不同種類的金屬材料和結構件，在載荷、溫度、介質等力學及環境因素作用下，經常以磨損、腐蝕、斷裂、變形等方式失效。為了避免和預防事故發生，失效分析對新材料、新工業、新技術的發展。對產品設計、制造技術改進起著重要的作用。之前我很少接觸金屬失效的技術，比較偏重電子產品和元器件的失效分析，在同事的幫助下，建立了對金屬失效分析技術的初步了解。華測檢測在金屬失效技術的積累一直走在行業前面，大家有這方面的問題可以找華測解決。

1、什么是金屬失效分析？

金屬失效分析是指以宏觀表象特征和微觀過程機理為理論依據，把失效對象、失效現象、失效環境分別加以考察，以獲取的客觀事實為證據，全面應用邏輯推理綜合分析的方法來判斷失效模式，并推斷失效原因，提出預防與糾正措施的技術與管理活動。

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2、失效分析的目的和意義

通過對失效件的分析，明確失效類型、找出失效原因，采取改進和預防措施，防止類似的失效在設計壽命范圍內再發生，對裝備及其構件在以后的設計、選材、加工及使用都有指導意義。

1）減少和預防同類機械零件的失效現象重復發生，保障產品質量，提高產品競爭力。

2）分析機械零件失效原因，為事故責任認定、裁定賠償責任、修改產品質量標準等提供科學依據。

2）為企業技術開發、技術改造提供信息，增加企業產品技術含量，從而獲得更大的經濟效益。

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3、失效形式

1）彈性變形失效

當應力或溫度引起構件可恢復的彈性變形大到足以妨礙裝備正常發揮預定的功能時，就出現彈性變形失效。

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2）塑性變形失效

當受裁荷的構件產生不可恢復的塑性變形大到足以妨礙裝備正常發揮預定的功能時，就出現塑性變形失效。

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3）脆性斷裂失效

構件在斷裂之前沒有發生或很少發生宏觀可見的塑性變形的斷裂稱為脆性斷裂失效。

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4）韌性斷裂失效

構件在斷裂之前產生顯著的宏觀塑性變形的斷裂稱為韌性斷裂失效。

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5）疲勞斷裂失效

構件在交變載荷作用下，經過一定的周期后所發生的斷裂稱為疲勞斷裂失效。

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6）腐蝕失效

腐蝕是材料表面與服役環境發生物理或化學的反應，使材料發生損壞或變質的現象，構件發生的腐蝕使其不能發揮正常的功能則稱為腐蝕失效。腐蝕有多種形式，有均勻遍及構件表面的均勻腐蝕和只在局部地方出現的局部腐蝕，局部腐蝕又有點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等。

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7）磨損失效

當材料的表面相互接觸或材料表面與流體接觸并作相對運動時，由于物理和化學的作用，材料表面的形狀、尺寸或質量發生變化的過程，稱為磨損。由磨損而導致構件功能喪失，稱為磨損失效。磨損有多種形式，其中常見粘著磨損、磨料磨損、沖擊磨損、微動磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。

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4、失效分析程序

1) 接受任務明確目的要求

不管失效分析是何種目的，失效分析的宗旨都是找出失效的原因，避免同樣的失效事件再發生。對于不同目的要求的情況，失效分析的深度和廣度將會有很大的差別。

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2）調查現場及收集背景資料

要收集的失效信息一般有兩類：一類是已經確認能反映失效事故的過程和起因的現象和物質；一類是估計可能用得著的物質和值得進一步分析的現象。

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調查、訪問和背景資料的收集：失效裝備的工作原理及運行技術數據和有關的規程、標準；設計的原始依據，如工作壓力、溫度、介質、應力狀態和應力水平、安全系數，預計壽命等；選材的依據，如材料性能數據、焊縫系數等；材料的牌號、性能指標、質量保證書、供應狀態時間等；加工、制造、裝配的技術文件，包括制造工藝的文件，工藝流程及實施記錄、檢驗報告乃至無損檢驗報告等；運行記錄，包括工作壓力、溫度、介質、時間、異常載荷及已運行時間等；操作維修資料如操作規程、試車記錄、操作記錄、檢修記錄等。

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3）失效件的保護、取樣及試樣清洗、保存

斷口保護主要是防止機械損傷或化學損傷。

對于機械損傷的防止，應當在斷裂事故發生后馬上把斷口保護起來。在搬運時將斷口保護好，在有些信況下還需利用襯墊材料，盡量使斷口表面不要相互摩擦和碰撞。有時斷口上可能沾上一些油污或臟物，千萬不可用硬刷于斷口，并避免用手指直接接觸斷口。

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對于化學損傷的防止，主要是防止來自空氣和水或其他化學藥品對斷口的腐蝕。一般可采用涂層的方法，即在斷口上涂一層防腐物質，原則是涂層物質不使斷口受腐蝕及易于被完全清洗掉。

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為了全面地進行失效分析，需要各種試樣，如力學性能試樣、化學分析試樣、斷口分析試樣、電子探針試樣、金相試樣、表面分析試樣和模擬試驗用的試樣等。這些試樣要從有代表性的部位上截取，要對截取全部試樣有計劃安排。

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清洗的目的是為了除去保護用的涂層和斷口上的腐蝕產物及外來沾污物如灰塵等。

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4）失效件的觀察、檢測和試驗

化學成分分析：包括對失效構件金屬材料化學成分、環境介質及反應物、生成物、痕跡物等的化學成分的分析。 性能測試：力學性能包括構件金屬材料的強度指標、塑性指標和韌性指標及硬度等；化學性能包括金屬材料在所處環境介質中的電極電位、極化曲線及腐蝕速率等；物理性能如環境介質在所處工藝條件下的反應熱、燃燒熱等。

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無損檢測： 采用物理的方法，在不改變材料或構件的性能和形狀的條件下，迅速而可靠地確定構件表面或內部裂紋和其他缺陷的大小、數量和位置。金屬構件表面裂紋及缺陷常用滲透法及電磁法檢測；內部缺陷則多用放射性檢測，聲發射常用于動態—無損檢測，如探測裂紋擴展情況。

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組織結構分析：包括構件金屬材料表面和芯部的金相組織及缺陷。常用金相法分析金屬的顯微組織是否正常、有否存在晶粒粗大、脫碳、過熱、偏析等缺陷；夾雜物的類型、大小、數量和分布；晶界上有無析出物，裂紋的數量、分布及其附近組織有無異常，是否存在氧化或腐蝕產物等。

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殘余應力測試及計算：構件殘余應力的測定是在無外加載荷的作用下進行測定，目前多用X射線應力測定法。

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模擬試驗就是設計一種試驗，使其絕大多數條件同失效件工況相同或相近，但改變其中某些不重要、且模擬價高、時間太長、危險太大的影響因素，看是否發生失效及失效的情況。

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5）確定失效原因并提出改進措施

正確判斷失效形式是確定失效原因的基礎，但失效形式不等于失效原因。還要結合材料、設計、制造、使用等背景和現場情況對照查找。

　　審核編輯：ymf