷裂源）（2）斷口的宏觀分析及微觀形貌分析（多用掃描電鏡）（3）無損探傷檢查（渦流、著色、磁粉、同位素、X射線、超聲波等）（4）表面及界面成分分析（俄歇能譜）（5）局部或微區(qū)成分分析（輝光光譜、能譜、電子探針）（6）相結(jié)構(gòu)分析（X射線衍射法）（7）斷裂韌性檢查，強度、韌性及剛度校核深入研究3.2失效分析的程序與步驟4．深入分析研究（1）深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)渦流——利用渦流的集膚效應(yīng)，探查表層的缺陷。渦流探傷儀。準確度較高。著色——利用高滲透性的有色液體（著色劑）涂抹金屬表面，缺陷處能夠滲入，利用色差分辨。準確度一般。磁粉——利用磁性液體（磁粉探傷劑）噴涂金屬表面，缺陷處能夠滲入，利用色差分辨。準確度較著色高。同位素——利用放射性同位素缺陷衰減原理，重要結(jié)構(gòu)。深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)渦流——利深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)X射線——利用X射線的高穿透能力，對金屬缺陷可實現(xiàn)定性、定位、定尺。X射線探傷儀。優(yōu)點：準確度高，不受材料性質(zhì)限制，無表面特殊要求。應(yīng)用廣泛，可實現(xiàn)自動掃描。限制：放射性，需要保護。穿透深度有限（60mm）。超聲波——利用超聲波在固體介質(zhì)中的高穿透能力以及不同材料對超聲波穿透和反射的差異，實現(xiàn)對缺陷的探測。超聲波探傷儀。優(yōu)點：無放射性，不需保護。穿透厚度無限制。應(yīng)用廣泛，可實現(xiàn)自動探傷。限制：對缺陷定性困難。表面質(zhì)量要求高。深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)X射線——分析報告3.2失效分析的程序與步驟5綜合分析歸納，推理判斷提出初步結(jié)論根據(jù)失效現(xiàn)場獲得的信息、背景材料及各種實測數(shù)據(jù)，運用材料學(xué)、機械學(xué)、管理學(xué)及統(tǒng)計學(xué)等方面的知識，進行綜合歸納、推理判斷、分析后，初步確定失效模式并提出失效原因的初步意見和預(yù)防措施。6．重現(xiàn)性試驗或證明試驗重大事件7．撰寫失效分析報告失效分析報告與科學(xué)研究報告相比較，除了條理清晰、簡明扼要、合乎邏輯方面相同外，二者在格式和側(cè)重點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理，這就有別于斷裂機理的研究報告。分析報告3.2失效分析的程序與步驟5綜合分析歸納，推分析報告3.2失效分析的程序與步驟機械產(chǎn)品的失效分析報告通常應(yīng)包括的內(nèi)容

（2）失效事件的調(diào)查結(jié)果簡明扼要地介紹失效部件的損壞情況。當時的環(huán)境條件及工況條件；當事人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)要求和標準。

（1）概述首先介紹失效事件的自然情況；受何部門或單位的委托；分析的目的及要求；參加分析人員情況；起止時間等。分析報告3.2失效分析的程序與步驟機械產(chǎn)品的失效分析報告分析報告3.2失效分析的程序與步驟

（3）分析結(jié)果為了尋找失效原因，采用何種方法和手段做了哪些分析工作、有何發(fā)現(xiàn)，按照認識的自然過程一步步地介紹清楚。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)容通常是不可缺少的.

（5）結(jié)論與建議結(jié)論要準確，建議要具體、切實可行。寫明遺留的問題、尚需進一步觀察和驗證的問題等。

（4）問題討論必要時，對分析工作中出現(xiàn)的異常情況、觀點上的分歧、失效機理的看法等問題進行進一步的分析討論。分析報告3.2失效分析的程序與步驟斷口分析3.3斷口分析

斷口分析斷口處理及斷口分析的任務(wù)斷口的宏觀分析斷口的微觀分析斷口分析3.3斷口分析斷口分析斷口處理

3.3.1斷口處理及斷口分析的任務(wù)

3.3斷口分析

斷口分析，是用肉眼、低倍放大鏡、實體顯微鏡、電子顯微鏡、電子探針、俄歇電子能譜、離子探針質(zhì)譜等儀器設(shè)備，對斷口表面進行觀察及分析，以便找出斷裂的形貌特征、成分特點及相結(jié)構(gòu)等與致斷因素的內(nèi)在聯(lián)系。

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）。在對斷口進行分析以前必須妥善地保護好斷口并進行必要的處理。斷口處理3.3.1斷口處理及斷口分析的任務(wù)3.3斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理（2）對于斷后被油污染的斷口，要進行仔細清洗。（3）在潮濕大氣中銹蝕的斷口。（4）在腐蝕環(huán)境中斷裂的斷口，在斷口表面通常覆蓋一層腐蝕產(chǎn)物，這層腐蝕產(chǎn)物對分析致斷原因往往非常重要。腐蝕產(chǎn)物的去除方法有化學(xué)法、電化學(xué)法及干剝法等。（1）在干燥大氣中斷裂的新鮮斷口防止銹蝕，防止手指污染斷口及損傷斷口表面；斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理（2）對于斷斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理

化學(xué)法常用的溶液為：

20％NaOH水溶液加200克／升鋅粉。在此溶液中將斷口煮沸5分鐘，清理吹干即可。

電化學(xué)法（陰極還原法）用于那些使用上述方法難以清除的氧化物。

①電介質(zhì)為50％硫酸水溶液加2克／升緩蝕劑（若?。ｊ枠O為石墨或鉛，陰極為斷口試樣，75C、3分鐘，陰極電流密度約20Adm-2。斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理

②電解溶液為40%NaOH+60%Na2CO3（加熱至550C），斷口樣品為陰極，容器為陽極，電流密度40Adm-2，時間5～10s，隨后入冷水激冷。為加速清洗，最后再轉(zhuǎn)入到50～70C的10%檸檬酸銨水溶液中浸泡1～2min，并同時用毛刷刷試。斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理

干剝法是利用復(fù)型技術(shù)將表面產(chǎn)物去掉，因不影響斷口形貌，故較優(yōu)越。特別是對于硫化氣氛或氧化氣氛中斷裂的斷面分析時，因腐蝕產(chǎn)物通常是致密的FeS及FeO，效果更佳。復(fù)型技術(shù)尚可用來長期保存斷口。

干剝法通常采用醋酸纖維紙（又稱AC紙，是由7％的醋酸纖維素丙酮溶液制成的均勻薄膜）復(fù)型技術(shù)進行清理。斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理干剝斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)（l）確定斷裂的宏觀性質(zhì)。塑性斷裂/脆住斷裂/疲勞斷裂等。（2）確定斷口的宏觀形貌。

纖維狀斷口/結(jié)晶狀斷口；有無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。

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)的情況下，它們產(chǎn)生的先后順序是怎樣的等；斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)（l）確斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)

（4）確定斷口的形成過程。

裂紋是從何處產(chǎn)生的，裂紋向何處擴展，擴展的速度如何等；（5）確定斷裂的微觀機制。

解理型/準解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；（6）確定斷口表面產(chǎn)物的性質(zhì)。

斷口上有無腐蝕產(chǎn)物或其他產(chǎn)物，何種產(chǎn)物，該產(chǎn)物是否參與了斷裂過程等。斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)宏觀分析

3.3.2斷口的宏觀分析方法3.3斷口分析宏觀分析3.3.2斷口的宏觀分析方法3.3斷產(chǎn)品檢驗3.3斷口分析生產(chǎn)中的產(chǎn)品檢驗：利用斷口來檢查鑄鐵件的白口情況，用于確定鑄件的澆注工藝；用斷口法檢查滲碳件滲層的厚度，以便確定滲碳件的出爐時間；用斷口法檢查高頻淬火件的淬硬層厚度，以便確定合理的感應(yīng)器設(shè)計及淬火工藝；用斷口法確定高速鋼的淬火質(zhì)量；用斷口法檢查鑄錠及鑄件的冶金質(zhì)量（如有無疏松、來雜、氣孔、折迭、分層、白點及氧化膜等）。

產(chǎn)品檢驗3.3斷口分析生產(chǎn)中的產(chǎn)品檢驗：宏觀分析3.3斷口分析

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)力（正應(yīng)力及切應(yīng)力）間的關(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)，即宏觀脆斷還是韌斷，并可確定斷裂源區(qū)的位置、數(shù)量及裂紋擴展方向等。斷口的宏觀分析是斷裂件失效分析的基礎(chǔ)查找斷裂源區(qū)是宏觀分析的最重要環(huán)節(jié)宏觀分析3.3斷口分析斷口的宏觀最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷

（1）整機殘骸的失效分析

整機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、劃痕及其破壞特征分析整機破壞的先后順序，由大部件到小部件，再到單個零件，進而對最初斷裂件的斷口作具體分析。最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷

（2）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重程度來確定最初破斷件。最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷

（3）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現(xiàn)損壞的情況。必須首先搞清楚是哪個部位首先損壞。最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷宏觀分析3.3斷口分析31哥倫比亞號爆炸哥倫比亞號分析現(xiàn)場宏觀分析3.3斷口分析31哥倫比亞號爆炸哥倫比亞號宏觀分析3.3斷口分析31哥倫比亞號發(fā)射愉快的太空生活泰坦尼克號殘片宏觀分析3.3斷口分析31哥倫比亞號發(fā)射愉快的太空宏觀分析3.3斷口分析35

宏觀分析3.3斷口分析35宏觀分析3.3斷口分析宏觀分析3.3斷口分析宏觀分析3.3斷口分析2.主斷面（主裂紋）的宏觀判斷

最初斷裂件找到后，緊接著的任務(wù)就是確定該斷裂件的主斷面或主裂紋。所謂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，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)。

宏觀分析3.3斷口分析2.主斷面（主裂紋）的宏觀宏觀分析3.3斷口分析33（1）利用碎片拼湊法確定主斷面

宏觀分析3.3斷口分析33（1）利用碎片拼湊法確定宏觀分析3.3斷口分析34（2）按照“T”型匯合法確定主斷面或主裂紋

（3）按照裂紋的河流花樣確定主裂紋

宏觀分析3.3斷口分析34（2）按照“T”型匯合法宏觀分析3.3斷口分析35

3.斷裂（裂紋）源區(qū)的宏觀判斷主斷面（主裂紋）確定后，斷裂分析的進一步工作是尋找裂紋源區(qū)。裂紋源區(qū)是斷裂破壞的宏觀開始部位。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析的基礎(chǔ)。斷口分析的核心任務(wù)宏觀分析3.3斷口分析353.斷裂（裂紋）源區(qū)宏觀分析3.3斷口分析35（1）利用斷口上的“三要素”特征確定裂紋源區(qū)

宏觀分析3.3斷口分析35（1）利用斷口上的“三要宏觀分析3.3斷口分析3538（2）利用斷口上的“人”字紋特征確定裂紋源區(qū)

宏觀分析3.3斷口分析3538（2）利用斷口上的“宏觀分析3.3斷口分析3539（3）根據(jù)斷口上的放射花樣確定裂紋源區(qū)

宏觀分析3.3斷口分析3539（3）根據(jù)斷口上的放宏觀分析3.3斷口分析35（4）根據(jù)斷口上的“貝紋”線確定裂紋源區(qū)

宏觀分析3.3斷口分析35（4）根據(jù)斷口上的“貝紋宏觀分析（7）斷口表面的損傷情況碰撞，摩擦等

3.3斷口分析35（8）斷口的邊緣情況剪切唇，毛刺等（5）將斷開的零件的兩部分相匹配，則裂縫的最寬處為裂紋源（6）根據(jù)斷口上的色彩程度確定裂紋源區(qū)

——氧化色（程度），銹蝕情況，油污等宏觀分析（7）斷口表面的損傷情況碰撞，摩擦等3.3宏觀分析3.3斷口分析35宏觀分析3.3斷口分析35宏觀分析3.3斷口分析354、宏觀斷口的表觀現(xiàn)象

與致斷原因初判

宏觀分析3.3斷口分析354、宏觀斷口的表觀現(xiàn)象宏觀分析3.3斷口分析35

（1）斷裂源區(qū)和零件幾何結(jié)構(gòu)間的關(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。

對于塑性材料的光滑試件（零件），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)提高材料的強度水平或加大零件的幾何尺寸。宏觀分析3.3斷口分析35（1）斷裂源區(qū)和零件幾宏觀分析3.3斷口分析35

（1）斷裂源區(qū)和零件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系

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提高零件的心部硬度。宏觀分析3.3斷口分析35（1）斷裂源區(qū)和零件幾宏觀分析3.3斷口分析35

（1）斷裂源區(qū)和零件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系

除上述兩種情況外，斷裂源區(qū)一般發(fā)生在零件的表面。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。為防止此類破壞顯然應(yīng)從減小應(yīng)力集中方面入手。宏觀分析3.3斷口分析35（1）斷裂源區(qū)和零件幾宏觀分析3.3斷口分析35（2）斷裂源區(qū)與零件最大應(yīng)力截面位置的關(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)象嚴重）或存在著較嚴重的缺陷（如鑄造缺陷、焊接裂紋、鍛造折迭）等情況。宏觀分析3.3斷口分析35（2）斷裂源區(qū)與零件最大宏觀分析3.3斷口分析3536

例如，承受單向扭轉(zhuǎn)工作載荷的軸件，其斷口的宏觀形貌，按其與最大應(yīng)力之關(guān)系可能有以下幾種情況：宏觀分析3.3斷口分析3536例如宏觀分析3.3斷口分析35

（a）斷口表面與最大正應(yīng)力所在平面相對應(yīng)，即斷口與軸線呈45螺旋狀。此種類型的斷裂為宏觀脆性斷裂，通常是由材料的脆性過大或韌塑性不足引起的。通過改變零件的熱處理工藝，適當提高回火溫度則有助于減少零件的此類斷裂。

（b）斷口的表面與最大切應(yīng)力所在平面相對應(yīng)，即斷口平面與軸線垂直或平行。此種類型的斷裂為宏觀韌性的斷裂，通常是由材料的強度或硬度不足引起的。適當降低零件的回火溫度，則有助于零件使用性能的改善。宏觀分析3.3斷口分析35（a）斷宏觀分析3.3斷口分析35

上述兩種情況均表示材料的組織均勻性未出現(xiàn)太大問題。在此種情況下，如果調(diào)整熱處理工藝難以避免上述兩種斷裂，則應(yīng)提高材料的強韌性級別或者適當加大零件的幾何尺寸。宏觀分析3.3斷口分析35上述兩種情況均表宏觀分析3.3斷口分析35

（c）斷口表面與軸線的夾角遠小于45

，即斷口表面既不和最大正應(yīng)力所在平面相對應(yīng)也不和最大切應(yīng)力所在平面相對應(yīng)。換句話說，該斷裂面是在較小的應(yīng)力條件下形成的。由此可以推知，材料的各向異性現(xiàn)象比較嚴重，橫向性能比較差。通常是由材料中的塑性夾雜物比較多及鍛造流線沿軸向分布顯著等因素引起的。

宏觀分析3.3斷口分析35（c）斷口表面與宏觀分析3.3斷口分析35

（3）斷裂是從一個部位產(chǎn)生的還是從幾個部位產(chǎn)生的，是從局部部位產(chǎn)生的還是從很大范圍內(nèi)產(chǎn)生的

通常的情況是，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。宏觀分析3.3斷口分析35（3）斷裂是宏觀分析3.3斷口分析35承受旋轉(zhuǎn)彎曲的軸件可能產(chǎn)生以下幾種類型的斷裂：

（a）裂紋源于表面一處或兩處（基本對稱，但稍有偏轉(zhuǎn)）這是最為常見的斷裂形式。其產(chǎn)生原因是由于表面拉應(yīng)力最大及表面存在一定的加工缺陷或材料缺陷所致。在無明顯缺陷存在的情況下，正常的斷裂（由材料性質(zhì)及軸件的幾何尺寸和載荷性質(zhì)來決定）也呈此種斷裂形式；宏觀分析3.3斷口分析35承受旋轉(zhuǎn)彎曲的軸件可能產(chǎn)宏觀分析3.3斷口分析35

（b）裂紋源于次表面某處。次表面的拉應(yīng)力小于表面，其所以成為起裂點，必然存在有較大的缺陷；

（c）裂紋源于整個表面向內(nèi)擴展導(dǎo)致的斷裂。其斷裂原因一般是由于軸件存在有變截面且其應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴重所致，如此處為直角過渡的情況。宏觀分析3.3斷口分析35（b）裂紋源于次宏觀分析3.3斷口分析35

（4）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制，且孔坑粗大，塑變現(xiàn)象嚴重；

瓷狀斷口多為準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、細晶粒狀為沿晶斷裂；鏡面反光現(xiàn)象明顯的結(jié)晶狀斷口為解理斷裂；表面較平整多為穿晶斷裂，凹凸不平多為沿晶斷裂等。

宏觀分析3.3斷口分析35（4）斷口宏觀分析3.3斷口分析35

（5）斷口的邊緣情況

觀察斷口的邊緣有無臺階、毛刺、剪切唇和宏觀塑性變形等，將有助于分析裂紋源區(qū)的位置、裂紋擴展方向及斷裂的性質(zhì)等問題。因為隨著裂紋的擴展，零件的有效面積不斷減小，使實際載荷不斷增加。對于塑性材料來說，隨著裂紋的擴展，裂紋兩側(cè)的塑性變形不斷加大，依此即可確定裂紋的擴展方向。

在斷口的表面沒有其它特殊花樣存在的情況下，利用斷口邊緣的情況往往是判斷裂紋源區(qū)及裂紋擴展方向的唯一的和可靠的方法。宏觀分析3.3斷口分析35（5）斷口的邊緣宏觀分析3.3斷口分析3540宏觀分析3.3斷口分析3540宏觀分析3.3斷口分析3541

（6）斷口上的冶金缺陷

注意觀察斷口上有無夾雜、分層、粗大晶粒、疏松、縮孔等缺陷。有時依此可以直接確定斷裂原因。宏觀分析3.3斷口分析3541（微觀分析3.3斷口分析3542

3.2.4斷口的微觀分析

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，另一方面宏觀斷口形貌尚不能完全揭示出斷裂的微觀機制及其它細節(jié)。因此，為了進一步搞清楚這些問題、尚需對斷口作微觀分析。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。

微觀分析3.3斷口分析35423.2.4微觀分析3.3斷口分析3543

1.斷口微觀分析的內(nèi)容

（1）斷口的產(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等手段進行。產(chǎn)物的相結(jié)構(gòu)分析常用X射線衍射儀、德拜粉末相機X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。微觀分析3.3斷口分析35431.斷口微觀微觀分析3.3斷口分析3543

1.斷口微觀分析的內(nèi)容（2）斷口的微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，即透射電鏡及掃描電鏡。

微觀分析3.3斷口分析35431.斷口微觀微觀分析3.3斷口分析3544

2、解理斷裂（1）解理斷裂的特點

解理斷裂是正應(yīng)力作用下金屬的原子鍵遭到破壞而產(chǎn)生的一種穿晶斷裂。其斷裂的特點是，解理初裂紋起源于晶界、亞晶界或相界面并嚴格沿著金屬的結(jié)晶學(xué)平面擴展，其斷裂單元為一個晶粒尺寸。

金屬晶系解理面-Fe體心立方{100}W面心立方{100}Mg密排六方{0001}Zn密排六方{0001}Ti密排六方{0001}Te六方{1010}Bi菱形{111}Sb菱形{111}微觀分析3.3斷口分析35442、解理斷裂微觀分析3.3斷口分析3545

微觀分析3.3斷口分析3545微觀分析3.3斷口分析3546舌狀花樣

孿晶微觀分析3.3斷口分析3546舌狀花樣孿晶微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析35導(dǎo)致金屬零件發(fā)生脆性的解理斷裂的原因：（l）通常只有冷脆金屬才能發(fā)生解理斷裂。面心立方金屬一般不會發(fā)生解理斷裂。僅在腐蝕介質(zhì)存在的特殊條件下，奧氏體鋼、銅及鋁等才可能發(fā)生此種斷裂。（2）構(gòu)件的工作溫度較低，即處在脆性轉(zhuǎn)折溫度以下。（3）只有在平面應(yīng)變狀態(tài)（三向拉應(yīng)力狀態(tài)）/幾何尺寸屬于厚板情況。微觀分析3.3斷口分析35導(dǎo)致金屬零件發(fā)生脆性的解微觀分析3.3斷口分析35導(dǎo)致金屬零件發(fā)生脆性的解理斷裂的原因：（4）晶粒尺寸粗大。因為解理斷裂單元為一個晶粒尺寸，粗晶使解理斷裂應(yīng)力顯著降低，粗晶使脆性轉(zhuǎn)折溫度向高溫方向推移，故易促使解理斷裂。（5）宏觀裂紋的存在。裂紋頂端應(yīng)力集中并使構(gòu)件的脆性轉(zhuǎn)折溫度移向高溫，均促使冷脆金屬發(fā)生解理斷裂。（6）加載速度大及活性介質(zhì)的吸附作用都促進解理斷裂的發(fā)生微觀分析3.3斷口分析35導(dǎo)致金屬零件發(fā)生脆性的解微觀分析3.3斷口分析35防止構(gòu)件發(fā)生解理斷裂的措施

a消除或減小構(gòu)件上的裂紋尺寸，避免過大的應(yīng)力集中。b細化晶粒。

c消除或減少金屬材料中的有害雜質(zhì)。

d采用雙相鋼代替單一的馬氏體組織材料。

e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。

防止解理斷裂的基本出發(fā)點是降低構(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。微觀分析3.3斷口分析35防止構(gòu)件發(fā)生解理斷裂的措微觀分析3.3斷口分析35493、微孔型斷裂

微孔型斷裂的微觀電子形貌呈孔坑、塑坑、韌窩、迭波花樣。在孔坑的內(nèi)部通常可以看到第二相質(zhì)點或其脫落后留下的痕跡，這是區(qū)別斷裂的主要微觀特征。

微孔型斷裂，又叫微孔聚集型斷裂，它是指塑性變形起主導(dǎo)作用的一種延性斷裂。（1）微孔型斷裂的微觀形貌微觀分析3.3斷口分析35493、微孔型斷裂微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3550

（2）微孔型斷裂的形成微觀分析3.3斷口分析3550（2）微孔型微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析3.3斷口分析3549微觀分析（1）微觀形貌特征由平坦的“類解理”小平面、微孔及撕裂棱組成的混合斷裂。3.3斷口分析35

4準解理型斷裂

準解理型斷裂是淬火并低溫回火的高強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。

關(guān)于準解理的形成機制，看法不一，有人認為準解理小平面也是晶體學(xué)解理面，它與解理斷裂的機制相同，或者認為準解理斷裂是一種解理裂紋與塑性變形之間的過渡型斷裂機制。微觀分析（1）微觀形貌特征3.3斷口分析35微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析3547珠光體解理準解理微觀分析3.3斷口分析35（2）斷裂性質(zhì)的判別（a）在微觀范圍內(nèi)可以看到“解理”斷裂和微孔型斷裂的混雜現(xiàn)象，即在微孔斷裂區(qū)內(nèi)有平坦的小刻面或在小刻面的周邊有塑性變形形成的撕裂棱的形貌特征；（b）小刻面的幾何尺寸與原奧氏體晶粒大小基本相當，即斷裂單元為一個晶粒大??；（c）小刻面上的河流花樣比解理斷裂所看到的要短，且大都源于晶內(nèi)而中止于晶內(nèi)；（d）小刻面上的臺階直接匯合于鄰近的由微扎組成的撕裂棱上。微觀分析3.3斷口分析35（2）斷裂性質(zhì)的判別（a微觀分析3.3斷口分析35（3）致斷原因分析a從材料方面考慮，必為淬火并低溫回火的馬氏體組織，回火溫度低，易產(chǎn)生此類斷裂；b構(gòu)件的工作溫度與鋼材的脆性轉(zhuǎn)折溫度基本相同；c構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)處于平面應(yīng)變狀態(tài)；d材料的晶粒尺寸比較粗大；e回火馬氏體組織的缺陷，如碳化物在回火時的定向析出，孿晶馬氏體的中脊與微裂紋以及較大的淬火相變應(yīng)力等均使準解理初裂紋易于形成。

微觀分析3.3斷口分析35（3）致斷原因分析a從微觀分析3.3斷口分析3552

5、沿晶斷裂金屬零件在應(yīng)力作用下沿晶粒邊界發(fā)生分離的現(xiàn)象稱為沿晶斷裂。沿晶斷裂的微觀形貌特征微觀分析3.3斷口分析35525、微觀分析3.3斷口分析3553微觀分析3.3斷口分析3553微觀分析3.3斷口分析3553微觀分析3.3斷口分析3553微觀分析3.3斷口分析3553微觀分析3.3斷口分析35533失效分析基本方法3思想方法

3.1.1失效分析的思想方法3.1失效分析的思路及方法1、整體觀念原則2、從現(xiàn)象到本質(zhì)的原則3、動態(tài)原則4、一分為二原則（兩分法原則）5、縱橫交匯原則（立體性原則）第一，盡可能采用比較方法。第二，歷史方法。第三，邏輯方法。應(yīng)當注意

思想方法3.1.1失效分析的思想方法3.1失效分析相關(guān)性方法3.1失效分析的思路及方法3.1.2相關(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)的失效分析中。按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法2.根據(jù)產(chǎn)品的失效形式及失效模式分析的思路及方法3.“四M”分析思路及方法相關(guān)性方法3.1失效分析的思路及方法3.1.2相關(guān)性分全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法（1）審查設(shè)計

如對使用條件估計不足進行的設(shè)計，標準選用不當，設(shè)計判據(jù)不足，高應(yīng)力區(qū)有缺口，截面變化太陡，缺口或凹倒角半徑過小及表面加工質(zhì)量要求過低等均可能是致斷因素。（2）材料分析

材料選用不正確，熱處理制度不合理，材料成分不合格，夾雜物超級，顯微組織不符合要求，材料各向異性嚴重，冶金缺陷等。全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法（3）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?nèi)毕?，碰傷，工序間銹蝕嚴重，裝配不當，異物混入及漏檢等。（4）使用及維護情況分析

超載、超溫、超速，啟動、停車頻繁或過于突然，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，未按時維修保養(yǎng)，意外災(zāi)害預(yù)防措施不完善等。

全程方法3.1失效分析的思路及方法1．按照失效件制造的全過基本方法3.1失效分析的思路及方法2.根據(jù)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)形式（過量變形、表面損傷和斷裂）進一步分析失效模式，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?；痉椒?.1失效分析的思路及方法2.根據(jù)產(chǎn)品的失效形式四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及方法

所謂“四M”分析法，是指將Man（人）、Machine（機器設(shè)備）、Media（環(huán)境介質(zhì)）和Management（管理）作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)進行分析的方法。對于一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)常采用此種方法。依此分別進行如下四方面的分析工作四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及方法（1）人員情況的分析（2）環(huán)境情況的分析（3）設(shè)備情況的分析（4）管理情況的分析四M方法3.1失效分析的思路及方法3.“四M”分析思路及系統(tǒng)工程法3.1失效分析的思路及方法3.1.3失效系統(tǒng)工程分析法

失效系統(tǒng)工程是把復(fù)雜的設(shè)備或系統(tǒng)和人的因素當作一個統(tǒng)一體，運用數(shù)學(xué)方法和計算機等現(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)失效與部件之間的定量關(guān)系。系統(tǒng)工程法3.1失效分析的思路及方法3.1.3失效系統(tǒng)工主要類型3.1失效分析的思路及方法1失效系統(tǒng)工程分析法主要類型：（1）故障樹分析法（簡稱FTA法）（2）特征—因素圖分析法（3）事件時序樹分析法（簡稱ETA法）（4）故障率預(yù)測法（5）失效模式及后果分析法（簡稱FMEA法）（6）模糊數(shù)學(xué)分析法主要類型3.1失效分析的思路及方法1失效系統(tǒng)工程分析法主故障樹法3.1失效分析的思路及方法2．故障樹分析法

基本概念

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)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，分清正常事件和異常事件（失效事件），再找出失效原因。故障樹法3.1失效分析的思路及方法2．故障樹分析法故障樹法3.1失效分析的思路及方法工作程序

確定不希望發(fā)生的事件（上端事件）；對設(shè)備的設(shè)計、制造、維修、使用等技術(shù)資料進行分析；采用手工或計算機合成故障樹；求出能使上端事件發(fā)生的必要且充分的最小數(shù)目的基本事件的集合；收集計算時必須的故障率數(shù)據(jù)；計算上端事件發(fā)生的概率；對基本事件的重要度作評價；分析計算結(jié)果，提出改進措施。故障樹法3.1失效分析的思路及方法工作程序故障樹法3.1失效分析的思路及方法所用符號

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符號、故障事件符號和其它符號三類。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。在采用手工合成故障樹時，一邊反復(fù)提出問題一邊對樹進行展開。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？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。故障樹法3.1失效分析的思路及方法所用符號故障樹法

符號3.1失效分析的思路及方法故障樹法符號3.1失效分析的思路及方法故障樹例3.1失效分析的思路及方法

如圖是一個冷卻劑的供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由恒速泵、熱交換器、控制閥、蓄水池及管道五個組元組成的。該系統(tǒng)的作用是對主要設(shè)備供應(yīng)足夠的冷卻劑。因此，流到熱交換器的冷卻劑最少則為故障樹的上端事件。為分析其失效原田而繪制故障樹。例故障樹例3.1失效分析的思路及方法如圖是一個冷故障樹例3.1失效分析的思路及方法故障樹例3.1失效分析的思路及方法定義與特征3.1失效分析的思路及方法定義與特征3.1失效分析的思路及方法故障樹例3.1失效分析的思路及方法各底事件發(fā)生概率的均值及其左右分布事件均值m

分布、事件均值m

分布、事件均值m

分布、

x10.00025.03410-5x70.00025.03410-5x130.000012.51710-6x20.00102.51710-4x80.00025.03410-5x140.000012.51710-6x30.00307.55110-4x90.00102.51710-4x150.00012.51710-5x40.00041.00710-4x100.00092.26510-4x160.00012.51710-5

x50.00071.76210-4x110.00205.03410-4x170.00012.51710-5x60.00061.51010-4x120.00102.51710-4x180.00012.51710-5G180.00025.03310-5G170.00041.00610-4TOP0.00601.50610-3G60.00751.88110-3G40.00751.88110-3

故障樹例3.1失效分析的思路及方法各底事件發(fā)生概率的均值及數(shù)理統(tǒng)計法3.1失效分析的思路及方法3數(shù)理統(tǒng)計分析思路及方法

巴特雷圖相關(guān)性分析灰色關(guān)聯(lián)分析

數(shù)理統(tǒng)計法3.1失效分析的思路及方法3數(shù)理統(tǒng)計分析思路及程序步驟

3.2.1分析程序的意義

3.2失效分析的程序與步驟

失效分析是一項復(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順利而有效進行的前提條件。程序步驟3.2.1分析程序的意義3.2失效分程序步驟3.2.2失效分析的一般程序

一般說來，大體上包括：調(diào)查失效事件的現(xiàn)場收集背景材料深入研究分析綜合歸納所有信息并提出初步結(jié)論重現(xiàn)性試驗或證明試驗確定失效原因并提出建議措施寫出分析報告等內(nèi)容。

3.2失效分析的程序與步驟程序步驟3.2.2失效分析的一般程序3.2現(xiàn)場調(diào)查3.2失效分析的程序與步驟l、現(xiàn)場調(diào)查（1）保護現(xiàn)場（2）查明事故發(fā)生的時間、地點及失效過程（3）收集殘骸碎片，標出相對位置，保護好斷口（4）選取進一步分析的試樣（5）詢問目擊者及其他有關(guān)人員能提供的有關(guān)情況（6）寫出現(xiàn)場調(diào)查報告現(xiàn)場調(diào)查3.2失效分析的程序與步驟l、現(xiàn)場調(diào)查（1）保護收集材料收集背景材料3.2失效分析的程序與步驟（1）設(shè)備的自然情況（2）設(shè)備的運行記錄（3）設(shè)備的維修歷史情況（4）設(shè)備的失效歷史情況（5）設(shè)計圖紙及說明書，裝配程序說明書，使用維護說明書（6）材料選擇及其依據(jù)（7）設(shè)備主要零部件的生產(chǎn)流程（8）質(zhì)量檢驗報告及有關(guān)的規(guī)范和標準收集材料收集背景材料3.2失效分析的程序與步驟（1）設(shè)備技術(shù)參量3.2失效分析的程序與步驟技術(shù)參量復(fù)驗（1）材料的化學(xué)成分（2）材料的金相組織及硬度（3）常規(guī)力學(xué)性能（4）主要零部件的幾何參量及裝配間隙技術(shù)參量3.2失效分析的程序與步驟技術(shù)參量復(fù)驗（1）材料深入研究3.2失效分析的程序與步驟4．深入分析研究（1）失效產(chǎn)品的直觀檢查（變形，損傷情況，裂紋擴展，斷裂源）（2）斷口的宏觀分析及微觀形貌分析（多用掃描電鏡）（3）無損探傷檢查（渦流、著色、磁粉、同位素、X射線、超聲波等）（4）表面及界面成分分析（俄歇能譜）（5）局部或微區(qū)成分分析（輝光光譜、能譜、電子探針）（6）相結(jié)構(gòu)分析（X射線衍射法）（7）斷裂韌性檢查，強度、韌性及剛度校核深入研究3.2失效分析的程序與步驟4．深入分析研究（1）深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)渦流——利用渦流的集膚效應(yīng)，探查表層的缺陷。渦流探傷儀。準確度較高。著色——利用高滲透性的有色液體（著色劑）涂抹金屬表面，缺陷處能夠滲入，利用色差分辨。準確度一般。磁粉——利用磁性液體（磁粉探傷劑）噴涂金屬表面，缺陷處能夠滲入，利用色差分辨。準確度較著色高。同位素——利用放射性同位素缺陷衰減原理，重要結(jié)構(gòu)。深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)渦流——利深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)X射線——利用X射線的高穿透能力，對金屬缺陷可實現(xiàn)定性、定位、定尺。X射線探傷儀。優(yōu)點：準確度高，不受材料性質(zhì)限制，無表面特殊要求。應(yīng)用廣泛，可實現(xiàn)自動掃描。限制：放射性，需要保護。穿透深度有限（60mm）。超聲波——利用超聲波在固體介質(zhì)中的高穿透能力以及不同材料對超聲波穿透和反射的差異，實現(xiàn)對缺陷的探測。超聲波探傷儀。優(yōu)點：無放射性，不需保護。穿透厚度無限制。應(yīng)用廣泛，可實現(xiàn)自動探傷。限制：對缺陷定性困難。表面質(zhì)量要求高。深入研究3.2失效分析的程序與步驟無損探傷基礎(chǔ)X射線——分析報告3.2失效分析的程序與步驟5綜合分析歸納，推理判斷提出初步結(jié)論根據(jù)失效現(xiàn)場獲得的信息、背景材料及各種實測數(shù)據(jù)，運用材料學(xué)、機械學(xué)、管理學(xué)及統(tǒng)計學(xué)等方面的知識，進行綜合歸納、推理判斷、分析后，初步確定失效模式并提出失效原因的初步意見和預(yù)防措施。6．重現(xiàn)性試驗或證明試驗重大事件7．撰寫失效分析報告失效分析報告與科學(xué)研究報告相比較，除了條理清晰、簡明扼要、合乎邏輯方面相同外，二者在格式和側(cè)重點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理，這就有別于斷裂機理的研究報告。分析報告3.2失效分析的程序與步驟5綜合分析歸納，推分析報告3.2失效分析的程序與步驟機械產(chǎn)品的失效分析報告通常應(yīng)包括的內(nèi)容

（2）失效事件的調(diào)查結(jié)果簡明扼要地介紹失效部件的損壞情況。當時的環(huán)境條件及工況條件；當事人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)要求和標準。

（1）概述首先介紹失效事件的自然情況；受何部門或單位的委托；分析的目的及要求；參加分析人員情況；起止時間等。分析報告3.2失效分析的程序與步驟機械產(chǎn)品的失效分析報告分析報告3.2失效分析的程序與步驟

（3）分析結(jié)果為了尋找失效原因，采用何種方法和手段做了哪些分析工作、有何發(fā)現(xiàn)，按照認識的自然過程一步步地介紹清楚。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)容通常是不可缺少的.

（5）結(jié)論與建議結(jié)論要準確，建議要具體、切實可行。寫明遺留的問題、尚需進一步觀察和驗證的問題等。

（4）問題討論必要時，對分析工作中出現(xiàn)的異常情況、觀點上的分歧、失效機理的看法等問題進行進一步的分析討論。分析報告3.2失效分析的程序與步驟斷口分析3.3斷口分析

斷口分析斷口處理及斷口分析的任務(wù)斷口的宏觀分析斷口的微觀分析斷口分析3.3斷口分析斷口分析斷口處理

3.3.1斷口處理及斷口分析的任務(wù)

3.3斷口分析

斷口分析，是用肉眼、低倍放大鏡、實體顯微鏡、電子顯微鏡、電子探針、俄歇電子能譜、離子探針質(zhì)譜等儀器設(shè)備，對斷口表面進行觀察及分析，以便找出斷裂的形貌特征、成分特點及相結(jié)構(gòu)等與致斷因素的內(nèi)在聯(lián)系。

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）。在對斷口進行分析以前必須妥善地保護好斷口并進行必要的處理。斷口處理3.3.1斷口處理及斷口分析的任務(wù)3.3斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理（2）對于斷后被油污染的斷口，要進行仔細清洗。（3）在潮濕大氣中銹蝕的斷口。（4）在腐蝕環(huán)境中斷裂的斷口，在斷口表面通常覆蓋一層腐蝕產(chǎn)物，這層腐蝕產(chǎn)物對分析致斷原因往往非常重要。腐蝕產(chǎn)物的去除方法有化學(xué)法、電化學(xué)法及干剝法等。（1）在干燥大氣中斷裂的新鮮斷口防止銹蝕，防止手指污染斷口及損傷斷口表面；斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理（2）對于斷斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理

化學(xué)法常用的溶液為：

20％NaOH水溶液加200克／升鋅粉。在此溶液中將斷口煮沸5分鐘，清理吹干即可。

電化學(xué)法（陰極還原法）用于那些使用上述方法難以清除的氧化物。

①電介質(zhì)為50％硫酸水溶液加2克／升緩蝕劑（若?。?。陽極為石墨或鉛，陰極為斷口試樣，75C、3分鐘，陰極電流密度約20Adm-2。斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理

②電解溶液為40%NaOH+60%Na2CO3（加熱至550C），斷口樣品為陰極，容器為陽極，電流密度40Adm-2，時間5～10s，隨后入冷水激冷。為加速清洗，最后再轉(zhuǎn)入到50～70C的10%檸檬酸銨水溶液中浸泡1～2min，并同時用毛刷刷試。斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理

干剝法是利用復(fù)型技術(shù)將表面產(chǎn)物去掉，因不影響斷口形貌，故較優(yōu)越。特別是對于硫化氣氛或氧化氣氛中斷裂的斷面分析時，因腐蝕產(chǎn)物通常是致密的FeS及FeO，效果更佳。復(fù)型技術(shù)尚可用來長期保存斷口。

干剝法通常采用醋酸纖維紙（又稱AC紙，是由7％的醋酸纖維素丙酮溶液制成的均勻薄膜）復(fù)型技術(shù)進行清理。斷口處理3.3斷口分析1斷口的處理干剝斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)（l）確定斷裂的宏觀性質(zhì)。塑性斷裂/脆住斷裂/疲勞斷裂等。（2）確定斷口的宏觀形貌。

纖維狀斷口/結(jié)晶狀斷口；有無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。

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)的情況下，它們產(chǎn)生的先后順序是怎樣的等；斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)（l）確斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)

（4）確定斷口的形成過程。

裂紋是從何處產(chǎn)生的，裂紋向何處擴展，擴展的速度如何等；（5）確定斷裂的微觀機制。

解理型/準解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；（6）確定斷口表面產(chǎn)物的性質(zhì)。

斷口上有無腐蝕產(chǎn)物或其他產(chǎn)物，何種產(chǎn)物，該產(chǎn)物是否參與了斷裂過程等。斷口分析3.3斷口分析2.斷口分析的任務(wù)宏觀分析

3.3.2斷口的宏觀分析方法3.3斷口分析宏觀分析3.3.2斷口的宏觀分析方法3.3斷產(chǎn)品檢驗3.3斷口分析生產(chǎn)中的產(chǎn)品檢驗：利用斷口來檢查鑄鐵件的白口情況，用于確定鑄件的澆注工藝；用斷口法檢查滲碳件滲層的厚度，以便確定滲碳件的出爐時間；用斷口法檢查高頻淬火件的淬硬層厚度，以便確定合理的感應(yīng)器設(shè)計及淬火工藝；用斷口法確定高速鋼的淬火質(zhì)量；用斷口法檢查鑄錠及鑄件的冶金質(zhì)量（如有無疏松、來雜、氣孔、折迭、分層、白點及氧化膜等）。

產(chǎn)品檢驗3.3斷口分析生產(chǎn)中的產(chǎn)品檢驗：宏觀分析3.3斷口分析

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)力（正應(yīng)力及切應(yīng)力）間的關(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)，即宏觀脆斷還是韌斷，并可確定斷裂源區(qū)的位置、數(shù)量及裂紋擴展方向等。斷口的宏觀分析是斷裂件失效分析的基礎(chǔ)查找斷裂源區(qū)是宏觀分析的最重要環(huán)節(jié)宏觀分析3.3斷口分析斷口的宏觀最初件判斷3.3斷口分析1.最初斷裂件的判斷

（1）整機殘骸的失效分析

整機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、劃痕及其破壞特征分析整機破壞的先后順序，由大部件到小部件，再到單個零件，進而對