1、什么是失效？最常见的失效形式有哪几种？
机械构件由于组织与性能发生变化而引起不能完成指定功能时，称之为失效。最常见的失效形式有机械力破坏、腐蚀性破坏、高温破坏。
2、什么是失效分析？失效分析有何意义？
失效分析是指分析研究构件的断裂，表面损伤及变形等失效现象的特征及规律的一门技术。意义：失效分析对改进产品设计，选材等提供依据，并防止或减少断裂事故发生；通过失效分析还可以预测可靠性；可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用。
3、材料失效分析的基本原理是什么？
首先经由鉴定何物及何种情况下破坏，其次推断如何破坏，最后判定为何破坏。
4、材料失效分析基本步骤是什么？
a、外观检视、勘验及调查；
b、断口观察；
c、断口成分分析；
d、其他相关检测
e、推断破坏机制；判定破坏肇因。
5、什么是断裂？什么是断口？常用断口分析方法有哪些？
金属的完全破裂称为断裂。断裂后的自然表面称为断口。
断口分析方法：断口光学显微镜分析；断口的电子显微镜分析；离子探针分析。
1.破坏成分分析有那几种？破坏成分分析有什么意义？
答：a：表面分析（分析深度小于5nm）；次表面分析（分析深度小于1000nm）；
本体成分分析（材料内部化学成分）。
b：意义：在断口形貌观察分析无法确定失效原因的情况下需借助破坏成分分析技术以确定材料破坏的真正机制。其中本体成分分析是为了确定材料选用是否有误而进行的。
2. 表面成分分析仪器有哪几种？举一例说明其工作原理。
答：a：俄歇光谱器，光电子化学分析仪，二次离子质谱仪，离子散射光谱仪，激光拉曼光谱仪。
b：俄歇光谱仪（AES）利用入射电子束把原子最低层电子打出，当上层电子降下来增补此空缺时，释放的能量可再激发另一高能阶电子放出，即俄歇电子，俄想电子的动能与以上所提供能阶有关，而能阶又是各种不同元素辨识的指标，因此由能量分析可判定原来的成分元素经过标准样品校准后可作定量分析，利用外加离子溅射可同时做成分深度分析。
3.次表面成分分析仪器有哪几种？举一例说明其工作原理。
答：a：电子微探分析仪，X射线荧光分析仪，X射线衍射仪，卢瑟福后向散射光谱仪，穆斯堡尔光谱仪。
b:X射线荧光分析仪利用X光束把原子最内层电子打出，当上层电子降下来填补空缺时，能阶差激发出X光放出，由此可进行成分定性分析，而X光的强度由元素含量决定。因此，可以获得定量分析结果。
4.什么是非破坏性检测？非破坏性检测有何意义？
答：a、非破坏性检测是利用声、光、热、电、磁和射线等物理因子与待检测物质相互作用，在不破坏待检测物的内、外部结构及使用性能下，对其内部和表面缺陷的位置、大小、形状、种类分布等进行检测。意义：非破坏性检测实在材料完全破坏或破坏初期，检测其裂缝位置、大小、形状种类及分布，及时采取措施成为材料失效的预警技术。
5.常用的非破坏性检测方法包括哪些？对比起优缺点，举一例说明其工作原理。答：非破坏性检测方法有: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。
答：（1）机械力破坏类型有恒力破坏和疲劳破坏
（2）恒力破坏是指材料所受应力形式固定的破坏
（3）疲劳破坏指材料所受应力的大小或方向不断循环改变而产生的破坏
7.恒力破坏有哪几种类型？什么是延性破坏？什么是疲劳破坏？
答：（1）恒力破坏有延性破坏和脆性破坏
（2）延性破坏：材料受到固定机械应力作用，首先发生弹性变形，继而发生塑性变形，再逐步延续至材料断裂。
（3）疲劳破坏：材料受到固定机械应力作用，首先发生弹性变形，当应力继续增加，材料开始破坏直接断裂。
8.恒力破坏的宏观和微观特征分别是什么？
答：（1）宏观特征：1.脆性破坏宏观特征：破断区没有明显缩颈，端口呈光亮状。
2.延性破坏宏观特征：明显缩颈，破断面阴暗状，其特征复杂，可归为杯椎状破裂，双杯状破裂，锐刀状破裂，剪短，点状破裂，超塑性破裂。
（2）微观特征：1.脆性破裂微观特征：a.沿晶脆性破坏：完整晶粒裸露形貌。B.
穿晶脆性破坏：特定结晶裸露的解理形貌，如河川状条纹解理面舌状物突起解理面。2.延性破坏微观特征：窝坑状。
9.残余应力按不同的分类方法分别有哪几种形式？
答：（1）按应力相互作用或平衡范围分类：1.宏观应力 2.微观应力 3.超显微应力（2）按应力产生过程分类：铸造应力，焊接残余应力，切削加工残余应力，热处理残余应力，镀层残余应力，表面硬化残余应力。（3）按金属学分：体积应力，组织应力，镶嵌应力（4）按引起应力的工艺机械分类：结构残余应力，工艺残余应力，（5）按存在的长短分类：暂时残余应力，永久性残余应力
（6）按物理学分类：热残余应力，相变残余应力，加工残余应力
10.残余应力的检测方法有哪些？
答：检测方法有：1.钻孔法2.X光衍射量测法3.超声波量测法
1腐蚀破坏形式有哪几种？简要说明其特征。
答：腐蚀破坏可分为无机械力作用腐蚀破坏（均匀腐蚀，孔蚀，间隙腐蚀，晶间腐蚀，电偶腐蚀及去合金腐蚀）和有机械力作用腐蚀破坏（应力腐蚀，疲劳腐蚀，氢脆，液态金属脆裂及磨损腐蚀）。
2什么叫应力腐蚀？应力腐蚀破裂有什么特性？
答：是指材料在特定的环境中受到固定的机械应力所产生的加速破裂。
特性：材料断裂时的应力低于其抗拉强度甚至屈服强度。
材料与环境间有很强的选择性。
材料破坏方式可能沿晶或穿晶，甚至可能沿晶与穿晶并存。
拉伸应力与压缩应力均可形成应力腐蚀破坏。
3应力腐蚀失效机制有哪几种？
答：电化学模式，阳极溶解模式，机械模式，氧化层破坏模式，应力吸附模式，氢脆模式。4应力腐蚀破裂断口有什么特征？
答：宏观上，除了脆性断裂特征，经常可见到裂缝以及半椭圆形方式自材料外围以一处或多处起始向材料内部传播。
微观上，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。
5什么叫腐蚀疲劳破裂？腐蚀疲劳破裂有哪些特性？
答：腐蚀疲劳破裂是指材料在腐蚀环境中受到重复循环应力，其疲劳寿命减少的失效现象。
特征：多裂纹平行无分枝穿晶钝态：无腐蚀生成物有蚌壳状条纹活性：无腐蚀生成物无蚌壳状条纹
6腐蚀疲劳破裂机制是什么？对比分析腐蚀疲劳破裂、应力腐蚀和单纯疲劳破坏的特征。
答：机制是机械疲劳作用力和腐蚀作用力的协和效应，两者有竞争关系。当机械疲劳作
用力占优势，失效行为接近单纯疲劳断裂，断口有蚌壳状条纹疲劳特征，反之，失效行为接近应力腐蚀破坏，断口看不到蚌壳状条纹疲劳特征。
7什么是氢脆？氢脆失效特征是什么？
答：氢脆是指氢原子侵入材料内部并且在一些晶格缺陷聚集而形成氢分子，体积膨胀导致材料内部破裂。
8什么叫液态金属脆断？液态金属脆断的失效机制是什么？
答：液态金属脆断是指固态金属在受应力状态下与另一液态金属接触，导致液态金属渗入固态金属内部而产生脆裂。失效机制有两种截然不同的理论，分别呈现出沿晶与穿晶破断特征。9高温破坏有哪几种类型？
答：包括高温化学力破坏和高温机械力破坏。
10什么是高温氧化机制、高温热盐腐蚀机制、高温断裂机制？
答：高温氧化机制亦为一电化学反应，金属氧化层是由金属离子或氧离子扩散至气体/金属的界面，并在此处发生氧化还原反应所生成的。
高温热盐腐蚀机制有两种包括碱性溶解与酸性溶解。
高温断裂机制包括晶界偏析，晶界析出，晶界扩散，晶界运动，晶界滑移，晶界熔融。11高温断裂及其破坏特征是什么？
答：蠕变回火脆裂晶界疫害凝固破裂冷却破裂摩擦破裂热震破裂
12高温破坏的预防措施有哪些？
答：一、高温氧化的预防措施1.保护性氧化层的性质 2.提升氧化层的附着力3.涂覆保护镀层。二、高温热盐腐蚀的预防措施1.保护涂层2.腐蚀抑制剂。三、高温断裂的预防措施避免各种有害的晶界特性产生，包括材料成分中减少对晶界有害的元素、避免造成晶界脆化的加热制程及添加晶界强化合金元素。
11、疲劳断裂的预防措施：
延缓疲劳裂纹萌生的时间；降低疲劳裂纹的扩展速率；提高疲劳裂纹门槛值的长度
12磨损失效的预防措施
1）改进结构设计机制造工艺；2）改进使用条件提高维护质量；3）改进工艺措施
4）材料选择；5）表面处理
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：
概论 失效定义：零件失去原有功能和作用。 失效形式：断裂、腐蚀、磨损、变形、内部组织发生质的变化等。 失效分析：揭示产品功能失效的模式和原因，弄清失效的机理和规律，找出纠正和预防失效的措施；分为事前、事中、事后分析，通常侧重于事后。 失效分析和一般实验研究的区别和联系：1.失效分析侧重点在于一个零件发生失效的具体失效原因和失效过程，具有很强的工程针对性和适时性，而一般的实验研究目的是不考虑某些因素地去揭示本质，带有一定的普遍性；2.两者之间的联系：普遍性研究可以作为失效分析的理论基础，而失效分析又可以成为理论研究的出发点，相互联系，相互促进。 失效分析基础 按失效形态分类↓ 机械零件失效后的外部形态：过量变形、断裂及表面损伤（磨损和腐蚀）。 断裂失效的原因大致有：过载断裂、疲劳断裂失效、材料脆性断裂失效、环境诱发断裂失效、混合断裂失效。 按失效的诱因分类↓ 力学因素（机械力、热应力、摩擦力、活性介质）、环境因素、时间因素。 按经济法的观点来分↓ 产品缺陷失效、误用失效、受用性失效（属于它因失效）、耗损失效。 早期失效的来源：1、设计的问题，2、材料选择上的问题。3、加工制造及装配中的问题。4、不合理的服役条件（使用方法）。 如何降低应力集中：1.从强化材料方面考虑，有表面热处理强化、薄壳淬火、喷丸强化、滚压强化等方法。2.从设计方面降低应力集中系数考虑，有变截面部位的过渡、适当选择开孔位置和方向、应力集中附近的低应力部位增开缺口和圆孔。 如何消除和调整残余应力：1.去应力退火。2.回火或自然时效处理。3.机械法（加静载或动载）。 应力分析与失效分析↓ 按应力状态概念，材料破坏有三种：脆断、剪断、屈服。
失效分析 XXX期末开卷考试题库及答案 失效分析是一种通过对失效零件的分析来确定失效原因并提出改进措施的技术。其中，断裂是机械零件失效最常见也是危害最大的一种形式。失效分析工作者通常从致断原因的角度出发，将机械零件的断裂失效分为过载断裂失效、疲劳断裂失效、材料脆性断裂失效、环境诱发断裂失效以及混合断裂失效等类型。除此之外，还有正常失效，如耗损失效，生产者一般不承担责任。 焊接残余应力是一种常见的失效原因，直接应力是形成焊接残余应力的主要原因。铸造残余应力则是由于组织和成分不同而产生的组织应力。受平面拉应力的典型零件是各式各样的薄壁压力。在交变应力作用下，金属材料发生损伤的现象称为疲劳。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。 失效的诱发因素包括力学因素、环境因素及时间。失效率按使用时间可分为早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。据调查统计，在失效的原因中，设计和制造加工方面的问题占
56%以上。有时，在零件的一种应力集中源上又叠加了另一种 形式的应力集中源，如在缺口上刻有划痕，此时的应力集中程度应用复合理论应力集中系数来表示。 4.微孔型断裂是指塑性变形起主导作用的一种延性断裂。 5.防止微孔型断裂的主要措施是减小构件中的裂纹尺寸。 1.防止构件发生断裂的措施包括消除或减小构件上的裂纹 尺寸、细化晶粒、消除或减少金属材料中的有害物质以及采用双相钢代替单一的马氏体组织材料。 2.预防沿晶断裂失效的措施通常有提高材料的纯洁度，减 少有害杂质元素的沿晶界分布、严格控制热加工质量和环境温度，防止过热、过烧及高温氧化、减少晶界与环境因素间的交互作用以及降低金属表面的残余拉应力，以及防止局部三向拉应力状态的产生。 3.为了提高材料的断裂韧度，应尽量减少促使微孔形成的 内在因素，其措施包括纯化金属，减少有害杂质的含量，使有害杂质以固溶状态存在以及发挥韧性相的作用。 1.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（失效事件），再找出失效原因。
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。
材料科学中的材料失效与损伤分析引言 材料失效与损伤分析是材料科学领域中的重要研究方向之一。随着现代科技的 不断进步，对材料性能的要求越来越高，材料失效与损伤的问题也变得日益突出。本文将从材料失效与损伤的定义、分类、分析方法以及预防与修复等方面进行探讨，以期帮助学生更好地理解和应用相关知识。 一、材料失效与损伤的定义与分类 材料失效是指材料在使用过程中无法满足设计或使用要求的状态，通常表现为 性能下降、功能丧失或完全破坏。而材料损伤则是指材料在受到外界作用或内部因素影响下出现的局部性或整体性的变化，包括裂纹、疲劳、腐蚀等。 根据失效的性质和机理，材料失效可分为静态失效和动态失效。静态失效主要 是指材料在长时间受力或环境作用下出现的破坏，如断裂、塑性变形等。动态失效则是指材料在瞬态或短时间内受到外界作用后出现的失效，如冲击、爆炸等。 材料损伤则可以分为可逆性损伤和不可逆性损伤。可逆性损伤主要是指材料在 受力后能够恢复到原始状态的损伤，如弹性变形。而不可逆性损伤则是指材料在受力后无法完全恢复的损伤，如塑性变形、断裂等。 二、材料失效与损伤分析方法 1. 失效与损伤预测 失效与损伤的预测是材料科学中的一项重要任务。通过对材料的力学性能、热 学性能、化学性能等进行测试和分析，可以预测材料在不同环境和应力下的失效与损伤情况。常用的预测方法包括有限元分析、统计学方法、实验测试等。 2. 失效与损伤分析
失效与损伤分析是对已经失效或受损材料进行研究和分析，以找出失效或损伤的原因和机理。失效与损伤分析的方法多种多样，包括断口分析、金相分析、电子显微镜观察等。通过对失效与损伤样品的分析，可以了解材料的破坏机制，为材料的改进和优化提供依据。 三、材料失效与损伤的预防与修复 1. 失效与损伤的预防 为了避免材料的失效与损伤，可以采取一系列的预防措施。首先，要进行材料的合理设计，选择适当的材料和加工工艺，以提高材料的强度和耐久性。其次，要进行材料的表面处理和防护，以提高材料的抗腐蚀和耐磨性能。此外，还可以通过改变材料的结构和组织，提高材料的抗疲劳和抗冲击性能。 2. 失效与损伤的修复 当材料出现失效或受损时，可以采取一些修复措施来恢复其功能。常见的修复方法包括焊接、粘接、涂覆等。修复过程中需要考虑材料的性能匹配、接头强度、修复后的耐久性等因素，以确保修复后的材料能够满足使用要求。 结论 材料失效与损伤分析是材料科学中的重要研究方向，对于提高材料的性能和延长材料的寿命具有重要意义。通过对材料失效与损伤的定义、分类、分析方法以及预防与修复等方面的探讨，可以帮助学生更好地理解和应用相关知识，为材料科学的发展做出贡献。
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
PCB失效分析技术总结及实用案例分享 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。 对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。 1.外观检查 外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。 2.X射线透视检查 对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。
3.切片分析 切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。但是该方法是破坏性的，一旦进行了切片，样品就必然遭到破坏；同时该方法制样要求高，制样耗时也较长，需要训练有素的技术人员来完成。要求详细的切片作业过程，可以参考IPC的标准 IPC-TM-650 2.1.1和IPC-MS-810规定的流程进行。
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_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
上海应用技术学院 研究生课程(论文类）试卷 2 0 15 / 2 0 16 学年第二学期 课程名称：材料失效分析与寿命评估课程代码：NX0102003 学生姓名：丁艳花 专业﹑学号：材料化学工程156081101 学院：材料科学与工程学院
凝汽器铁管管壁减薄的失效分析报告 1。失效现象描述 秦山第三核电公司1#700M W重水堆核能发电机组2A凝汽器。该凝汽器从2002年8月起投入使用,实际运行时间8年左右。根据资料记载，1#机组第3次例行大修时，管外壁减薄程度较轻，但在第4次例行大修时发现管外壁减薄程度加深,在2010年5月第5次例行大修时发现部分钛管外壁减薄现象相当明显.各机组凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布的最外侧。据专业人员介绍,大修后对缺陷管抽管检查后发现，管壁减薄主要集中在支撑板处，减薄位置和减薄程度各不相同.如果让异常减薄缺陷管继续运行,有可能引起管穿孔的泄漏事件. 2。背景描述 凝汽器是大型汽轮机循环设备中的重要环节.其中的冷凝管起到将蒸汽凝结成水的作用，是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦发生破损将导致冷却水泄露并污染循环水,从而会对整个系统的正常运行造成严重影响.因此冷凝管的选材质量决定了凝汽器的安全可靠性与使用寿命。工业纯钛作为冷凝管最常用的材料,具有良好的力学性能与耐蚀性能。在复杂运行工况下,纯钛材料仍有可能发生磨损、腐蚀等常见的材料失效现象，引发冷凝管破损并导致冷却水泄露并污染循环水，由此对凝汽器的正常运行带来安全隐患。若不找到这一过早失效的真正起因,并采取有效的防护措施,最终必将导致钛管泄漏，不但经济损失巨大,甚至有可能引发重大安全事故. 国内关于凝汽器钛管的案例的产生原因大致可分为以下几类: 第一类，由于相关方面施工建造时就存在不当操作或不当设计导致运行中出现落物砸伤或凝汽器自身运行故障。如国华太仓发电超临界机组发生凝汽器钛管泄露导致冷凝水水质不合格，其原因在于上部低压加热器表面隔板未按规定安装，导致隔板掉落砸伤引起泄露。再如未充分考虑到钛管共振问题由于钛管本身管壁极薄(0。5mm到0.7mm），强烈的震动极易导致铁管破裂引起泄露,这点在宝钢电厂与大亚湾核电站的运行中已经得到了证实此外还存在着钛管板间焊接质量不
失效分析简介 失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 先紅岌生 ________ L] ______ 虹血工和圍段历史氓谒假查矗建界号析 确走失钱匝因 摄出出谴措吨 逆持生产粤弱 图1失效分析流程各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析
PCB乍为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。 图2 PCB/PCBA 失效模式爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。 常用手段 无损检测：外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM佥测，红外热成像表面元素分析：扫描电镜及能谱分析（SEM/ED）显微红外分析（FTIR）俄歇电子能谱分析（AES X射线光电子能谱分析（XPS二次离子质谱分析（TOF-SIMS 热分析：差示扫描量热法（DSC热机械分析（TMA热重分析（TGA动态热机械分析（DMA导热系数（稳态热流法、激光散射法）电性能测试：击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移破坏性能测试：染色及渗透检测 2电子元器件失效分析
电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元 器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 I 图3电子元器件 失效模式 开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等 常用手段 电测：连接性测试电参数测试功能测试无损检测：开封技术（机械开封、化 学开封、激光开封）去钝化层技术（化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层）微区分析技术（FIB、CP制样技术：开封技术（机械开封、化学开封、激光开封）去钝化层技术（化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层）微区分析技术（FIB、CP显微形貌分析：光学显微分析技术扫描电子显微镜二次电子像技术表面元素分析：扫描电镜及能谱分析（SEM/EDS 俄歇电子能谱分析（AESX射线光电子能谱分析（XPS二次离子质谱分析（SIMS 无损分析技术：X射线透视技术三维透视技术反射式扫描声学显微技术（C-SAM 3金属材料失效分析 随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业、科技以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，因此金属材料的质量应更加值得关注。
MADE IN 307 1.失效：各类机电产品的机械零部件、微电子元件和仪器仪表等以及各种金属及其它材料形成的构建都具有一定的功能，承担各种各样的工作任务，如承受载荷、传递能量、完成某种规定的动作等。当这些零件失去了它应有的功能是，称为失效。 2.零件时效的三种情况：（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，部分失去功能，虽能工作，当不能完成规定功能。（3）零件能工作，也能完成规定功能，但继续使用时不能确保安全可靠性。 3.失效分析的任务：找出失效的模式和原因，找出纠正和预防失效的措施。 4.失效分析的分类：按失效分析工作进行的时序和主要目的，可分为事前分析、事中分析、事后分析。 5.失效分析的意义：（一）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）质量恶劣、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（二）失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高（三）失效分析有助于分清责任和保护用户利益（四）失效分析是修订产品技术规范及标准的依据（五）失效分析对材料科学与工程的促进作用，主要包括（1）材料强度与断裂（2）材料开发与工程应用。 6.机械零件失效形式按产品失效的形态进行分类为过量变形、断裂及表面损伤。一般情况，也习惯的将工程结构件的失效分为断裂、磨损与腐蚀三大类。 7.失效的来源：（1）设计的问题（2）材料选择上的缺点（3）加工制造及装配中存在的问题（4）不合理的服役条件 8.影响应力集中与断裂失效的因素：（1）材料力学性能的影响（2）零件几何形状的影响（3）零件应力状态的影响（4）加工缺陷的影响（5）装配、检验生产缺陷的影响。 9.降低应力集中的措施：（一）从强化材料方面降低应力集中的作用（1）表面热处理强化（2）薄壳淬火（3）喷丸强化（4）滚压强化（二）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。 10.切削加工残余应力与切削工具、切削工艺参数、被切削材料及冷却条件有关。 11.消除和调整残余应力的方法：（1）去应力退火（2）回火或自然时效处理（3）机械法，锤击处理和振动时效 12.材料的失效形式大致可分为三种：脆断、剪断、屈服 13.相关性分析的思路及方法：（1）按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法（2）根据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（指将人、机器设备、环境介质和管理作为一个统一的系统来分析）操作人员，环境，设备，管理情况的分析 14.失效分析的步骤：（1）现场调查（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（7）撰写失效分析报告 15.腐蚀产物的去除方法有：化学法、电化学法及干剥法 16.断口分析的任务：（1）确定断裂的宏观性质（2）确定断口的宏观形貌（3）查找裂纹源区的位置及数量（4）确定断口的形成过程（5）确定断裂的微观机制（6）确定断口表面产物的性质 17.过载断裂失效断口的一般特征：断口的“三要素”纤维区、放射区、剪切唇 18.影响过载断裂失效特征的因素：（1）材料性质的影响（2）零件形状与几何尺寸的影响（3）载荷性质的影响（4）环境因素的影响 19.低温脆断的条件及影响因素：（1）只有冷脆金属才会发生低温脆断（2）环境温度低于材
失效分析 1. 简介 失效分析是一种通过分析故障、问题或失效现象的产生原因，以及找出解决方案的过程。在各个领域中，失效分析都扮演着重要的角色，例如工程、生产、质量控制等。通过深入分析失效的根本原因，可以采取相应的措施来防止或最小化类似问题的发生。 2. 失效分析的步骤 失效分析通常包括以下几个步骤： 2.1 定义失效 首先，需要明确失效是指什么。失效可以是设备损坏、系统崩溃、产品质量下降等。明确失效的定义有助于准确地分析失效的原因。
2.2 收集数据 收集与失效有关的数据是失效分析的重要步骤。可以从多 个渠道收集数据，例如实验记录、监测数据、用户反馈等。越多的数据可以提供越多的线索，有助于找出失效的原因。 2.3 制定假设 根据数据分析的结果，制定可能的假设。假设可以是设备 部件故障、材料质量问题、设计缺陷等。制定假设有助于后续的实验和测试。 2.4 实验和测试 根据制定的假设，进行实验和测试来验证假设的准确性。 实验和测试可以采取多种方式，例如观察现象、模拟实验、实际操作等。实验和测试的结果可以提供重要的线索来揭示失效的原因。 2.5 分析结果 分析实验和测试的结果，根据数据来判断失效的根本原因。分析结果需要进行逻辑推理和综合判断，尽可能地排除其他无关因素，确保结果的准确性。
2.6 提出解决方案 根据失效分析的结果，提出解决方案来解决失效问题。解 决方案可以包括更换故障部件、改进材料质量、修改设计等。解决方案应该能够解决失效问题，并预防类似问题的再次发生。 3. 失效分析的工具和方法 失效分析可以利用多种工具和方法来辅助分析。以下是一 些常用的工具和方法： 3.1 五为法 五为法是一种常用的故障分析方法，它通过观察和思考， 逐步深入发现问题的根本原因。五为法的五个为分别是：什么原因、为什么原因、为何出现这种原因、为何会出现这种问题、为什么这个问题会存在。 3.2 5W1H法 5W1H法是一种快速定位问题的方法，它通过回答问题的 六个要素（What，Why，When，Where，Who，How），来帮助分析问题的具体情况和原因。
实验序号：7 实验项目名称：金属材料的失效分析 一、实验目的及要求 1.了解失效分析的意义、目的 2..熟悉失效分析的类型及分析思路 3.利用显微镜对失效试样进行断口失效分析 二、实验设备（环境）及要求 金相显微镜、体式显微镜、抛光机、实验样品。 三、实验内容与步骤 ㈠实验内容 1.失效分析的目的 ⑴防止同类失效现象重复发生 ⑵失效分析是机械产品设计、制造的依据 ⑶消除隐患，确保产品安全可靠 ⑷失效分析可以提高产品的信誉 2.失效的形式及其类型 失效的分类比较复杂，按其失效机理将失效分为：断裂失效；变形失效；磨损失效；腐蚀失效等四种类型。 ⑴断裂失效 断裂是指金属或合金材料或机械产品在力的作用下分成若干部分的现象。它是个动态的变化过程，包括裂纹的萌生及扩展过程。 断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。 断裂失效类型有如下几种：①解理断裂失效；②韧窝破断失效；③准解理断裂失效；④疲劳断裂失效；⑤蠕变断裂失效；⑥应力腐蚀断裂失效；⑦沿晶断裂失效；⑧液态或固态金属脆性断裂失效；⑨氢脆断裂失效；⑩滑移分离失效等。 ⑵变形失效 所谓变形通常是机械构件在外力作用下，其形状和尺寸发生变化的现象。从微观上讲是指金属材料在外力作用下，其晶格产生畸变。若外力消除，晶格畸变亦消除时，这种变形为弹性变形；若外力消除，晶格不能恢复原样，即畸变不能消除时，称这种变形为塑性变形。 变形失效是指机械构件在使用过程中产生过量变形，即不能满足原设计要求时变形量。一般情况下将变形失效分为弹性变形失效和塑性变形失效两种。弹性变形失效将使机械构件表面不留任何损伤痕迹，仅是金属材料的弹性模量发生变化，而与机械构件的尺寸和形状无关；塑性变形失效将导致机械构件表面损伤，其机械构件的形状与尺寸均发生变化。 ⑶磨损失效 磨损是摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑而不断损伤的现象。 磨损失效是指由于磨损现象的发生使机械零部件不能达到原设计功效，即不能达到原设计水平。 磨损失效的类型有：①粘着磨损失效；②磨粒磨损失效；③腐蚀磨损失效；④变形磨损失效；
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。 5、疲劳断裂一般是穿晶断裂。 疲劳的研究可归纳为宏观和微观二方面：宏观方面从分析疲劳应力或应变着手，研究疲