失效分析基本方法课件.ppt

1、13 3失效分析基本方法失效分析基本方法2 3.1.13.1.1失效分析的思想方法失效分析的思想方法3.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法1 1、整体观念原则、整体观念原则2 2、从现象到本质的原则、从现象到本质的原则 3 3、动态原则、动态原则 4 4、一分为二原则（两分法原则）、一分为二原则（两分法原则）5 5、纵横交汇原则（立体性原则）、纵横交汇原则（立体性原则）第一，尽可能采用比较方法。第一，尽可能采用比较方法。第二，历史方法。第二，历史方法。第三，逻辑方法。第三，逻辑方法。应当注意应当注意 33.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法3.1.2 3.1

2、.2 相关性分析的思路及方法相关性分析的思路及方法 一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。1.1.按照失效件制造的全过程及使用条件按照失效件制造的全过程及使用条件 的分析方法的分析方法2.2.根据产品的失效形式及失效模式分析根据产品的失效形式及失效模式分析 的思路及方法的思路及方法3.“3.“四四M”M”分析思路及方法分析思路及方法43.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法1 1按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法（1）审查设计审查设计 如对使用条件估计不足进行

3、的设计，标准选如对使用条件估计不足进行的设计，标准选用不当，设计判据不足，高应力区有缺口，截面变化太陡，缺口用不当，设计判据不足，高应力区有缺口，截面变化太陡，缺口或凹倒角半径过小及表面加工质量要求过低等均可能是致断因素或凹倒角半径过小及表面加工质量要求过低等均可能是致断因素。（2）材料分析材料分析 材料选用不正确，热处理制度不合理，材料成材料选用不正确，热处理制度不合理，材料成分不合格，夹杂物超级，显微组织不符合要求，材料各向异性严分不合格，夹杂物超级，显微组织不符合要求，材料各向异性严重，冶金缺陷等。重，冶金缺陷等。53.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法1 1按照失效件

4、制造的全过程及使用条件的分析方法按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法（3）加工制造缺陷分析加工制造缺陷分析 铸、锻、焊、热处理缺陷，冷加工缺陷，酸铣、电镀缺陷，碰铸、锻、焊、热处理缺陷，冷加工缺陷，酸铣、电镀缺陷，碰伤，工序间锈蚀严重，装配不当，异物混入及漏检等。伤，工序间锈蚀严重，装配不当，异物混入及漏检等。（4）使用及维护情况分析使用及维护情况分析 超载、超温、超速，启动、停车频繁或过于突然，润滑制度不正超载、超温、超速，启动、停车频繁或过于突然，润滑制度不正确，润滑剂不合格，冷却介质中混有硬质点，未按时维修保养，意外确，润滑剂不合格，冷却介质中混有硬质点，未按时维修保养，意外灾害预

5、防措施不完善等。灾害预防措施不完善等。63.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法2.2.根据产品的失效形式及失效模式分析的思根据产品的失效形式及失效模式分析的思路及方法路及方法 较为常用的分析方法。一个具体的零件失效后较为常用的分析方法。一个具体的零件失效后，根据其表现形式（过量变形、表面损伤和断裂），根据其表现形式（过量变形、表面损伤和断裂）进一步分析失效模式，然后分析导致这种失效模式进一步分析失效模式，然后分析导致这种失效模式的内部因素和外部因素，最后找出失效的原因。的内部因素和外部因素，最后找出失效的原因。73.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法3.3.

6、“四四M M”分析思路及方法分析思路及方法 所谓所谓“四四M”分析法，是指将分析法，是指将Man（人）、（人）、Machine（机器设备）、（机器设备）、Media（环境介质）和（环境介质）和Management（管理）（管理）作为一个统一的系统进行作为一个统一的系统进行分析的方法。对于一个比较复杂的系统常采用此分析的方法。对于一个比较复杂的系统常采用此种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作83.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法3.3.“四四M M”分析思路及方法分析思路及方法（1）人员情况的分析）人员情况的分析（2）环境情况的分析

7、）环境情况的分析（3）设备情况的分析）设备情况的分析（4）管理情况的分析）管理情况的分析93.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法3.1.3 3.1.3 失效系统工程分析法失效系统工程分析法 失效系统工程是把复杂的设备或系统和人的因素当作失效系统工程是把复杂的设备或系统和人的因素当作一个统一体，运用数学方法和计算机等现代化工具，来研一个统一体，运用数学方法和计算机等现代化工具，来研究设备或系统失效的原因与结果之间的逻辑联系，并计算究设备或系统失效的原因与结果之间的逻辑联系，并计算出设备或系统失效与部件之间的定量关系。出设备或系统失效与部件之间的定量关系。103.1 3.1 失效

8、分析的思路及方法失效分析的思路及方法1 1 失效系统工程分析法主要类型失效系统工程分析法主要类型：（1 1）故障树分析法（简称）故障树分析法（简称FTAFTA法）法）（2 2）特征）特征因素图分析法因素图分析法（3 3）事件时序树分析法（简称）事件时序树分析法（简称 ETAETA法）法）（4 4）故障率预测法）故障率预测法（5 5）失效模式及后果分析法（简称）失效模式及后果分析法（简称FMEAFMEA法）法）（6 6）模糊数学分析法）模糊数学分析法113.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法2 2故障树分析法故障树分析法 基本概念基本概念 故障树分析法是美国委记贝尔电话研究所于

9、故障树分析法是美国委记贝尔电话研究所于19611961年首先提出来的。年首先提出来的。故障树分析的概念来自数学图论中树的概念和计算机算法符号。在分析故障树分析的概念来自数学图论中树的概念和计算机算法符号。在分析中把分析的设备叫做系统，把组成该设备的零件叫组元。零件的工作状中把分析的设备叫做系统，把组成该设备的零件叫组元。零件的工作状态用一些参数（压力、温度、流量）来描述。态用一些参数（压力、温度、流量）来描述。每种零件都处于两种状态（完好与失效）中的一种。因此，设备也每种零件都处于两种状态（完好与失效）中的一种。因此，设备也处于两种状态中的一种：处于两种状态中的一种：正常或失效正常或失效。所谓

10、故障树分析就是分析各种事。所谓故障树分析就是分析各种事件（系统组元的状态变化）之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件件（系统组元的状态变化）之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件（失效事件），再找出失效原因。（失效事件），再找出失效原因。123.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法工作程序工作程序q 确定不希望发生的事件（上端事件）；确定不希望发生的事件（上端事件）；q 对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进 行分析；行分析；q 采用手工或计算机合成故障树；采用手工或计算机合成故障树；q 求出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目求

11、出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目 的基本事件的集合；的基本事件的集合；q 收集计算时必须的故障率数据；收集计算时必须的故障率数据；q 计算上端事件发生的概率；计算上端事件发生的概率；q 对基本事件的重要度作评价；对基本事件的重要度作评价；q 分析计算结果，提出改进措施。分析计算结果，提出改进措施。133.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法所用符号所用符号 故障树是一种逻辑图，是根据一定的逻辑方式把一些特殊符号连接故障树是一种逻辑图，是根据一定的逻辑方式把一些特殊符号连接起来的树形图。通常在故障树中出现的符号大体上可分为逻辑门符号、起来的树形图。通常在故障树中出现的符号

12、大体上可分为逻辑门符号、故障事件符号和其它符号三类。故障事件符号和其它符号三类。故障树的合成故障树的合成 根据系统及其故障的已知数据和资料，绘制故障树。在采用手工合根据系统及其故障的已知数据和资料，绘制故障树。在采用手工合成故障树时，一边反复提出问题一边对树进行展开。对各个门事件提出成故障树时，一边反复提出问题一边对树进行展开。对各个门事件提出的问题是：该事件是由于单一组元的故障引起的，还是由另外什么组元的问题是：该事件是由于单一组元的故障引起的，还是由另外什么组元的故障引起的？引起该事件的必要且充分故障是什么？将图展开到基本的故障引起的？引起该事件的必要且充分故障是什么？将图展开到基本事件（

13、原因）或没有必要再发展的事件为止。事件（原因）或没有必要再发展的事件为止。14 符号符号3.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法153.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法 如图是一个冷却剂如图是一个冷却剂的供应系统，该系统是的供应系统，该系统是由恒速泵、热交换器、由恒速泵、热交换器、控制阀、蓄水池及管道控制阀、蓄水池及管道五个组元组成的。该系五个组元组成的。该系统的作用是对主要设备统的作用是对主要设备供应足够的冷却剂。因供应足够的冷却剂。因此，流到热交换器的冷此，流到热交换器的冷却剂最少则为故障树的却剂最少则为故障树的上端事件。为分析其失上端事件。为分析其失效

14、原田而绘制故障树。效原田而绘制故障树。例例163.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法173.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法183.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法各底事件发生概率的均值及其左右分布各底事件发生概率的均值及其左右分布 193.1 3.1 失效分析的思路及方法失效分析的思路及方法3 数理统计分析思路及方法数理统计分析思路及方法 巴特雷图巴特雷图相关性分析相关性分析灰色关联分析灰色关联分析 20 3.2.1 3.2.1 分析程序的意义分析程序的意义 3.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤 失效分析是一项复杂

15、的技术工作，它不仅要求失效分析工作人失效分析是一项复杂的技术工作，它不仅要求失效分析工作人员具备多方面的专业知识，而且要求多方面的工程技术人员，操作员具备多方面的专业知识，而且要求多方面的工程技术人员，操作者及有关的科学工作者的相互配合，才能圆满地解决问题。因此，者及有关的科学工作者的相互配合，才能圆满地解决问题。因此，如果在分析以前没有设计出一个科学的分析程序和实施步骤，往往如果在分析以前没有设计出一个科学的分析程序和实施步骤，往往就会出现工作忙乱、漏取数据、工作缓慢或走弯路，甚至把分析时就会出现工作忙乱、漏取数据、工作缓慢或走弯路，甚至把分析时步骤搞颠倒，使某些应得的信息被另一提前的步骤给

16、毁掉了。步骤搞颠倒，使某些应得的信息被另一提前的步骤给毁掉了。首先制定一个科学的分析程序，是保证失效分析工首先制定一个科学的分析程序，是保证失效分析工作顺利而有效进行的前提条件。作顺利而有效进行的前提条件。213.2.2 3.2.2 失效分析的一般程序失效分析的一般程序 一般说来，大体上包括：一般说来，大体上包括：q 调查失效事件的现场调查失效事件的现场q 收集背景材料收集背景材料q 深入研究分析深入研究分析q 综合归纳所有信息并提出初步结论综合归纳所有信息并提出初步结论q 重现性试验或证明试验重现性试验或证明试验q 确定失效原因并提出建议措施确定失效原因并提出建议措施q 写出分析报告等内容。

17、写出分析报告等内容。3.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤223.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤l l、现场调查、现场调查（1）保护现场）保护现场（2）查明事故发生的时间、地点及失效过程查明事故发生的时间、地点及失效过程（3）收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口（4）选取进一步分析的试样选取进一步分析的试样（5）询问目击者及其他有关人员能提供的有关情况）询问目击者及其他有关人员能提供的有关情况（6）写出现场调查报告）写出现场调查报告232 收集背景材料收集背景材料3.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与

18、步骤（1）设备的自然情况）设备的自然情况（2）设备的运行记录）设备的运行记录（3）设备的维修历史情况设备的维修历史情况（4）设备的失效历史情况设备的失效历史情况（5）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用 维护说明书维护说明书（6）材料选择及其依据）材料选择及其依据（7）设备主要零部件的生产流程）设备主要零部件的生产流程（8）质量检验报告及有关的规范和标准）质量检验报告及有关的规范和标准243.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤3 技术参量复验技术参量复验（1）材料的化学成分）材料的化学成分（2）材料的金相组织及硬度）材料的金相组织及硬

19、度（3）常规力学性能）常规力学性能（4）主要零部件的几何参量及装配间隙）主要零部件的几何参量及装配间隙253.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤4深入分析研究深入分析研究（1）失效产品的直观检查（变形，损伤情况，裂纹扩展，断）失效产品的直观检查（变形，损伤情况，裂纹扩展，断 裂源）裂源）（2）断口的宏观分析及微观形貌分析（多用扫描电镜）断口的宏观分析及微观形貌分析（多用扫描电镜）（3）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位素、）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位素、X射线、射线、超声波等）超声波等）（4）表面及界面成分分析（俄歇能谱）表面及界面成分分析（俄歇能谱）（5）局部或

20、微区成分分析（辉光光谱、能谱、电子探针）局部或微区成分分析（辉光光谱、能谱、电子探针）（6）相结构分析（）相结构分析（X射线衍射法）射线衍射法）（7）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核263.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤无损探伤基础无损探伤基础涡流涡流利用涡流的集肤效应，探查表层的缺陷。涡流探伤仪。准确度利用涡流的集肤效应，探查表层的缺陷。涡流探伤仪。准确度较高。较高。着色着色利用高渗透性的有色液体（着色剂）涂抹金属表面，缺陷处能利用高渗透性的有色液体（着色剂）涂抹金属表面，缺陷处能够渗入，利用色差分辨。准确度一般。够渗入，利用色差分

21、辨。准确度一般。磁粉磁粉利用磁性液体（磁粉探伤剂）喷涂金属表面，缺陷处能够渗入，利用磁性液体（磁粉探伤剂）喷涂金属表面，缺陷处能够渗入，利用色差分辨。准确度较着色高。利用色差分辨。准确度较着色高。同位素同位素利用放射性同位素缺陷衰减原理，重要结构。利用放射性同位素缺陷衰减原理，重要结构。273.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤无损探伤基础无损探伤基础X X射线射线利用利用X射线的高穿透能力，对金属缺陷可实现定性、定位、定射线的高穿透能力，对金属缺陷可实现定性、定位、定尺。尺。X射线探伤仪。射线探伤仪。优点：准确度高，不受材料性质限制，无表面特殊要求。应用广泛，可优点：准确度

22、高，不受材料性质限制，无表面特殊要求。应用广泛，可实现自动扫描。实现自动扫描。限制：放射性，需要保护。穿透深度有限（限制：放射性，需要保护。穿透深度有限（60mm）。）。超声波超声波利用超声波在固体介质中的高穿透能力以及不同材料对超声利用超声波在固体介质中的高穿透能力以及不同材料对超声波穿透和反射的差异，实现对缺陷的探测。超声波探伤仪。波穿透和反射的差异，实现对缺陷的探测。超声波探伤仪。优点：无放射性，不需保护。穿透厚度无限制。应用广泛，可实现自动优点：无放射性，不需保护。穿透厚度无限制。应用广泛，可实现自动探伤。探伤。限制：对缺陷定性困难。表面质量要求高。限制：对缺陷定性困难。表面质量要求高

23、。283.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤5 综合分析归纳，推理判断提出初步结论综合分析归纳，推理判断提出初步结论 根据失效现场获得的信息、背景材料及各种实测数据，运用材料学、机械根据失效现场获得的信息、背景材料及各种实测数据，运用材料学、机械学、管理学及统计学等方面的知识，进行综合归纳、推理判断、分析后，学、管理学及统计学等方面的知识，进行综合归纳、推理判断、分析后，初步确定失效模式并提出失效原因的初步意见和预防措施。初步确定失效模式并提出失效原因的初步意见和预防措施。6重现性试验或证明试验重现性试验或证明试验 重大事件重大事件7撰写失效分析报告撰写失效分析报告 失效分析

24、报告与科学研究报告相比较，除了失效分析报告与科学研究报告相比较，除了条理清晰、简明扼要、合乎逻条理清晰、简明扼要、合乎逻辑辑方面相同外，二者在格式和侧重点等许多方面都有所不同。失效分析侧方面相同外，二者在格式和侧重点等许多方面都有所不同。失效分析侧重于失效情况的调查、取证和验证，在此基础上通过综合归纳得出结论、重于失效情况的调查、取证和验证，在此基础上通过综合归纳得出结论、而不着重探讨失效机理，这就有别于断裂机理的研究报告。而不着重探讨失效机理，这就有别于断裂机理的研究报告。293.2 3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤机械产品的失效分析报告通常应包括的内容机械产品的失效分析报告

25、通常应包括的内容 （2 2）失效事件的调查结果）失效事件的调查结果 简明扼要地介绍失效简明扼要地介绍失效部件的损坏情况。当时的环境条件及工况条件；当事人部件的损坏情况。当时的环境条件及工况条件；当事人和目击者对失效事件的看法，失效部件的服役史、制造和目击者对失效事件的看法，失效部件的服役史、制造史及有关的技术要求和标准。史及有关的技术要求和标准。（1 1）概述）概述 首先介绍失效事件的自然情况；受何首先介绍失效事件的自然情况；受何部门或单位的委托；分析的目的及要求；参加分析人部门或单位的委托；分析的目的及要求；参加分析人员情况；起止时间等。员情况；起止时间等。303.2 3.2 失效分析的程序

26、与步骤失效分析的程序与步骤 （3 3）分析结果）分析结果 为了寻找失效原因，采用何种方法和手段做了为了寻找失效原因，采用何种方法和手段做了哪些分析工作、有何发现，按照认识的自然过程一步步地介绍清楚。哪些分析工作、有何发现，按照认识的自然过程一步步地介绍清楚。对于断裂件的分析，断口的宏观和微观分析、材料的选择及冶金质量对于断裂件的分析，断口的宏观和微观分析、材料的选择及冶金质量情况分析，力学性能及硬度的复检、制造工艺及服役条件的评价等分情况分析，力学性能及硬度的复检、制造工艺及服役条件的评价等分析内容通常是不可缺少的析内容通常是不可缺少的.（5 5）结论与建议）结论与建议 结论要准确，建议要具体

27、、切实可行。写结论要准确，建议要具体、切实可行。写明遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题等。明遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题等。（4 4）问题讨论）问题讨论 必要时，对分析工作中出现的异常情况、观必要时，对分析工作中出现的异常情况、观点上的分歧、失效机理的看法等问题进行进一步的分析讨论。点上的分歧、失效机理的看法等问题进行进一步的分析讨论。313.3 3.3 断断 口口 分分 析析 断口分析断口分析 断口处理及断口分析的任务断口处理及断口分析的任务 断口的宏观分析断口的宏观分析 断口的微观分析断口的微观分析32 3.3.1 3.3.1 断口处理及断口分析的任务断口处理及断口分析的任务

28、 3.3 3.3 断断 口口 分分 析析 断口分析，是用肉眼、低倍放大镜、实体显微镜、电子显微镜、断口分析，是用肉眼、低倍放大镜、实体显微镜、电子显微镜、电子探针、俄歇电子能谱、离子探针质谱等仪器设备，对断口表面进电子探针、俄歇电子能谱、离子探针质谱等仪器设备，对断口表面进行观察及分析，以便找出断裂的形貌特征、成分特点及相结构等与致行观察及分析，以便找出断裂的形貌特征、成分特点及相结构等与致断因素的内在联系。断因素的内在联系。断口分析包括宏观分析和微观分析两个方面。宏观分析主断口分析包括宏观分析和微观分析两个方面。宏观分析主要用于分析断口形貌。微观分析，既包括微观形貌分析又包括要用于分析断口形

29、貌。微观分析，既包括微观形貌分析又包括断口产物分析（如产物的化学成分、相结构及其分布等）。断口产物分析（如产物的化学成分、相结构及其分布等）。在对断口进行分析以前必须妥善地保护好断口并进行必要的处理在对断口进行分析以前必须妥善地保护好断口并进行必要的处理。333.3 3.3 断断 口口 分分 析析1 断口的处理断口的处理（2 2）对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。）对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。（3 3）在潮湿大气中锈蚀的断口。）在潮湿大气中锈蚀的断口。（4 4）在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐）在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐 蚀产物，这层腐蚀

30、产物对分析致断原因往往非常重要。蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要。腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等。腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等。（1 1）在干燥大气中断裂的新鲜断口）在干燥大气中断裂的新鲜断口 防止锈蚀，防止手指污染断口及损防止锈蚀，防止手指污染断口及损伤断口表面；伤断口表面；343.3 3.3 断断 口口 分分 析析1 断口的处理断口的处理 化学法常用的溶液为：化学法常用的溶液为：2020NaOHNaOH水溶液加水溶液加 200200克升锌粉。在此溶液中将断口煮沸克升锌粉。在此溶液中将断口煮沸5 5分分钟，清理吹干即可。钟，清理吹干即可。电化学

31、法（阴极还原法）用于那些使用上述方法难以清除的氧电化学法（阴极还原法）用于那些使用上述方法难以清除的氧化物化物 。电介质为电介质为5050硫酸水溶液加硫酸水溶液加 2 2克升缓蚀剂（若丁）克升缓蚀剂（若丁）。阳极为石墨或铅，阴极为断口试样，。阳极为石墨或铅，阴极为断口试样，7575 C C、3 3分钟，阴极分钟，阴极电流密度约电流密度约20A20A dmdm-2-2。353.3 3.3 断断 口口 分分 析析1 断口的处理断口的处理 电解溶液为电解溶液为40%NaOH+60%Na40%NaOH+60%Na2 2COCO3 3（加热至（加热至550550 C C），断口样品为阴极，容器为阳极，电

32、流密度），断口样品为阴极，容器为阳极，电流密度40A40A dmdm-2-2，时间，时间5 510s10s，随后入冷水激冷。为加速清，随后入冷水激冷。为加速清洗，最后再转入到洗，最后再转入到50507070 C C的的10%10%柠檬酸铵水溶液中柠檬酸铵水溶液中浸泡浸泡1 12min2min，并同时用毛刷刷试。，并同时用毛刷刷试。363.3 3.3 断断 口口 分分 析析1 断口的处理断口的处理 干剥法是利用复型技术将表面产物去掉，因不影响断口形貌，故较干剥法是利用复型技术将表面产物去掉，因不影响断口形貌，故较优越。特别是对于硫化气氛或氧化气氛中断裂的断面分析时，因腐蚀优越。特别是对于硫化气氛

33、或氧化气氛中断裂的断面分析时，因腐蚀产物通常是致密的产物通常是致密的FeSFeS及及FeOFeO，效果更佳。复型技术尚可用来长期保存，效果更佳。复型技术尚可用来长期保存断口。断口。干剥法通常采用醋酸纤维纸（又称干剥法通常采用醋酸纤维纸（又称 ACAC纸，是由纸，是由7 7的醋酸纤维素的醋酸纤维素丙酮溶液制成的均匀薄膜）复型技术进行清理。丙酮溶液制成的均匀薄膜）复型技术进行清理。373.3 3.3 断断 口口 分分 析析2.2.断口分析的任务断口分析的任务（l l）确定断裂的宏观性质。确定断裂的宏观性质。塑性断裂塑性断裂/脆住断裂脆住断裂/疲劳断裂等。疲劳断裂等。（2 2）确定断口的宏观形貌。确

34、定断口的宏观形貌。纤维状断口纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等；结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等；（3 3）查找裂纹源区的位置及数量。查找裂纹源区的位置及数量。裂纹源区的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源区的数裂纹源区的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源区的数目，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等；目，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等；383.3 3.3 断断 口口 分分 析析2.2.断口分析的任务断口分析的任务 （4 4）确定断口的形成过程。确定断口的形成过程。裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速

35、度如何等；裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如何等；（5 5）确定断裂的微观机制。确定断裂的微观机制。解理型解理型/准解理型准解理型/微孔型，沿晶型微孔型，沿晶型/穿晶型等；穿晶型等；（6 6）确定断口表面产物的性质。确定断口表面产物的性质。断口上有无腐蚀产物或其他产物，何种产物，该产物是否参与了断断口上有无腐蚀产物或其他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。裂过程等。39 3.3.2 3.3.2 断口的宏观分析方法断口的宏观分析方法3.3 3.3 断断 口口 分分 析析403.3 3.3 断断 口口 分分 析析生产中的产品检验：生产中的产品检验：利用断口来检查铸铁件的白口情

36、况，用于确定铸件的浇注利用断口来检查铸铁件的白口情况，用于确定铸件的浇注工艺；工艺；用断口法检查渗碳件渗层的厚度，以便确定渗碳件的出炉用断口法检查渗碳件渗层的厚度，以便确定渗碳件的出炉时间；时间；用断口法检查高频淬火件的淬硬层厚度，以便确定合理的用断口法检查高频淬火件的淬硬层厚度，以便确定合理的感应器设计及淬火工艺；感应器设计及淬火工艺；用断口法确定高速钢的淬火质量；用断口法确定高速钢的淬火质量；用断口法检查铸锭及铸件的冶金质量（如有无疏松、来杂用断口法检查铸锭及铸件的冶金质量（如有无疏松、来杂、气孔、折迭、分层、白点及氧化膜等）。、气孔、折迭、分层、白点及氧化膜等）。413.3 3.3 断断

37、 口口 分分 析析 断口的宏观分析，能够了解断裂的全过程，因而有助于断口的宏观分析，能够了解断裂的全过程，因而有助于确定断裂过程和构件几何结构间的关系，并有助于确定断裂确定断裂过程和构件几何结构间的关系，并有助于确定断裂过程和断裂应力（正应力及切应力）间的关系。断口的宏观过程和断裂应力（正应力及切应力）间的关系。断口的宏观分析，可以直接确定断裂的宏观表现及其性质，即宏观脆断分析，可以直接确定断裂的宏观表现及其性质，即宏观脆断还是韧断，并可确定断裂源区的位置、数量及裂纹扩展方向还是韧断，并可确定断裂源区的位置、数量及裂纹扩展方向等。等。断口的宏观分析是断裂件失效分析的基础断口的宏观分析是断裂件失

38、效分析的基础查找断裂源区是宏观分析的最重要环节查找断裂源区是宏观分析的最重要环节423.3 3.3 断断 口口 分分 析析1.1.最初断裂件的判断最初断裂件的判断 （1 1）整机残骸的失效分析）整机残骸的失效分析 整机残骸的分析通常称为残骸的顺序分析。整机残骸的分析通常称为残骸的顺序分析。即根据残骸上的碰伤、划痕及其破坏特征分析整即根据残骸上的碰伤、划痕及其破坏特征分析整机破坏的先后顺序，由大部件到小部件，再到单机破坏的先后顺序，由大部件到小部件，再到单个零件，进而对最初断裂件的断口作具体分析。个零件，进而对最初断裂件的断口作具体分析。433.3 3.3 断断 口口 分分 析析1.1.最初断裂

39、件的判断最初断裂件的判断 （2 2）多个同类零件损坏的失效分析）多个同类零件损坏的失效分析 一组同类零件的几个或全部发生损坏时，要判明事故原因需一组同类零件的几个或全部发生损坏时，要判明事故原因需确定哪一个件先坏，这类分析也应采用顺序分析法。在对多个同确定哪一个件先坏，这类分析也应采用顺序分析法。在对多个同类零件的损坏情况下，要根据损坏件的变形及损伤的严重程度来类零件的损坏情况下，要根据损坏件的变形及损伤的严重程度来确定最初破断件。确定最初破断件。443.3 3.3 断断 口口 分分 析析1.1.最初断裂件的判断最初断裂件的判断 （3 3）同一个零件上相同部位的多处发生破断）同一个零件上相同部

40、位的多处发生破断 在同一个零件上，在其几何结构及受力情况完全相同的几在同一个零件上，在其几何结构及受力情况完全相同的几个部位均出现损坏的情况。必须首先搞清楚是哪个部位首先损个部位均出现损坏的情况。必须首先搞清楚是哪个部位首先损坏。坏。453.3 3.3 断断 口口 分分 析析哥伦比亚号爆炸哥伦比亚号爆炸哥伦比亚号分析现场哥伦比亚号分析现场463.3 3.3 断断 口口 分分 析析哥伦比亚号发射哥伦比亚号发射愉快的太空生活愉快的太空生活泰坦尼克号残片泰坦尼克号残片473.3 3.3 断断 口口 分分 析析 483.3 3.3 断断 口口 分分 析析493.3 3.3 断断 口口 分分 析析2.2

41、.主断面（主裂纹）的宏观判断主断面（主裂纹）的宏观判断 最初断裂件找到后，紧接着的任务就是确定该断裂件的最初断裂件找到后，紧接着的任务就是确定该断裂件的主断面或主裂纹。所谓主断面就是最先开裂的断裂面。主断面或主裂纹。所谓主断面就是最先开裂的断裂面。主断面上的主断面上的变形程度变形程度、形貌特点形貌特点，特别是特别是断断裂源区的分析裂源区的分析，是整个断裂失效分析中最重要的是整个断裂失效分析中最重要的环节。环节。503.3 3.3 断断 口口 分分 析析（1 1）利用碎片拼凑法确定主断面）利用碎片拼凑法确定主断面 513.3 3.3 断断 口口 分分 析析（2）按照）按照“T”型汇合法确定主断面

42、或主裂纹型汇合法确定主断面或主裂纹（3 3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹）按照裂纹的河流花样确定主裂纹 523.3 3.3 断断 口口 分分 析析 3.3.断裂（裂纹）源区的宏观判断断裂（裂纹）源区的宏观判断 主断面（主裂纹）确定后，断裂分析的进一步工作是寻主断面（主裂纹）确定后，断裂分析的进一步工作是寻找裂纹源区。找裂纹源区。裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位。裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位。寻找裂寻找裂纹源区不仅是断裂宏观分析中最核心的任务，而且是光学显纹源区不仅是断裂宏观分析中最核心的任务，而且是光学显微分析和电子显微分析的基础。微分析和电子显微分析的基础。533.3 3.3 断断 口口

43、 分分 析析（1）利用断口上的）利用断口上的“三要素三要素”特征确定裂纹源区特征确定裂纹源区 543.3 3.3 断断 口口 分分 析析（2 2）利用断口上的）利用断口上的“人人”字纹特征确定裂纹源区字纹特征确定裂纹源区 553.3 3.3 断断 口口 分分 析析（3）根据断口上的放射花样确定裂纹源区）根据断口上的放射花样确定裂纹源区 563.3 3.3 断断 口口 分分 析析（4 4）根据断口上的）根据断口上的“贝纹贝纹”线确定裂纹源区线确定裂纹源区 57（7 7）断口表面的损伤情况）断口表面的损伤情况 碰撞，摩擦碰撞，摩擦 等等 3.3 3.3 断断 口口 分分 析析（8 8）断口的边缘情

44、况）断口的边缘情况 剪切唇，毛刺剪切唇，毛刺 等等 （5 5）将断开的零件的两部分相匹配，则裂缝的最）将断开的零件的两部分相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源宽处为裂纹源（6 6）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区 氧化色（程度），锈蚀情况，油污氧化色（程度），锈蚀情况，油污 等等583.3 3.3 断断 口口 分分 析析593.3 3.3 断断 口口 分分 析析4、宏观断口的表观现象、宏观断口的表观现象 与致断原因初判与致断原因初判 603.3 3.3 断断 口口 分分 析析（1 1）断裂源区和零件几何结构间的关系）断裂源区和零件几何结构间的关系 断裂源区可能发生在

45、零件的表面、次表面或内部。断裂源区可能发生在零件的表面、次表面或内部。对于塑性材料的光滑试件（零件），在单对于塑性材料的光滑试件（零件），在单向拉伸状态下，断裂源在截面的中心部位属于向拉伸状态下，断裂源在截面的中心部位属于正常情况。正常情况。为防止零件出现此种断裂，应提高材料的为防止零件出现此种断裂，应提高材料的强度水平或加大零件的几何尺寸。强度水平或加大零件的几何尺寸。613.3 3.3 断断 口口 分分 析析（1 1）断裂源区和零件几何结构间的关系）断裂源区和零件几何结构间的关系 表面硬化件发生断裂时，断裂源可能发生在次表层表面硬化件发生断裂时，断裂源可能发生在次表层，为防止此类零件的断裂

46、，应加大硬化层的深度或提高零，为防止此类零件的断裂，应加大硬化层的深度或提高零件的心部硬度。件的心部硬度。623.3 3.3 断断 口口 分分 析析（1 1）断裂源区和零件几何结构间的关系）断裂源区和零件几何结构间的关系 除上述两种情况外，断裂源区一般发生在零件的表面除上述两种情况外，断裂源区一般发生在零件的表面。零件的尖角、凸台、缺口、刮伤及较深的加工刀痕等应。零件的尖角、凸台、缺口、刮伤及较深的加工刀痕等应力集中处。为防止此类破坏显然应从减小应力集中方面入力集中处。为防止此类破坏显然应从减小应力集中方面入手。手。633.3 3.3 断断 口口 分分 析析（2 2）断裂源区与零件最大应力截面

47、位置的关系）断裂源区与零件最大应力截面位置的关系 断裂源区的位置一般应与最大应力所在平面相对应。断裂源区的位置一般应与最大应力所在平面相对应。如果不一致则表明零件的几何结构存在某种缺陷或工作如果不一致则表明零件的几何结构存在某种缺陷或工作载荷发生了变化，但更为常见的情况是材料的组织状态不正载荷发生了变化，但更为常见的情况是材料的组织状态不正常（如材料的各向异性现象严重）或存在着较严重的缺陷（常（如材料的各向异性现象严重）或存在着较严重的缺陷（如铸造缺陷、焊接裂纹、锻造折迭）等情况。如铸造缺陷、焊接裂纹、锻造折迭）等情况。643.3 3.3 断断 口口 分分 析析 例如，承受单向扭转工作载荷的轴

48、件，其断口的宏观形貌，例如，承受单向扭转工作载荷的轴件，其断口的宏观形貌，按其与最大应力之关系可能有以下几种情况：按其与最大应力之关系可能有以下几种情况：653.3 3.3 断断 口口 分分 析析 （a a）断口表面与最大正应力所在平面相对应，即断口与）断口表面与最大正应力所在平面相对应，即断口与轴线呈轴线呈4545 螺旋状。此种类型的断裂为宏观脆性断裂，通常螺旋状。此种类型的断裂为宏观脆性断裂，通常是由材料的脆性过大或韧塑性不足引起的。通过改变零件的是由材料的脆性过大或韧塑性不足引起的。通过改变零件的热处理工艺，适当提高回火温度则有助于减少零件的此类断热处理工艺，适当提高回火温度则有助于减少

49、零件的此类断裂。裂。（b b）断口的表面与最大切应力所在平面相对应，即断口平）断口的表面与最大切应力所在平面相对应，即断口平面与轴线垂直或平行。此种类型的断裂为宏观韧性的断裂，通面与轴线垂直或平行。此种类型的断裂为宏观韧性的断裂，通常是由材料的强度或硬度不足引起的。适当降低零件的回火温常是由材料的强度或硬度不足引起的。适当降低零件的回火温度，则有助于零件使用性能的改善。度，则有助于零件使用性能的改善。663.3 3.3 断断 口口 分分 析析 上述两种情况均表示材料的组织均匀性未出上述两种情况均表示材料的组织均匀性未出现太大问题。在此种情况下，如果调整热处理工现太大问题。在此种情况下，如果调整

50、热处理工艺难以避免上述两种断裂，则应提高材料的强韧艺难以避免上述两种断裂，则应提高材料的强韧性级别或者适当加大零件的几何尺寸。性级别或者适当加大零件的几何尺寸。673.3 3.3 断断 口口 分分 析析 （c c）断口表面与轴线的夹角远小于）断口表面与轴线的夹角远小于4545 ，即断口表面，即断口表面既不和最大正应力所在平面相对应也不和最大切应力所在既不和最大正应力所在平面相对应也不和最大切应力所在平面相对应。换句话说，该断裂面是在较小的应力条件下平面相对应。换句话说，该断裂面是在较小的应力条件下形成的。由此可以推知，材料的各向异性现象比较严重，形成的。由此可以推知，材料的各向异性现象比较严重