一、名词解释
1.失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和
操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生，这种丧失其规定功能的现象称为失效。
2.失效分析：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，称为失效分析。
3.疲劳断裂：金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于
屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳断裂，是金属零件或构件在交变应力或重复循环应力长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。
4.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。
5.弯曲疲劳：金属零件在交变的弯曲应力作用下发生的疲劳称为弯曲疲劳。
6.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
7.冲蚀磨损：是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现破坏的一类磨
损现象。其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动，其表面材料所发生的损耗。
8.粘着磨损相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转
移到另一表面的现象，称为粘着磨损。
9.磨损：当相互接触的零件表面有相对运动时，表面材料的粒子由于机械的、物
理的和化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或者重量发生变化的过程称为磨损。
10.磨损失效：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能
的现象称为磨损失效。
11.蠕变：蠕变是金属零件在应力和高温的长期作用下，产生永久变形的失效现
象。
12.屈服失效：由过量塑性变形引起的失效称为屈服失效。
13.塑性变形失效：金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值称为塑性变形失
效。
14.断裂：零件在外力作用下发生开裂或折断称为断裂。
15.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速
率沿一定晶面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称这种断裂为解理断裂。
16.氢脆断裂：氢在材料中扩散、聚集，在应力作用下引起的脆性破坏，称为氢脆断裂。
17.折叠：锻件一部分表面金属折入锻件内部，使金属形成重叠层缺陷，称为折叠，是金属在锻轧过程中，变形流动金属与已氧化的金属汇合在一起而形成的。
18.工艺裂纹：零件在各种加工过程中产生的裂纹，往往是零件的断裂源，有铸造裂纹、锻轧裂纹、焊接裂纹、白点、热处理裂纹、磨削裂纹和皱裂、皱褶等。19. 粘着磨损：是指滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属粘着，在随后相对滑
动中粘着处被破坏，有金属屑粒从零件表面被拉拽下来或零件表面被擦伤的一种磨损形式。
20. 过载断裂失效：当工作载荷超过金属构件危险载面所能承受的极限载荷时,构件发生的断裂称为过载断裂。
21.弯曲疲劳：金属零件在交变的弯曲应力作用下发生的疲劳破坏称为弯曲疲劳断裂。
22.缝隙腐蚀：是指在腐蚀介质中的金属表面上，在缝隙和其他隐蔽的区域内发生的局部腐蚀。
22.金属腐蚀：金属在周围介质作用下由化学变化、电化学变化、或物理溶解而产生的破坏。
23.化学腐蚀：金属表面与周围介质直接发生纯化学作用而引起的破坏。如金属
在非电解质溶液中及金属在高温时氧化引起的腐蚀等。
电化学腐蚀：金属表面与离子导电的介质发生电化学反应而产生的破坏。如金属在各种酸、碱、盐类溶液中，在大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀。
24.钝化：金属在某些介质中失去化学活性。
25.化学钝化：金属与钝化剂的自然作用而产生的钝化现象。
26.电极反应：在电极系统中，伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应，称为电极反应。
二、填空题
1.失效类型：初期失效、随机失效、耗损失效。
另：（1）按材料损伤机理分类：变形、断裂、磨损、腐蚀。
（2）按机械失效的时间特征分类：早期失效、突发失效。
（3）按机械失效的后果分类：部分失效、完全失效、轻度失效、危险性（严重）
失效、灾难性（致命）失效。
（4）完全丧失其规定的功能、部分丧失其规定的功能、严重损伤。
2.零件的失效类型：过量变形失效、断裂失效、表面损伤失效。
其中，变形失效：过量弹性变形失效、过量塑性变形失效。
断裂失效：脆性断裂失效、塑性断裂失效、环境介质引起的断裂（应力腐蚀、氢脆断裂）、疲劳断裂（低周疲劳、高周疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳）、冲击断裂、蠕变持久断裂。
表面损伤失效：磨损失效（氧化磨损、黏着磨损、腐蚀磨损、磨粒磨损、接触疲劳、微动损伤）、腐蚀失效（均匀腐蚀、局部腐蚀、电化学腐蚀、空蚀或气蚀）。
3.机械力引起的失效类型（不太确定）：整体断裂、过大的残余变形、表面破坏、
破坏正常工作条件引起的失效。或：机械变形、机械引起的断裂、低周和高周疲劳。或：弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变变形失效。
4.磨损类型：氧化磨损、咬合磨损（第一类粘着磨损）、热磨损（第二类粘着磨
损）、磨粒磨损、表面疲劳磨损（即接触疲劳）、腐蚀磨损、微动损伤（咬蚀）。
5.氢脆类型：白点、氢蚀、氢化物致脆、氢致延滞断裂。
6.氢蚀类型：氢鼓包、氢脆、氢蚀。
7.断口类型，宏观：静拉伸断口、冲击断口、疲劳断口、应力腐蚀断口。
另：疲劳断口按其载荷类型可分为：弯曲疲劳断口、轴向疲劳断口、扭转疲劳断口、复合疲劳断口。
微观：解理断口、准解理断口、延性断口、沿晶断口、疲劳断口、应力腐蚀断口、氢脆微观断口。
8.韧窝类型：正交韧窝、剪切韧窝、撕裂韧窝。另：等轴型、剪切长形、撕裂长
形。
9.裂纹起源：零件的应力集中处、材料缺陷（裂纹）处。
另：由零件应力集中引起的裂纹一般起源于：较深的刀痕，刮伤、圆角和台阶等
处。由材料缺陷引起的裂纹一般起源于：材料的折叠、拉痕、偏析等缺陷处。10.断口特征，宏观：纤维状、结晶状、贝壳状、放射状、人字纹状、剪切唇状等。微观：韧窝状、河流状、海滩状、岩石状（冰糖状）、泥块状等。
11.局部腐蚀类型：点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、空穴腐蚀、选择腐蚀、应力腐蚀。另有：斑点腐蚀、脓疮腐蚀、穿晶腐蚀。
12.断口三区：纤维区、放射区、剪切唇。
13.疲劳三区：疲劳核心（源）区、疲劳裂纹扩展区、瞬时断裂区。
三、简答题
1.失效的基本类型及其原因的宏观分析。
答：
（1）过量变形失效，原因：由于在一定载荷条件下发生过量变形，零件失去应有功能，不能正常使用。
（2）断裂失效：
①一次加载断裂，原因：由于载荷或应力强度超过当时材料的承载能力而引起。
②环境介质引起的断裂，原因：由于环境介质、应力共同作用引起的低应力脆断。
③疲劳断裂，原因：由于周期（交变）作用力引起的低应力破坏。
（3）表面损伤失效：
①磨损，原因：由于两物体接触表面在接触应力下，由相对运动造成材料流失所引起的一种失效形式。
②腐蚀，原因：环境气氛的化学和电化学作用引起。
2.失效分析的目的、概念、意义、任务及步骤（流程）。
答：
目的：产品或装备失效分析的目的不仅在于失效性质的判定和失效原因的明确，而更重要的还在于为积极预防重复失效找到有效的途径，避免同类失效的再次发生，达到改进产品质量、延长使用寿命、提高服役安全性和可靠性的目的。
概念：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生，这种丧失其规定功能的现象称为失效。
意义：
（1）失效分析的社会经济效益
①失效将造成巨大的经济损失
②质量低劣、寿命短导致重大经济损失
③提高设备运行和使用的安全性
（2）失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量得到提高
（3）失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益
（4）失效分析是修订产品技术规范及标准的依据
（5）失效分析对材料科学与工程的促进作用
①材料强度与断裂，强度与断裂学科的产生与发展都是与失效分析紧密相连的
②材料开发与工程应用，把失效分析所得到的信息反馈给冶金工业，就能促进现有材料的改进和新材料的研制
任务：不断降低产品或装备的失效率，提高可靠性，防止重大失效事故的发生，促进经济高效、持续、稳定发展。
步骤：
（1）调查失效事件的现场
（2）收集背景材料
（3）技术参量复验
（4）深入分析研究
（5）综合分析归纳、推理判断、提出初步结论
（6）重现性试验或证明试验，确定失效原因并提出建议措施
（7）撰写失效分析报告
3.失效分析中的基本检测手段（技术）以及非破坏性检测方法。
答：
化学成分分析：化学分析法、光谱分析[原子发射光谱分析（AES）、原子吸收光谱分析（AAS）、X射线荧光光谱分析（XFS）、X射线光电子能谱分析（XPS）]、微区化学成分分析[电子探针X射线显微分析、俄歇电子能谱分析]。
组织结构分析：光学显微分析（OM）、扫描电镜分析（SEM）、透射电镜分析（TEM）、X射线衍射分析（XRD）。
力学性能测试：拉伸试验、冲击试验、硬度试验、磨损试验、疲劳试验、断裂试验。
能谱分析（EDS）：
①点分析：定性或半定量，显微结构的成分分析
②线分析：元素在不同相或区域内的分布
③定性分析
非破坏性检测方法：渗透检测法、涡流检测法、磁粉探伤法、射线透视法、超声波探伤法、声发射检测。
4.应力集中产生的原因、减少及预防的方法及其（工程）意义。
答：原因：（1）截面的急剧变化
（2）受集中力作用
（3）材料本身的不连续性
（4）构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹
（5）构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引起的残余应力
（6）构件在加工或运输中的意外碰伤和刮痕
降低应力集中的措施：
（1）从强化材料方面降低应力集中的影响
①表面热处理强化
②薄壳淬火
③喷丸强化
④滚压强化
（2）从设计方面降低应力集中系数
①变截面部位的过渡
②根据零件的受力方向和位置选择适当的开孔部位
③在应力集中区附近的低应力部位增开缺口和圆孔
意义：零件中应力集中现象几乎是不可避免的，而应力集中又往往是零件破坏，尤其是断裂时裂纹源的起始点。大量的失效分析表明，加工中的刀痕、焊接时的缺陷、危险截面部位的非金属夹杂物、圆弧过渡的不光滑等，往往成为零件失效
的直接促发因素，因此减少及预防应力集中的产生，对于防止零件失效、降低零件失效率及提高安全性具有重要意义。
5.应力腐蚀与氢脆的断口宏观特征及微观特征。（区别）
答案一：
应力腐蚀断口，宏观特征：
（1）断口的宏观形态一般为脆性断裂，断口截面基本上垂直于拉应力方向。断口上有断裂源区、裂纹扩展区和最后断裂区。
（2）应力腐蚀裂纹源于表面，并呈不连续状，裂纹具有分叉较多、尾部较尖锐（呈树枝状）的特征。
微观特征：如为穿晶破断，常显现准解理破坏特征，并且在其裂缝进展方向可见到许多羽毛状结构；如为沿晶破断，断裂面可见到晶粒状光滑表面；如为氢脆机制破断，大都是沿晶断裂，但光滑晶粒表面上会有许多小洞或鱼刺状类似眼角皱纹结构。
氢脆断口，宏观特征：低熔点宏观断口齐平，为脆性的结晶状，表面洁净呈亮灰色；实际构件的氢脆断裂又往往与机械断裂同时出现，因此断口上常常包括这两种断裂的特征。
微观特征：微观断口沿晶分离，晶粒轮廓鲜明，晶界有时可看到变形线（呈发纹或鸡爪痕花样），应力较大时也可能出现微孔型的穿晶断裂。显微裂纹呈断续而弯曲的锯齿状，在应力集中较大的部位起裂时，微裂纹源于表面或靠近缺口底部。应力集中比较小时，微裂纹多源于次表面或远离缺口底部（渗碳等表面硬化件出现的氢脆多源于次表面）。对于在高温下氢与钢中碳形成CH4气泡导致的脆性断裂，其断口表面具有氧化色及晶粒状。微观断口可见晶界明显加宽及沿晶型的断裂特征，裂纹附近珠光体有脱碳现象，在微观断口上尚可看到氢化物第二相质点。答案二：（区别）
应力腐蚀断裂：
（1）沿晶裂纹优先在表面生核（起源于表面）
（2）沿晶断裂区有严重的次生裂纹或蚀坑
（3）断裂源区有大量的氧化物或腐蚀产物
（4）发裂不如氢脆明显
氢脆断裂：
（1）在沿晶断裂区能发现韧窝及发裂特征
（2）沿晶断裂起源于表皮下
6.磨损失效的基本概念、基本类型，及沿晶断裂/穿晶断裂的基本概
念、特征及晶界损伤类型。
答：
基本概念：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。
基本类型：氧化磨损、咬合磨损（第一类粘着磨损）、热磨损（第二类粘着磨损）、磨粒磨损、表面疲劳磨损（即接触疲劳）、腐蚀磨损、微动损伤（咬蚀）。
沿晶断裂：是指金属材料中的裂纹沿晶界扩展而产生的一种断裂。
宏观特征：结晶状形貌；冰糖块状（晶粒粗大）；灰色的石状。
微观特征：多边形图像（晶粒外形轮廓）；冰糖状形貌。
（沿晶断口）晶界损伤类型：
（1）晶界上有脆性相析出
（2）晶界区有杂质原子偏聚，导致晶界弱化
（3）晶界与环境相互作用，降低晶界结合力
穿晶断裂：裂纹扩展时，穿过晶粒内部的一种随着颗粒状物质中晶格边缘的裂缝。特征：裂纹穿过晶粒内部，主要有韧窝断口、解理断口、准解理断口、撕裂断口及大多数疲劳断口等。
7.冷脆金属断裂失效分析基本步骤？
答：（1）判别存在可能出现冷脆断裂的条件：温度条件低温；
（2）分析冷脆断裂的宏观、微观特征；
（3）验证材料的冷脆转折温度。：
答：（1）宏观特征：①断口的宏观形态一般为脆性断裂，断口截面基
本上垂直于拉应力方向。断口上有断裂源区、裂纹扩展区和最后断裂区；
②应力腐蚀裂纹源于表面，并呈不连续状，裂纹具有分叉较多、尾部较尖锐的特征。
（2）微观特征：如为穿晶破断，常显现准解理破坏特征，并且在其裂缝进展方向可见到许多羽毛状结构；如为沿晶破断，断裂面可见到晶粒状光滑表面；如为氢脆机制破断，大都是沿晶断裂，但光滑晶粒表面上会有许多小洞或鱼刺状类似眼角皱纹结构。
8.应力腐蚀与腐蚀疲劳的区别（应力条件，环境介质，断口形貌）？答：（1）应力腐蚀：
①应力条件：一定的拉应力和应变；
②环境介质：弱腐蚀介质；
③断口形貌：断口截面基本上垂直于拉应力方向；断口裂纹源于表面，并呈不连续状，裂纹具有分叉较多、尾部较尖锐的特征；（2）腐蚀疲劳：
①应力条件：在交变应力作用下；
②环境介质：不需要特定的腐蚀介质；
③断口形貌：脆性断裂，断口附近无塑变；微观断口可见疲劳辉纹，但由于腐蚀介质的作用而模糊不清；二次裂纹较多并具有泥纹花样；断口上的腐蚀产物与环境中的腐蚀介质相一致。
9.产生残余应力的加工工艺的手段有哪些？
答：热处理，表面化学热处理，焊接，铸造，涂镀层，切削加工。
10.应力集中的原因及危害？减少应力集中的方法？
答：
（1）原因：①截面的急剧变化；②受集中力作用；③材料本身的不连续性；④
构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹；⑤构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引起的残余应力；⑥构件在加工或运输中的意外碰伤和刮痕。
（2）危害：使物体产生疲劳裂纹；使脆性材料制成的零件发生静载断裂
（3）减少措施：
①强化材料，降低应力集中的作用；②合理设计，降低应力集中系数。
11.失效分析中的基本检测手段（技术）以及非破坏性检测方法。答：（1）化学成分分析：化学分析法、光谱分析[原子发射光谱分析（AES）、原子吸收光谱分析（AAS）、X射线荧光光谱分析（XFS）、X射线光电子能谱分析（XPS）、微区化学成分分析[电子探针X射线显微分析、俄歇电子能谱分析。（2）组织结构分析：光学显微分析（OM）、扫描电镜分析（SEM）、透射电镜分析（TEM）、X射线衍射分析（XRD）。
（3）力学性能测试：拉伸试验、冲击试验、硬度试验、磨损试验、疲劳试验、断裂试验。
（4）能谱分析（EDS）：
①点分析：定性或半定量，显微结构的成分分析
②线分析：元素在不同相或区域内的分布
③定性分析
（5）非破坏性检测方法：渗透检测法、涡流检测法、磁粉探伤法、射线透视法、超声波探伤法、声发射检测。
12.断裂（裂纹）源区的宏观判断
1、根据不同的断裂特征确定裂纹源区。
2、将断裂的零件两部分相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源区。
3、根据断口上的色彩程度确定裂纹源区。
4、观察断口的边缘情况。
13.金属疲劳断裂的特点
1、疲劳断裂是低应力循环延时断裂，是具有寿命的断裂。
2、疲劳断裂是脆性断裂。
3、疲劳断裂对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感。
4、疲劳断裂断口特征非常明显，能清楚地显示出裂纹的发生、发展和最后断裂三个组成部分。
14.冷隔的概念及预防措施：
冷隔是存在于铸件表面或表皮下的不连续组织，是两股未能相互融合的金属液流汇合所形的不规则线性缺陷。
预防措施：提高浇注温度和浇注速度；改善浇注系统；浇注时不断流。
四、问答题
案例1：高温蠕变，如灯泡钨丝的短路后断裂——失效类型、依据（特征）、鉴别方法、失效原因、预防措施。
答：
（1）失效类型：高温蠕变断裂失效。
（2）依据（特征）：蠕变的最主要特征是永久变形的速度很缓慢。可以根据零件
的具体工况来分析，是否存在产生蠕变的条件（温度、应力和时间）。没有适当的温度和足够的时间，不会发生蠕变或蠕变断裂。在蠕变断口的最终断裂区上，撕裂岭不如常温拉伸断口上的清晰。在扫描电镜下观察，蠕变断口附近的晶粒形状往往不出现拉长的情况，而在高倍下，有时能见到蠕变空洞。
（3）鉴别方法：热松弛与塑性变形，从宏观上均有残余变形容易混淆。塑性断
裂与持久断裂（或蠕变断裂）容易混淆，因为从宏观上看，断裂前均有永久变形，断口附近均有缩颈。其区别可从下列几方面考虑。
①在工况上：较高的工作温度和较长的服役时间，是这种失效模式的必要条件；直接查看残骸上有无高温的遗痕，如氧化色等；具体地了解有关压力、温度及在不同工况下的服役时间，才能具体判别是否属于蠕变失效。
②断口形貌：蠕变断口上，微孔聚合的地方比较钝，在扫描电镜下观察，这些地方没有明显的白亮线。蠕变断口上，有可能看到氧化色，有时还能见到蠕变孔洞。
③断口附近的金相组织：蠕变多为沿晶断裂。经蠕变的样品中，有可能看到蠕变孔洞。此外，碳钢长时间在高温下停留，碳化物会发生一定程度的石墨化。
（4）失效原因：晶粒沿晶界滑动产生形变是蠕变的主要机理。当形变温度升高到0.35～0.7Tm（Tm是熔点的绝对温度）时，晶界附近的薄层区域内发生恢复
而软化，形变得以进行。变形后又产生畸变，于是需要再恢复和再软化，以保
持形变在这些区域中继续进行，这就是所谓的晶界滑动，不断的晶界滑动最终
就会导致蠕变的发生。
（5）预防措施：
①设计方面：根据产品的特点，正确地选择材料和确定零件尺寸。一般来说，
这种失效形式需要较长的时间，因此反应速度迟缓，有效的措施是根据材料蠕
变性能的测试和积累，进一步研究决定。
②制造方面：严格质量管理，避免不符合技术规范的零件装配产品，这对失效
周期较长的产品，尤为重要。当然，具体的措施应在产品服役中的失效分析基
础上形成。
③使用上采用措施：超负荷使用是产生蠕变失效的常见原因，因此在使用中严
格控制使用条件，是提高产品寿命和可靠性的最为重要的措施。加强对正在服
役的产品，以及关键零件的质量状况进行监控，是保证产品可靠性的有效措
施。
案例2：低温脆断（冷脆），如钢制油罐车因焊接缺陷而引起低温脆断/泰坦尼克号——失效类型、依据（特征）、鉴别方法、失效原因、预防措施。
答：
（1）失效类型：低温脆性断裂失效。
（2）依据（特征）：
①断裂部位在宏观上几乎看不出或者完全没有塑性变形，碎块断口可以拼合复原。
②起裂部位常在变截面处即应力集中部位，或者存在表面缺陷或内部缺陷处。
③形成平断口，断口平面与主应力方向垂直。
④断口呈细瓷状，较光亮，对着光线转动，可看到闪光刻面，无剪切唇。
⑤断裂常发生于低温条件下，或受冲击载荷作用时。
⑥断裂过程瞬间完成，无预兆。
（3）鉴别方法：
①断裂起源和走向：脆性断裂的宏观断口大都呈放射状条纹或呈“人”字形花样。根据宏观断口的特征即能判断裂纹源区和裂纹扩展方向。
②载荷性质的判断：由拉伸载荷导致的脆断，其断口平齐，并与拉应力垂直，一般呈无定型粗糙表面，或呈现出晶粒外形；由扭转载荷导致的脆断，其断口呈麻花状，也呈无定型粗糙表面，或呈现晶粒外形；由冲击载荷导致的脆断，断面有放射条纹或“人”字形花样；由压缩载荷造成的脆断，断口一般呈粉碎性条纹，有时呈45°切断形状，且无塑性变形。
（4）失效原因：
①应力集中是造成金属构件在静态低载荷下产生脆性断裂的重要原因
②温度是造成金属材料和工程构件脆性断裂的重要因素之一，低温下造成构件的脆性断裂原因是温度的改变引起材质本身的性能变化。随着温度的降低，钢的屈服强度增加，韧性下降，解理应力也随着下降
③尺寸效应，随着钢板厚度的增加，脆性转变温度升高，钢材的缺口脆性增加，另外还有冶金质量和应力状态的影响
④焊接质量的影响
⑤工作介质的影响
⑥材料和组织因素的影响
（5）预防措施：
①设计上：应保证工作温度高于材料的脆性转变温度，对在低温下工作的零件应选用脆性转变温度比工作温度更低的材料；尽量避免三向应力的工作条件，减缓应力集中。
②工艺上：应正确执行工艺规程，避免诸如过热、过烧、回火脆性、焊接裂纹及淬火裂纹等。热加工后需要回火的，应及时回火，消除内应力。对于电镀件应及时进行去氢处理。
③使用上：应严格遵守设计规定的使用条件，使用操作应平稳，尽量避免冲击载荷。
案例3：疲劳失效（应力集中）——火车/汽车车轴、齿轮零件的断裂——失效类型、依据（特征）、鉴别方法、失效原因、预防措施。[高周/低周疲劳的判断]
答：
（1）失效类型：疲劳断裂失效/高周疲劳断裂失效（低应力疲劳，105次以上循环）/低周疲劳断裂失效（高应力疲劳，102～105次循环之间）。
（2）依据（特征）：宏观疲劳断口上可明显的区分为光滑平坦的裂纹扩展区和较粗糙的瞬断区，一般情况下在裂纹扩展区还很容易观察到贝纹线特征，又称海滩花样，并常可观察到裂纹源；在电镜下观察，断口上可观察到疲劳条带（辉纹）特征。
（3）鉴别方法（结合特征）：疲劳失效与其他失效形式的重要区别在于疲劳失效是在交变载荷作用下，经一定时间运行后发生的突发性断裂。
按照疲劳过程的性质，可将其分为高周疲劳和低周疲劳两类。高周疲劳断裂时，断口的微观基本特征是细小的疲劳辉纹；低周疲劳断裂时断口的微观特征是粗大的疲劳辉纹与微孔花样。但都要注意载荷性质、材料结构和环境条件的影响。
过渡疲劳寿命与材料硬度（强度）的关系可作为判断疲劳属于高周疲劳或者低周疲劳的重要依据。对于一个具体的失效零件，可根据断口附近的硬度值
大致估计该材料的过渡疲劳寿命，如果实际零件的疲劳寿命大于过渡疲劳寿命，则该零件属高周疲劳失效。反之，若零件疲劳寿命小于过渡疲劳寿命，则属低周疲劳。至于机械应力引起的低周疲劳与热应力引起低周疲劳（即热疲劳）之间的区别，则可根据工作环境、裂纹和断口形态及腐蚀产物等判断。（4）失效原因：
①在交变载荷的作用下，材料结构受到破坏，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂。
②应力集中的因素：由于工作条件或加工工艺的要求，零件常带有台阶、小孔、键槽等，使截面发生突然变化，从而引起局部的应力集中，这将显著地降低零件的疲劳极限。
③构件表面状态的影响：构件表面的光洁度机械加工的刀痕都会影响疲劳极限。表面损伤本身就是表面缺口，会产生应力集中，使疲劳极限下降。并且材料的强度越髙，缺口敏感性越显著，表面加工质量对疲劳极限的影响就越大。
④环境介质的影响：金属构件在腐蚀介质（如淡水或海水等）中工作时，因腐蚀而造成表面粗糙，促使其产生疲劳裂纹而降低构件的疲劳极限。
（5）预防措施：
要提高零件的疲劳抗力，主要从两方面因素入手：优化设计、合理选材和设法提高零件抗疲劳品质。
①优化设计、合理选材：合理的结构设计和工艺设计是赋予零件优良抗疲劳品质的关键步骤。在不影响使用性能的情况下，应尽力选择最佳结构，使截面圆滑过渡，避免或降低应力集中。同时，选择优良的抗疲劳品质的材料，也是决定零件具有优良疲劳抗力的重要因素。优良的设计必须要有优良的材质作保证。在选材方面除尽量提高材料纯度，细化晶粒及选择最佳的组织状态外，注意强度、塑性和韧性的合理配合也很重要。
②改善和提高零件的抗疲劳品质：对于已经加工的成品零件，理论上讲，其抗疲劳能力就已经确定下来。但为了进一步提高零件的抗疲劳性能，发展了一系列后处理工艺，即表面强化工艺如表面感应热处理、化学热处理、喷丸和滚压
强化等。实践表明，这些后处理工艺对提高零件抗疲劳性能的作用是非常显著的。
③对于低周疲劳和热疲劳失效，改善材料塑性，可改善失效抗力：对承受热疲劳的零件，设法减少变形约束，减小零件的温度梯度，尽量选用热膨胀系数相近的材料进行焊接等，均可减小热疲劳损伤。
失效分析知识点 第一章概论 1.失效的定义：当这些零件失去其应有的功能时，则称该零件失效。 2.失效三种情况： （1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等从而完全丧失其功能； （2）.零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等； （3）.零件能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。 3.失效分析定义：对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。也就是研究失效的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。 4.失效分析过程：事前分析（预防失效事件的发生）、事中分析（防止运行中设备发生故障）、事后分析（找出某个系统或零件失效的原因）。 5.失效分析的意义： （1）.失效分析的社会经济效益：失效将造成巨大的经济损失；质量低劣、寿命短导致重大经济损失；提高设备运行和使用的安全性。 （2）.失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高； （3）.失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益； （4）.失效分析是修订产品技术规范及标准的依据； （5）.失效分析对材料科学与工程的促进作用：材料强度与断裂；材料开发与工程应用。 第二章失效分析基础知识 一.机械零件失效形式与来源： 1.按照失效的外部形态分类： （1）过量变形失效：扭曲、拉长等。原因：在一定载荷下发生过量变形，零件失去应有功能不能正常使用。 （2）断裂失效：一次加载断裂（静载荷）：由于载荷或应力超过当时材料的承载能力而引起； 环境介质引起的断裂：环境介质和应力共同作用引起的低应力脆断； 疲劳断裂（交变载荷）：由于周期作用力引起的低应力破坏。 （3）表面损伤失效：磨损：由于两物体接触表面在接触应力下有相对运动，造成材料流失所引起的一种失效形式； 腐蚀: 环境气氛的化学和电化学作用引起。 （4）.注：断裂的其他分类 断裂时变形量大小：脆性断裂、延性断裂； 裂纹走向与晶相组织的关系：穿晶断裂、沿晶断裂； 2.失效的来源：
一、名词解释 1.失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和 操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生，这种丧失其规定功能的现象称为失效。 2.失效分析：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，称为失效分析。 3.疲劳断裂：金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于 屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳断裂，是金属零件或构件在交变应力或重复循环应力长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。 4.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。 5.弯曲疲劳：金属零件在交变的弯曲应力作用下发生的疲劳称为弯曲疲劳。 6.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。 7.冲蚀磨损：是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现破坏的一类磨 损现象。其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动，其表面材料所发生的损耗。 8.粘着磨损相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转 移到另一表面的现象，称为粘着磨损。 9.磨损：当相互接触的零件表面有相对运动时，表面材料的粒子由于机械的、物 理的和化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或者重量发生变化的过程称为磨损。 10.磨损失效：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能 的现象称为磨损失效。 11.蠕变：蠕变是金属零件在应力和高温的长期作用下，产生永久变形的失效现 象。 12.屈服失效：由过量塑性变形引起的失效称为屈服失效。 13.塑性变形失效：金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值称为塑性变形失 效。
材料失效分析与预防及案例分析 一、失效 零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。 二、失效危害性 1、失效导致机械不能正常工作，降低生产效率，降低产品质量，误工误事。 2、失效导致机械不能工作，停工停产，造成重大经济损失。 3、失效导致机毁人亡 三、失效分析 失效分析:判断零件失效性质、分析零件失效原因、研究零件失效的预防措施的技术工作。 四、失效分析内容 1、判断失效性质：畸变失效、断裂失效、磨损失效、腐蚀失效。 2、分析失效原因：设计、材料、加工、装配、使用、维护。 3、研究失效的预防措施：修改设计、更换材料、改进加工、合理装配、正确使用、及时维护。 五、失效分析技术 金相分析技术，断口分析技术，力学性能测试技术，理化分析测试技术，晶体结构分析技术，无损检测技术，应力分析技术。 六、失效案例 汽车离合器壳体开裂失效分析 1、粗视分析 离合器壳体由铝合金铸造而成。一个壳体破断为两部分，一个壳体一侧的裂纹长220mm, 另一侧有一条15mm长的裂纹。裂纹的起始位置均在壳体侧面下方的交界处。壳体侧面的内表面呈135°和90°夹角, 无明显的过渡园角。裂纹扩展方向与该处所受拉应力的方向垂直。 2、现场调研 离合器安装情况：离合器左边与发动机相联, 右边与变速器相联。离合器壳
体受到较大弯矩作用。发动机工作时, 壳体受到强烈振动。壳体下部受到瞬时大的拉应力作用, 在应力集中处容易产生裂纹造成开裂或破断。 3、立体显微镜下观察 断裂面有放射状撕裂棱。断面上有许多闪光的小点, 同时发现有园形、椭园形的空洞。最大的一个椭园形孔洞尺寸为0.6mm×1.2mm。这些空洞的内表面呈熔融金属凝固态, 为铸造缺陷气孔。 4、显微分析 观察裂纹形态及扩展方向。裂纹端部位于壳体两侧面内表面相交处, 裂纹上及其附近有大大小小的气孔, 裂纹垂直于壳体边缘扩展。 金相显微组织由白色的a固溶体+灰色的条状及小块状的Si晶体+黑色细针状Al-Si-Fe化合物组成。黑色针状Al-Si-Fe化合物为有害相, 导致壳体材料的韧性下降。裂纹穿过气孔, 并沿针状Al-Si-Fe化合物界面扩展。 5、扫描电镜分析 沿晶界或相界扩展的微细裂纹。平整的晶体平面。观察到晶界和晶内的裂纹。该壳体材料的断裂机制为一种包含沿晶(或相界)断裂和穿晶断裂两种形式的混合断裂。在裂纹快速扩展区断裂形貌呈山脊状撕裂棱。 6、能谱成分分析 对壳体材料和组织中的条状物进行成分分析。
材料失效分析 概论 随着现代科学技术的飞跃发展，失效分析已经成为一门综合性学科，在工程上正得到日益广泛的应用和普遍的重视。为了提高机械产品质量及使用寿命，国内外对机械构件的失效（断裂）现象进行了大量的分析和研究，日益完善了失效分析技术及其基本理论。应用失效分析技术——可以指导机械产品规划、设计、选材、加工、检验及质量管理等方面工作；同时失效分析技术又是制定技术规范、科学发展规划、法律仲裁等的重要依据之一。大力开展失效分析研究，无论对工业、民生、科技发展，都具有极其重要的作用。 一、失效的概念 所谓失效——主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成指定的功能。亦可称为故障或事故。一个机械零部件被认为是失效，应根据是否具有以下三个条件中的一个为判据： （1）零件完全破坏，不能工作； （2）严重损伤，继续工作不安全； （3）虽能暂时安全工作，但已不能满意完成指定任务。 上述情况的任何一种发生，都认为零件已经失效。 二、失效的形式 机械零部件最常见的失效形式有以下几种： 1．断裂失效：通常包括塑性（韧性）断裂失效；低应力脆性断裂失效；疲劳断裂失效；蠕变断裂失效；应力腐蚀断裂失效。 2．表面损伤失效：通常包括磨损失效；腐蚀失效；表面疲劳失效 3．变形失效：包括塑性变形失效；弹性变形失效 同一种零件可有几种不同失效形式。例如，轴的失效，可以是疲劳断裂，也可以是过量弹性变形（弹性失稳）。究竟以什么形式失效，决定于具体条件下，零件的哪种抗力最低。因此，一个零件失效，总是由一种形式起主导作用，很少以两种形式主导失效的。但它们可以组合为更复杂的失效形式，例如腐蚀磨损、腐蚀疲劳等。 三、失效分析 失效分析是指分析研究机械构件的断裂，表面损伤及变形等失效现象的特征及规律，并从中找出产生失效主要原因的一门新的学科或分析技术。也称之为故障分析或事故分析等。 失效分析是门多学科的边缘科学，它不仅包括断口学及材料学，而且它还与力学、化学、腐蚀科学、摩擦学、工艺学及设计基础等学科有关。只掌握一门学科是不行的。失效分析在整个机械产品制造过程中占据重要地位。 失效分析对改进产品设计、选材等提供依据，并可防止或减少断裂事故的发生；通过失效分析还可预测可靠性，特别是利用“失效树”来预测系统的安全可靠性更为有力。所谓“失效树”是指由各种可能引起系统失效的事件和连接这些事件的逻辑门组成的图形，并显示出它们相互之间的关系。失效分析可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用，明显提高经济效益。失效＝＝》断裂 第一章金属断裂的基本概念 §1-1 断裂和断口 金属的完全破断称为断裂.断裂后的自然表面称为断口。断裂一般发生在材料性能最弱的部位或零件中应力最大的部位。 断裂（形态）分类：在国内外，对断裂分类的方法，目前仍很不统一，各自按具体的需要和研究的方便进行分类，下面介绍几种常用的断裂分类方法，这些分类方法是相辅相成的。 按断裂性质分类——韧性断裂和脆性断裂 §1-2 韧性断裂和脆性断裂 根据材料或构件（金属）完全断裂前所产生的宏观塑性变形量的大小： 显著——韧性几乎不产生或很小——脆性
工程材料与结构的失效及失效分析工程材料与结构的失效及失效分析 工程材料与结构的失效是指工程材料和结构在长时间使用、经历负载后发生破坏或不能令人满意地完成固有功能的现象。这种破坏或失效可能会对人们的生命和财产安全造成威胁，因此对其进行有关的失效分析是非常必要的。本文将对工程材料与结构的失效及失效分析进行探讨。 一、失效的分类 失效可以分为不同类型，下面介绍几种常见的失效类型。 1. 疲劳失效 疲劳失效是指在材料或结构的交替载荷下，由于应力集中、腐蚀、裂纹等因素，导致材料或结构发生变形、破裂或脆化等破坏形态。 2. 弹性失效 在材料或结构的载荷作用下，应力超过弹性极限时，就会进入到塑性区，此时材料或结构呈现出不可逆的形变和变形，进而导致弹性失效。 3. 表面失效 材料或结构的表面处理不当，或表面的损坏与磨损会导致表面失效，表现为表面的开裂、剥落、疲劳等。
4. 互穿失效 当机械设备由多个部件组成时，各个部件之间的加工量和质量会影响最终的整体性能。互穿累加就是在各个部件的相互影响下，加商所得的其整体性能的一种方法。 二、失效与失效分析 材料与结构的失效是一个长期逐渐积累的过程。在某一特定点下，材料或结构可能会突然发生破坏，但其实在此之前已经有一系列的现象在系统内发生。因此，失效分析是极其困难和复杂的，它需要综合考虑多种因素，正确认识失效后的破坏机理和它们的组合作用。 失效分析可以帮助确定导致失效的原因和机理，并提出相应的对策进行预防和纠正。下面介绍几种常见的失效分析方法。 1. 图像学分析 图像学分析是通过微观结构的观察来研究材料的失效过程。图像学分析方法包括电子显微镜、X射线衍射、化学分析等。 2. 材料力学分析 材料力学分析是在材料强度理论的基础上，结合材料性质和材料结构进行的失效分析方法。根据失效机理，计算材料或结构的强度、应变、应力等参数，并分析材料的破坏。 3. 材料化学分析
1.试用一个经典的案例说明材料失效分析与基础学科及应用学 科之间的关系（不少于400字，配图片） 答：材料失效分析的经典案例： 醇胺贫富液换热器列管腐蚀穿漏 图1测试分析用的失效管子及拉杆套管 损坏部位：靠近壳程热流体进口处的管子、管程冷流体热端处的管子。 表面观察： ①管内外表面均可见棕色表面覆盖层，在没有坑 洞的表而用锉刀轻轻锉一下能看见银白色的金属光泽，说明 均匀腐蚀轻微。 ②严重腐蚀区的管子外表面分布很多凹坑，深浅不一，有些 凹坑已穿透管壁厚，大多凹坑为敞口椭园截面坑洞。 ③拉杆套管的腐蚀损坏比换热管更严重。 根据这个图片和实物可以通过以下方法分析材料的失效： 1）.管材的化学成分测定 2）.换热管的金相分析 4）.腐蚀原因分析 结果讨论：材料的断裂和腐蚀是材料失效中最常见的两种形式。这两种失效在工程实际中经常会造成极大的破坏和损失。分析和判断出材料失效的原因，同时找出有效的预防措施，防止类似的失效重复发生，是工程实际中经常遇到的难题。 材料失效分析需要应用机械、力学、物理、化学、数学、电子技术等多方面知识，需要借助现代分析测试技术，从宏观到微观，从定性到定量，从单项到综合的系统性分析。上述图片实例也充分说明了在对材料失效分析时需要用到很多的基础学科，尤其是物理和化学。而且在应用学科方面如现代显微测试技术等都是具有很好的代表性。材料的失效分析离不开这些学科！要做好材料的失效分析我们就应该在实践的基础上将学科的知识和一些先进技术相结合应用！ 2.试用两个实际的失效案例说明材料失效分析的重要意义（要求 既有文字说明，又有图片说明，文字不少于800字） 答:发生在我们生活中的材料失效的案例很多，材料的失效也有很多的类型，不同的材料在不同的外界环境，使用环境和其本身的性质会使失效的形式也会不一样。下面是两个实
金属材料的失效分析及预防措施金属材料广泛应用于各行各业的生产制造中，无论是建筑、汽车、航空、电子等领域，都有它的身影。然而，在长期使用过程中，金属材料的失效问题也逐渐凸显出来。本文将从失效分类、失效原因及预防措施等方面进行阐述。 一、失效分类 金属材料的失效可分为三种类型，即塑性失效、疲劳失效、腐蚀失效。 塑性失效是指金属材料在受到极限载荷时失去了所需的强度和韧性。塑性失效的表现形式是材料出现塑性变形和局部断裂，导致材料无法承载更大的荷载。 疲劳失效是由于材料长期受到重复载荷而引起的损坏现象，表现形式是材料出现微小的疲劳裂纹，逐渐扩展至材料疲劳断裂。疲劳失效是金属材料使用寿命最主要的影响因素。
腐蚀失效是指金属材料在各种腐蚀介质中被破坏的现象，腐蚀失效不仅可以削弱材料的机械性能，还会严重影响材料的外观质量和安全性。 二、失效原因 1. 缺陷 金属材料中的缺陷主要包括气孔、夹杂、裂纹等，这些缺陷会极大地影响金属材料的机械性能，尤其是抗拉强度和韧性。缺陷的产生一般由于生产过程中制造不当，产品加工时的人为因素或金属材料的裂纹扩展等情况导致。 2. 微观结构 金属材料的微观结构是影响金属材料力学性能和疲劳性能的关键因素。包括晶粒大小、晶界、孪晶、位错等等。严重的晶界变异、加工硬化和冷处理等诸多因素都会引起失效。 3. 环境因素 金属材料在各种环境介质中失效的机制不同。一般来说，金属材料在高温、潮湿、腐蚀和氧化介质中失效更为明显。高温介质下，金属材料的力学性能、结构和化学性质都发生了变化，包括
晶体生长、晶粒长大、孪晶形成等。潮湿介质下，金属材料很容 易发生腐蚀失效。 三、预防措施 1. 提高金属材料的强度和韧性 针对塑性失效和疲劳失效，我们应该采取措施提高材料的强度 和韧性。具体包括选择高质量的原材料、严格掌握生产制造过程，领先的材料设计和成型技术，科学的表面处理和热处理等。 2. 减少金属材料中的缺陷 针对金属材料中存在的缺陷，我们可以采取一系列措施，如选 择有良好制造工艺和管理制度的优秀供应商，提高产品生产工艺，采用超声波探伤、磁粉探伤等无损检测技术。还可以加强产品外 观质量控制，及时发现可见的缺陷并及时处理。 3. 建立金属材料的安全使用规范 使用金属材料时，应严格遵循相关的安全使用规范。考虑到环 境因素，应该为金属材料提供良好的储存和运输条件，避免金属 材料受到潮湿、高温等环境介质的影响。对于设备使用和维护工作，应加强监督管理，及时发现可能的问题并加以解决。
可靠性设计 1.可靠性：元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定 功能的能力或可能性。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等来评价产品的可靠性。 可靠度：可靠度(Reliability)也叫可靠性，指的是产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力，它包括结构的安全性，适用性和耐久性，当以概率来度量时，称可靠度· 2.可靠性设计应遵循得原则 （1）可靠性设计应有明确的可靠性指标和可靠性评估方案； （2）可靠性设计必须贯穿于功能设计的各个环节，在满足基本功能的同时，要全面考虑影响可靠性的各种因素； （3）应针对故障模式（即系统、部件、元器件故障或失效的表现形式）进行设计，最大限度地消除或控制产品在寿命周期内可能出现的故障（失效）模式； （4）在设计时，应在继承以往成功经验的基础上，积极采用先进的设计原理和可靠性设计技术。但在采用新技术、新型元器件、新工艺、新材料之前， 必须经过试验，并严格论证其对可靠性的影响； （5）在进行产品可靠性的设计时，应对产品的性能、可靠性、费用、时间等各方面因素进行权衡，以便做出最佳设计方案。 ①按重要程度分配可靠度。 ②按复杂程度分配可靠度。 ③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。 ④按相对故障率分配可靠度。 3.可靠性分析的手段 可靠性设计是为了在设计过程中挖掘和确定隐患及薄弱环节，并采取设计预防和设计改进措施，有效地消除隐患及薄弱环节，定量计算和定性分析主要是评价产品现有的可靠性水平和确定薄弱环节，而要提高产品的固有可靠性，只能通过各种具体的可靠性设计来实现。 可靠性设计的主要内容概括起来可以有以下几个方面：
材料失效分析与评估技术研究 材料的失效是指材料在使用过程中，质量和性能发生了变化，无法继续满足使 用要求。材料失效不仅会导致生产成本的增加，还会造成安全事故和经济损失。因此，材料失效分析与评估技术的研究具有重要的意义。 一、材料失效的分类 材料失效主要分为化学失效、物理失效和力学失效三种类型。 1. 化学失效：是指材料受到化学物质侵蚀、氧化、水解等化学反应而引起的失效。 2. 物理失效：是指材料在使用过程中受到晶界、缺陷、裂纹、硬度、磨损、疲 劳等因素的影响而引起的失效。 3. 力学失效：是指材料受到外力作用而导致结构破坏、形变和变形等失效。 二、材料失效分析的方法 材料失效分析是为了了解并分析材料失效的原因和机制，从而提出避免和消除 材料失效的措施。目前，材料失效分析的方法主要包括以下几种： 1. 金相分析：通过显微镜观察材料的结构变化，分析材料的组织、晶粒大小、 相变、缺陷等情况，从而得出失效的原因。 2. 化学分析：通过化学分析手段，分析材料中的化学成分和杂质等物质的含量 和种类，判断材料的质量是否符合要求。 3. 机械测试：通过拉伸、弯曲、压缩、冲击等实验手段，测试材料的力学性能，并根据结果分析材料失效的原因。
4. 热学测试：通过热膨胀、热传导、热稳定性等实验手段，测试材料的热学性能，并根据结果分析材料失效的原因。 三、材料失效评估的方法 材料失效评估是为了评估材料失效对产品安全性的影响程度，并制定相应的措施来避免或减少失效对产品使用和安全带来的损失。目前，材料失效评估的方法主要包括以下几种： 1. 失效模式与影响分析（FMEA）：FMEA分析是一种系统性的分析方法，它通过分析所有可能存在的失效模式和深度评估失效对系统的影响，确定失效的优先级，从而合理地制定预防和纠正措施。 2. 材料失效事故分析（MAA）：MAA是一种详细描述材料失效事故发生过程和原因的分析方法，它可以分析事故的直接和间接原因，找出失效的根本原因，为制定有效的预防措施提供依据。 3. 可靠性评估（RA）：RA是一种通过对系统的可靠性进行分析和评估，找出可能存在的失效和故障，确定可靠性水平，提出改进和强化措施的方法。 四、材料失效的控制和改进 材料失效的控制和改进是针对分析和评估得出的结论，制定相应的控制和改进措施，并监督执行情况，以避免或减轻材料失效的损失。具体控制和改进措施包括以下几个方面： 1. 强化材料的检测和质量控制，及时发现和排除存在的缺陷和杂质。 2. 优化材料的制备工艺和工艺参数，提高材料的性能和质量。 3. 加强材料使用和维护的管理，定期对材料进行检测和保养。 4. 加强材料失效分析和评估，及时找出失效的原因和根本原因，制定相应的预防和控制措施。
材料科学中的材料失效分析 材料科学是一门研究材料结构、性质、制备、加工和应用的学科。在科学技术大发展的今天，材料成为人们生活和科技发展的 重要组成部分。如何保证材料的可靠性和稳定性成为科学家们研 究的重点之一。在材料科学中，材料失效分析是一项关键的工作。 一、材料失效的原因 材料失效是指材料在使用或储存过程中性能不再满足要求或出 现完全破坏的现象。材料失效的原因很多，主要包括以下几个方面。 1. 材料自身的缺陷。材料制备过程中，如原材料质量受到影响、制造过程中的疏漏、工艺参数调整不当等原因可能导致材料本身 存在质量缺陷。这些缺陷可能是材料结构上的缺陷，如气孔、非 金属夹杂物、晶体缺陷等；也可能是化学成分上的缺陷，如硬度、强度等参数的变化。 2. 材料的外部因素。外部因素包括环境、载荷和使用条件等。
3. 材料的老化。随着材料的使用时间的增长，材料的物理和化学性质会发生变化，导致材料的失效。 二、材料失效分析的方法 1. 可视化检查。通过肉眼或显微镜观察样品的表面，检查是否存在裂纹、变形等异常现象。 2. 超声波测量。超声波测量是一种常用的无损检测方式，可检测不同深度的缺陷。 3. 化学分析。通过化学分析方法，检测样品中的化学成分是否有变化，从而判断是否存在材料质量问题。 4. 机械性能测试。机械性能测试是指对样品进行拉伸、弯曲和压缩等力学测试，通过测试结果判断其物理和力学性能。 三、材料失效分析的应用 材料失效分析在实际应用中有着广泛的应用。
1. 产品质量控制 通过对材料失效分析结果的分析，可以检测产品是否存在质量 问题。如汽车制造行业采用材料失效分析方法检测零部件质量， 从而提高汽车制造的质量和品牌形象。 2. 新材料研发 在新材料研发过程中，材料失效分析是非常重要的一步。研究 人员通过对材料失效原因的探究，可以改进材料制备工艺，提高 材料的使用寿命和可靠性。 3. 保险理赔 材料失效分析也被广泛应用于保险理赔领域。例如在工程和设 备损坏的理赔过程中，保险公司需要对材料失效的原因进行分析，以判断损坏是否属于保险范围内。 四、结语
材料失效分析_河海大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年 1.以下不属于断口宏观分析任务的是 答案: 断口上的韧窝形态 2.解理断裂的特征不包括 答案: 晶界第二相 3.消除残余应力的方法是 答案: 振动时效 4.回火致脆断裂分析时需要测试的参数是 答案: 冲击功
5.以下不属于应力腐蚀开裂基本条件的是 答案: 材料的热处理状态 6.麻点、凹坑和局部剥落是哪种疲劳断裂的典型宏观形态。 答案: 接触疲劳 7.以下哪种组织的耐磨性最好。 答案: 马氏体 8.氯离子容易产生以下哪种腐蚀。 答案: 局部腐蚀
9.在高速流动的介质中，容易发生： 答案: 空泡腐蚀 10.以下哪种金属最容易发生解理断裂。 答案: 镁 11.失效就是事故。 答案: 错误 12.工件表面发生相变时，会形成残余拉应力。 答案: 错误 13.锤击处理可以有效降低应力集中现象。
答案: 错误 14.扫描电子显微镜可以进行断口产物的成分分析和相结构分析。 答案: 错误 15.多个同类零件损坏时，通常最初破断件的塑性变形较小，机械损伤较轻。 答案: 正确 16.对于矩形试样，周边有缺口时零件断口上人字纹的尖端总是指向裂纹源的方 向。 答案: 错误 17.平面应变状态比平面应力状态易形成疲劳辉纹。 答案: 正确
18.给定应力状态下，晶间腐蚀和应力腐蚀开裂都与应力的数值大小和方向密切 相关。 答案: 错误 19.第一类回火脆性在重复回火时不再出现。 答案: 正确 20.提高材料表面硬度可以增加材料在疲劳磨损条件下的耐磨性。 答案: 正确 21.断口特征三要素是指: 答案: 纤维区、放社区、剪切唇 22.按产品失效后的外部形态可将失效分为: 答案: 断裂、表面损伤、过量变形
材料失效分析 ——金属的疲劳破坏 1。1材料失效简介 材料失效分析在工程上正得到日益广泛的应用和普遍的重视。失效分析对改进产品设计、选材等提供依据，并可防止或减少断裂事故的发生;可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用,明显提高经济效益.大力开展失效分析研究，无论对工业、民生、科技发展，都具有极其重要的作用. 所谓失效-—主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成指定的功能。亦可称为故障或事故.一个机械零部件被认为是失效,应根据是否具有以下三个条件中的一个为判据： （1）零件完全破坏，不能工作； （2）严重损伤，继续工作不安全； （3）虽能暂时安全工作，但已不能满意完成指定任务。 上述情况的任何一种发生，都认为零件已经失效。 机械零部件最常见的失效形式有以下几种: 1.断裂失效:通常包括塑性（韧性)断裂失效；低应力脆性断裂失效;疲劳断裂失效； 蠕变断裂失效；应力腐蚀断裂失效。 2。表面损伤失效:通常包括磨损失效;腐蚀失效；表面疲劳失效 3。变形失效：包括塑性变形失效；弹性变形失效，同一种零件可有几种不同失效形式。一个零件失效，总是由一种形式起主导作用，很少以两种形式主导失效的.但它们可以组合为更复杂的失效形式，例如腐蚀磨损、腐蚀疲劳等。 2.1疲劳破坏 飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械 、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件,大多在循环变化的载荷下工作，疲劳是其主要的失效形式。 金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。 2.2疲劳断裂的特征 1、疲劳断裂应力1σ（周期载荷中的最大应力 max σ)远比静载荷下材料的抗拉强度 b σ低,甚至比屈服强度s σ也低得多。 2、不管是脆性材料或延性材料，其疲劳断裂在宏观上均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂，故疲劳断裂一般表现为低应力脆断。 3、疲劳破断是损伤的积累，积累到一定程度,即裂纹扩展到一定程度后才突然断裂。 断裂前要经过较长时间的应力循环次数N （＝104；105；106……）才断裂,所以疲劳断 裂是与时间有关的断裂.在恒应力或恒应变下，疲劳将由三个过程组成:裂纹的形成（形核）；裂纹扩展到临界尺寸；余下断面的不稳定断裂.在宏观上可清楚看到后二个过程. 4、材料抵抗疲劳载荷的抗力比一般静载荷要敏感得多。疲劳抗力不仅决定于材料本 身,而且敏感地决定于构件的形状，尺寸、表面状态、服役条件和所处环境等。
失效分析工程师岗位面试真题及解析 含专业类面试问题和高频面试问题，共计30道 一、请简述一下失效分析的基本步骤和关键点是什么？ 考察点及参考回答：失效分析工程师岗位面试问题 一、考察点： 1. 岗位技能掌握程度：面试者对失效分析的基本步骤和关键点的理解程度，以及是否能熟练运用在实际工作中。 2. 问题分析与解决能力：面试者是否能通过分析找出问题的关键点，并制定有效的解决方案。 3. 专业知识掌握程度：面试者对失效分析理论知识的掌握程度，以及是否能将理论知识运用到实际工作中。 二、参考回答： 在进行失效分析时，一般会经历以下几个基本步骤和关键点： 1. 确定失效类型和原因：首先需要对失效产品或设备进行详细的分析，确定其失效类型和原因。这需要结合专业知识，对产品或设备的结构和功能有深入的了解。 2. 收集和分析数据：根据确定的失效类型和原因，收集相关的数据和信息，并进行深入的分析。这包括对产品或设备的结构、材料、工艺等方面的分析，以及对环境、操作等因素的影响。 3. 制定解决方案：在分析的基础上，需要制定相应的解决方案。这需要综合考虑各种因素，并制定出切实可行的方案。 在进行失效分析时，还需要注意一些关键点，如分析过程的系统性和全面性、分析方法的正确性和可靠性等。通过以上几个步骤和关键点的分析，可以有效地找出问题的根源，并制定出有效的解决方案，从而提高产品质量和可靠性。 二、描述一下你曾经进行过的失效分析案例，你是如何分析并得出结论的？ 考察点：
1. 失效分析工程师的专业技能：通过描述案例，面试官将评估应聘者是否具备对电子设备失效模式、测试方法、仪器使用等专业技能的掌握程度。 2. 问题解决能力：应聘者是否能明确问题，运用所学知识进行分析，并得出结论，体现了其问题解决能力。 3. 团队合作与沟通能力：在描述案例的过程中，面试官也会观察应聘者的表达能力和团队合作意识，这是失效分析工程师工作中不可或缺的素质。 参考回答： 在我的职业生涯中，我曾负责过一次电子设备的失效分析。当时，我们收到一台关键设备在运行过程中突然停机的报告，怀疑是电路故障导致的。我首先通过查阅设备使用手册和故障报告，了解了故障的具体表现和可能的原因。然后，我使用示波器等测试设备进行测试，观察电路中的信号波形，并对照手册中的正常波形进行分析。通过反复比对，我发现故障设备在某个关键信号上的波形出现了异常，这可能是导致设备停机的直接原因。接着，我与团队成员沟通了分析结果，确定了进一步的维修方案。非常终，我们成功修复了设备，并且之后再也没有出现过类似的问题。这次经历让我认识到，失效分析需要专业技能和严谨的态度，同时也需要团队的合作和沟通。它不仅关乎单个设备的修复，更关系到整个生产流程的稳定性和效率。 通过这个案例，我学到了如何运用专业技能和工具进行测试和分析，如何通过观察和分析找到问题的根源，以及如何在团队中发挥自己的优势，共同解决问题。这些经验对我今后的工作有着重要的指导意义。 三、描述一下你对于电子元件失效的理解，以及在电子元件失效分析中需要注意的关键因素有哪些？ 考察点及参考回答：电子元件失效分析与理解 一、考察点： 1. 理解电子元件失效的概念和原因； 2. 掌握电子元件失效分析的基本流程和方法； 3. 了解在电子元件失效分析中需要注意的关键因素。
材料失效分析 材料失效是指材料在使用过程中由于各种原因而导致性能下降或完全失效的现象。材料失效不仅会造成经济损失，还可能引发严重的安全事故。因此，对材料失效进行分析具有重要的意义。 首先，材料失效的原因有很多种，比如材料本身的缺陷、外部环境的影响、使 用条件的不当等。其中，材料本身的缺陷是造成失效的主要原因之一。例如，金属材料中的氧化、腐蚀、疲劳等都可能导致材料失效。此外，外部环境的影响也是造成材料失效的重要因素。比如，高温、高湿度、化学介质等都会对材料的性能产生影响，进而导致失效。另外，使用条件的不当也是造成材料失效的重要原因。如果材料在使用过程中受到过大的载荷、温度、湿度等影响，就会加速材料的老化和失效。 其次，对于材料失效的分析方法也有很多种。常见的方法包括断口分析、金相 分析、电镜分析、化学分析等。断口分析是通过对材料的断口形貌进行观察和分析，来判断材料失效的原因。金相分析是通过对材料的组织结构进行观察和分析，来判断材料的性能和失效原因。电镜分析是通过电子显微镜对材料的微观结构进行观察和分析，来判断材料的微观性能和失效原因。化学分析是通过对材料的化学成分进行分析，来判断材料的化学性能和失效原因。 最后，对于材料失效的预防也是非常重要的。通过对材料失效的分析，可以找 出失效的原因，从而采取相应的措施来预防失效的发生。比如，可以通过改进材料的制备工艺，提高材料的质量；可以通过改变使用条件，减少外部环境的影响；可以通过改进设计，减少材料受到的载荷。此外，还可以通过对材料进行监测和检测，及时发现材料的异常情况，采取相应的措施进行修复和更换。 总之，材料失效分析是非常重要的，可以帮助我们找出失效的原因，从而采取 相应的措施来预防失效的发生，保证材料的正常使用和安全性能。希望通过对材料
材料失效分析范文 材料失效分析是指对材料在使用过程中遭受失效的原因进行系统的分 析和研究。材料失效可能会带来安全隐患、物质损失以及环境污染等问题。因此，进行材料失效分析对于材料的开发、设计、制造和使用具有重要的 意义。下面将从失效形式和原因两个方面进行材料失效分析的介绍。 一、失效形式 在材料失效分析中，我们首先需要关注材料失效的形式。常见的材料 失效形式包括以下几种： 1.疲劳失效：材料在长期的受力状态下出现裂纹，并最终导致断裂。 疲劳失效主要发生在循环加载的材料中，如金属材料和复合材料。 2.腐蚀失效：材料与介质发生化学反应引起的失效。腐蚀失效主要包 括普通腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。 3.磨损失效：是指材料表面由于摩擦、冲蚀或研磨等作用而逐渐损耗，最终导致功能丧失。 4.弹性失效：材料在长期受力状态下出现塑性变形，超过其弹性极限 并导致失效。 5.热失效：材料在高温环境下发生相变、膨胀或氧化等物理和化学变化，导致失效。 二、失效原因 材料失效的原因主要包括以下几个方面：
1.设计不合理：材料的失效可能是由于设计上的问题引起的。例如，材料在设计时未能考虑到受力状态、环境因素或负荷变化等情况。 2.质量问题：材料的质量问题也是导致失效的主要因素之一、例如，材料制造过程中存在工艺不合理、材料本身存在缺陷或杂质等问题。 3.介质环境：材料失效可能与工作介质的性质和环境有关。例如，介质的腐蚀性、温度、湿度等因素可能引发材料的腐蚀或热失效。 4.使用条件：材料的使用条件也是导致失效的一个关键因素。例如，材料受到过大的负荷、频繁的振动或温度变化等情况可能导致失效。 5.维护不当：材料在使用过程中的维护不当可能导致失效。例如，材料的拆卸、安装、维修或保养不规范可能造成材料的损伤或失效。 三、失效分析方法 对于材料失效的分析，我们可以采用以下的步骤和方法： 1.收集失效样品：通过现场调查和样品采集等方式，获得失效的材料样品。 2.失效分析：利用显微镜、扫描电镜等仪器对失效样品进行观察和分析，发现失效的表面形貌、组织结构等信息。 3.实验验证：通过实验验证，对可能的失效机理进行论证。例如，进行材料力学性能测试、化学分析和腐蚀实验等。 4.失效原因分析：综合考虑失效样品的观察结果和实验验证的结论，找出导致材料失效的根本原因。
金属材料失效分析 金属材料是工程中常用的材料之一，然而在使用过程中，金属材料可能会出现 各种失效现象，如断裂、疲劳、腐蚀等。对金属材料失效进行分析，可以帮助我们了解失效的原因，从而采取相应的措施来预防和解决失效问题。 首先，我们需要了解金属材料失效的分类。金属材料失效可以分为静态失效和 动态失效两种。静态失效是指在受到静态载荷作用下，金属材料出现破坏的现象，如拉伸断裂、压缩变形等。而动态失效则是指在受到动态载荷（如振动、冲击等）作用下，金属材料出现疲劳、冲击破坏等现象。 其次，金属材料失效的原因也是多种多样的。其中，设计缺陷、材料缺陷、应 力集中、环境腐蚀等是导致金属材料失效的常见原因。在设计阶段，需要充分考虑材料的选择、零件的结构和应力分布等因素，以减少设计缺陷对金属材料失效的影响。同时，在材料制造过程中，也需要控制材料的质量，避免材料缺陷对失效的影响。此外，应力集中也是导致金属材料疲劳失效的重要原因，因此需要采取相应的措施来减轻应力集中的影响。环境腐蚀则是导致金属材料腐蚀失效的主要原因之一，因此需要选择合适的防腐蚀措施来延缓金属材料的腐蚀速度。 另外，对金属材料失效进行分析，需要运用一些分析方法。常见的分析方法包 括金相分析、断口分析、应力分析等。金相分析可以帮助我们了解金属材料的组织结构和性能，从而判断材料的质量和性能是否符合要求。断口分析则可以通过对断口形貌的观察和分析，了解失效的原因和方式。应力分析则可以帮助我们了解材料在不同载荷作用下的应力分布情况，从而对失效进行预测和分析。 综上所述，金属材料失效分析是工程中重要的一环，对于预防和解决金属材料 失效问题具有重要意义。通过对失效的分类、原因和分析方法的了解，可以帮助我们更好地预防和解决金属材料失效问题，从而保障工程的安全和可靠性。希望本文的内容能够对您有所帮助，谢谢阅读！
失效分析基础知识 失效分析（Failure Analysis）是指通过对被测设备或系统内部的失 效原因进行分析和研究，找出导致失效的根本原因，并提出相应的改进措施，以避免或减少同类失效事件的再次发生。失效分析是现代工程领域中 非常重要的一项技术，能够提高产品质量和可靠性，减少故障率，降低生 产成本，延长设备的使用寿命。 失效可以分为两大类，一类是功能失效，指的是设备或系统无法按照 设计要求完成其功能；另一类是物理失效，指的是设备或系统的一些或多 个组成部分发生破坏、损坏或失效。失效分析主要针对物理失效进行研究，通过对失效物理机制和失效模式进行分析，找出可能导致失效的根本原因，然后推导出失效的关键因素，并提出相应的改进方案。 失效分析的基本原则包括以下几点： 1.收集失效信息：通过调查、询问用户、现场观察等方式，收集尽可 能多的失效信息，包括失效模式、失效时间、失效环境等。 2.分析失效机理：通过对失效物理机制的研究，找出导致失效的根本 原因。失效机理可以通过物理实验、数值模拟等方式进行研究。 3.分析失效模式：失效模式是指设备或系统在失效前的状态和失效后 的状态之间的差异。通过对失效模式进行分析，可以找出导致失效的关键 因素。 4.分析失效的关键因素：通过对失效模式和失效机理的分析，推导出 导致失效的关键因素。关键因素可以是设计缺陷、制造缺陷、材料问题、 操作错误等。
5.提出改进措施：根据分析结果，提出相应的改进措施，包括设计改进、制造改进、材料改进、操作改进等。改进措施应该能够消除或减少导致失效的关键因素，从而提高设备或系统的可靠性和安全性。 失效分析常用的方法和技术包括材料分析、断口分析、显微分析、化学分析、热分析、电子显微镜观察等。这些方法和技术可以帮助工程师深入了解失效的原因和机制，从而提出有效的改进措施。 失效分析在工程领域中具有广泛的应用，包括电子设备、机械设备、化工设备、航空航天设备等各个领域。通过对失效进行分析和研究，可以提高产品的可靠性和质量，减少故障率，降低生产成本，延长设备的使用寿命。因此，失效分析在工程实践中具有重要的意义。 总之，失效分析是现代工程领域中重要的一项技术，通过对失效原因进行分析和研究，可以提高产品质量和可靠性，减少故障率，降低生产成本，延长设备的使用寿命。失效分析的基本原则包括收集失效信息、分析失效机理、分析失效模式、分析失效的关键因素和提出改进措施。失效分析常用的方法和技术包括材料分析、断口分析、显微分析、化学分析、热分析、电子显微镜观察等。失效分析在各个工程领域中都有广泛的应用，对提高产品的可靠性和质量具有重要的意义。
失效分析考点 一名词解释 1.失效：零件失去了承受载荷、传递能量、完成某种规定的动作等功能时，即为失效 2.失效分析:指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，即研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因 3.安全度（产品）： 4.断口分析：是用肉眼，以及一些仪器设备，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断因素的内在联系 5.主断面：最先开裂的断裂面 6.应力集中：零件截面有急剧变化处，就会引起局部地区的应力高于受力体的平均应力现象 7.残余应力：指存在于整个物体或在较大尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在0.1mm以上，即第一类内应力。 8.交变应力：应力大小或应力方向随时间变化而作周期变化的应力。 9.过载断裂：当工作载荷超过金属构件危险截面所能承受的极限载荷时，构件发生的断裂。 10解理断裂（微观角度）：在正压力作用下金属的原子健遭到破坏而产生的一种穿晶断裂。 11.接触疲劳（疲劳磨损）：材料表面在较高的接触压力作用下，经过多次应力循环，其接触面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，最后导致构件失效的现象。 13.交变疲劳极限：应力循环变化无限次，材料不发生疲劳破坏的最大应力。 14.应力腐蚀疲劳：金属零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下导致的断裂。 15.热疲劳：金属材料由于温度梯度循环引起的热力循环，而产生的疲劳破坏现象。 16.氢脆：由于氢而导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂，称为氢致断裂，又称氢脆。 17.热脆：金属材料在较高的温度（400-550）下长时间工作而引起韧度显著降低的现象。 18.冷脆金属：随着温度的降低，发生断裂形式转化及塑脆过渡的金属。 19.缝隙腐蚀：在电解质中，在金属或金属与非金属表面之间狭窄的缝隙内产生的一种局部腐蚀。 20.空泡腐蚀：在液体与固体材料之间相对速度很高的情况下，由于气体在材料表面的局部低压区形成空穴或气泡迅速破灭而造成的一种局部腐蚀。 21.应力腐蚀开裂：是金属在应力和腐蚀介质的共同作用下，而引起的一种破坏形式 22.冲蚀磨损：冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象。 23.粘着磨损：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属损耗 24.磨耗磨蚀：材料在摩擦力和腐蚀介质的共同作用下产生的腐蚀加速破坏的现象。 25蠕变：金属材料在外力作用下，缓慢而连续不断地发生塑形变形，这种现象