失效分析复习材料

失效分析复习材料弟一章

1、失效当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效失效的三种情况

（1）零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等而彻底丧失其功能；

（2）零件在外部环境作用下，部份的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等；

（3）零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性

2、失效分析Failure Analysis:通常是指对失效产品为寻觅失效原因和预防措施所进行的一切技术活动就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因第二章

1、失效的主要形式及原因序号失效类型失效形式直接原因1过量变形失效a.扭曲（如花键）b,拉长（如紧固件）c・胀大超限（如液压活塞缸体）d.高低温下的蠕变（如动力机械）e.弹性元件发生永久变形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断裂失效一次加载断裂（如拉伸、冲击、持久等）由于载荷或者应力强度超过当时材料的承载能力而引起环境介质引起的断裂（应力腐蚀、氢脆、液态金属脆化，辐照脆化和腐蚀疲劳等）由于环境介质、应力共同作用引起的低应力脆断疲劳断裂低周疲劳，高周疲劳弯曲、扭转、接触、拉-拉、拉-压、复合载荷谱疲劳与热疲劳，高温疲劳等由于周期（交变）作用力引起的低应力破坏3表面损伤失效磨损主要引起几何尺寸上的变化和表面损伤（发生在有相对运动的表面）主要有粘着磨损和磨粒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氧化腐蚀和电化学腐蚀，冲蚀，气蚀，磨蚀等局部腐蚀和均匀腐蚀环境气氛的化学和电化学作用引起

2、失效的来源设计问题;材料选择上的缺点;加工创造及装配中存在的问题;不合理的服役条件

3、残存应力的产生

（1）热处理残存应力

（2）焊接残存应力

（3）表面化学热处理引起的残存应力

（4）电镀引起的残存应力

（5）切削加工残存应力

（6）铸造残存应力

4、残存应力影响对静强度的影响；对硬度的影响；对疲劳强度的响（普通，当承受交变应力的构件存在压缩残存应力时，构件的疲劳强度提高；当存在拉伸残存应力时，构件的疲劳强度下降）；对脆性破坏和应力腐蚀开裂的影响

5、消除残存应力的方法

（1）去应力退火

（2）回火或者自然时效处理

（3）加静载（或者动载）

（4）火焰烘烤法第三章

1、材料失效分析的步骤1，调查失效事件的现场2,采集背景材料3,深入研究分析4,综合归纳所有信息并提出初步结论5,重现性试验或者证明试验6,确定失效原因并提出建议措施7,写出分析报告等内容

2、不同断口的处理方法

（1）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伤断口表面；

（2）对于断后被油污染的断口，要进行子细清洗（3在潮湿大气中锈蚀的断口（4在腐蚀环境中断裂的断口，在断word格式■可编辑■感谢下载支持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者穿晶，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，时常可见到裂缝以及半椭圆形方式自材料外围以一处或者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，并且在其裂缝发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者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？对照分析腐蚀疲劳破裂、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会萃而形成氢份子，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者氧离子扩散至气体/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磨擦破裂热震破裂12高温破坏的预防措施有哪些？答

一、高温氧化的预防措施L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，包括材料成份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；提高疲劳裂纹门坎值的长度12磨损失效的预防措施1）改进结构设计机创造工艺；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）表面处理填空

1.常见的断裂分类有1）根据断裂时变形量的大小，将断裂失效分为两大类，即脆性断裂和延性断裂2）按裂纹走向与金相组织的关系，将断裂失效分为穿晶断裂和沿晶断裂3）按断裂机制与形貌将断裂失效分为1）按断裂机制进行分类，分为微孔型断裂、解理型（准解理型）断裂、沿晶断裂及疲劳型断裂等2）按断口的宏观形貌分类，分为纤维状、结晶状、细瓷状、贝壳状及木纹状，人字形、杯锥状等3）按断口的微观形貌分类，分为微孔状、冰糖状、河流花腔、台阶、舌状、扇形花腔、蛇形花腔、龟板状、泥瓦状及辉纹等4）按加工工艺或者产品类别对断裂进行分类1）按加工下艺分类，有铸件断裂、锻件断裂、磨削裂纹、word格式-可编辑-感谢下载支持焊接裂纹及淬火裂纹等2）按产品类别分类，有轴们断裂齿轮断裂、连接件断裂压力容器断裂和弹簧断裂等

2.失效分析可分为事前分析、事中分析和事后分析

3.腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等

4.解理断裂的微观形貌特征主要是河流花腔及解理台阶，除此之外尚有舌状花腔、鱼骨状花腔、扇形花腔及羽毛花腔等以及珠光体解理

5.典型的疲劳断口的宏观形貌结构可分为疲劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的发展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域

二、判断

1.缩孔由于金属从液态至固态的凝固期间，产生的收缩得不到充分补缩，使铸件在最后凝固部位形成具有粗糙的或者粗晶粒表面的孔洞，普通呈倒锥形

2.点腐蚀惟独在特定的介质中才干发生点腐蚀当介质中的氯离子和氧化剂（如溶解氧）同时存在时，容易发生点腐蚀、大部份设备发生的点腐蚀失效都是氯化物和氯离子引起的

3.晶间腐蚀某种材料是否发生晶间腐蚀取决于材料/介质体系的特征在这种体系中，材料的晶界区域比晶粒本体的溶解速度大，所发生的腐蚀即为晶间腐蚀惟独那些能使不锈钢的晶界呈现活化状态，而晶粒呈现钝化状态的介质环境，才会发生晶间腐蚀金属发生晶间腐蚀后，在宏观上几乎看不到任何变化，几何尺寸及表面金属光泽不变，但其强度及延伸率显著降低

4.在普通情况下，当应力较小、腐蚀介质较弱时，应力腐蚀裂纹多呈沿晶扩展；相反，当应力较大、腐蚀介质较强时，应力腐蚀裂纹通常是穿晶扩展

5.微孔型断裂的宏观表现宏观塑性的微孔断裂（提高材料的塑变抗力防止）、宏观脆性的微孔断裂（提高材料的断裂韧度）

6.冷脆金属低温脆断断口的宏观特征结晶状，并有明显的镜面反光现象冷脆金属低温断裂断口的微观形貌具有典型的解理断裂特征河流花腔、台阶、舌状花腔、鱼骨花腔、羽毛状花腔、扇形花腔等

7.准解理断裂从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的马氏体组织，回火温度低，易产生此类断裂为了防止此类断裂，最有效的办法就是提高钢材的抗低温脆断的能力，即降低钢材的脆性转折温度

三、名词解释

1.第一类内应力是指存在于整个物体或者在较大尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在O.lnun以上；第二类内应力是指在晶粒大小尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸为10（-1）-10（-2）mm;第三类内应力是在原子尺度范围保持平衡的应力，尺寸为10（-3）-10（-6）mm.

2.断口的宏观分析是指用肉眼或者放大倍数普通不超过30倍的放大镜及实物显微镜，对断口表面进行直接观察和分析的方法

3.应力腐蚀开裂是在静拉应力作用下金属的腐蚀破坏

4.接触疲劳材料表面在较高的接触压应力作用下，经过多次应力循环，其接触面的局部区域产生小片或者小块金属剥落，形成麻点或者凹坑，最后导致构件失效的现象

5.石墨化脆性含硅高的碳素工具钢或者弹簧钢，经热处理后，常浮现硬度不足，加工表面粗糙度大，或者在使用中脆断其断口普通呈黑灰色，无金属光泽，并可见石墨夹杂物或者石墨碳颗粒，这种现象称石墨化脆性

四、简答

1.失效的来源1）设计的问题2）材料选择上的缺点3）加工创造及装配中存在的问题4）不合理的服役条件

2.断口处理措施1）在干燥大气中断裂的新鲜断口，应即将放到干燥器内或者真空室内保存，以防止锈蚀，并应注意防止手指污染断口及损伤断口表面；对于在现场一时不能取样的零部件特别是断口，应采取有效的保护，防止零件或者断口的二次污染或者锈蚀，尽可能地将断裂件移到安全的地方，必要时可采用油脂封涂的办法保护断口2）对于断后被油污染的断口，要进行子细清洗先用汽油去除油污，然后再用丙酮、三氯甲烷、石油或者苯类等有机溶剂溶去残留物，最后用无水乙醇清洗再吹干如果仍不能去除彻底，可用蒸汽或者超声波法进一步去除3）在潮湿大气锈蚀的断口，可先用稀盐酸水溶液去除锈蚀氧化物，然后用清水冲洗，再用无水酒精冲洗并吹干4）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，这层腐蚀产物对分析致断原因往往是非常重要的，于是不能轻易地将其去掉但是，为了观察断口的形貌特征而必须去除时，应先对产物的形貌、成份及相结构进行子细的分析后，再予以去除

3.解理致断原因分析1）从材料方面考虑，通常惟独冷脆金属才干发生解理断裂2）构件的工作温度较低，即处在脆性转折温度以下3）惟独在平面应变状态下才干发生解理断裂，或者说构件的几何尺寸属于厚板情况4）晶粒尺寸粗大5）宏观裂纹的存在除此之外，加载速度大及活性介质的吸附作用都促进解理断裂的发生

4.低温脆断的条件及影响因素1）惟独冷脆金属才会发生低温脆断2）环境温度低于脆性转折温度3）构件几何尺寸较大，构件处于平面应变状态

五、分析报告失效分析的步骤

1.现场调查（I）保护现场在防止事故进一步扩展的前题下，应力求保护现场不被破坏，如果必须改变某些零件的位置，应先拍照或者做出标记

（2）查明事故发生的时间、地点及失效过程

（3）采集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口

（4）选取进一步分析的试样，并注明位置及取样方法

（5）问询目击者及其他有关人员，了解有关情况

（6）写浮现场调查报告2・采集背景材料

（1）设备的自然情况，包括设备名称，出厂及使用日期，设计参数及功能要求等

（2）设备的运行记录，要特殊注意载荷及其波动，温度变化，腐蚀介质等

（3）设备的维修历史情况

（4）设备的失效历史情况

（5）设计图样及说明书、装配程序说明书、使用维护说明书等

（6）材料选择及其依据⑺设备主要零部件的生产流程

（8）设备服役前的经历，包括装配、包装、运输、储存、安装和调试等阶段

（9）质量检验报告及有关的规范和标准在进行一项失效分析工作时，现场调查和采集背景材料是至关重要的，可以说是前提和根本通过现场调查和背景材料的分析、归纳,才干正确地制定下步的分析程序因此，作为失效分析工作，必须重视和学会掌握失效设备（构件）相关的各种材料有时,由于各种原因，分析人员难以到失效现场去，这样就必须明确地制定需要采集材料的内容，由现场工作人员采集采集背景材料时应遵循实用性、时效性、客观性以及尽可能丰富和完整等原则

3.技术参里复验1）材料的化学成份

（2）材料的金相组织和硬度及其分布

（3）常规力学性能

（4）主要零部件的几何参量及装配间隙

4.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，断裂源）

（2）断口的宏观分析及微观形貌分析（常用扫描电子显微镜）

（3）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位素、x射线、超声波等）

（4）表面及界面成份分析（俄歇能谱等）

（5）局部或者微区成份分析（辉光光谱、能谱、电子探针等）

（6）相结构分析（X射线衍射法）

（7）断裂韧度检查，强度、韧性及刚度校核

5.综合分析归纳，推理判断提出初步结论word格式■可编辑-感谢下载支持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，去伪存真、由表及里地分析后，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

6.重现性试验或者证明试验为了验证所得结论的可靠性，对于重大事件，在条件允许的情况下，应进行重现性试验或者对其中的某些关键数据进行证明试验如果试验结果同预期的结果一致，则说明所得结论是正确的，预防措施是可行的否则，尚需做进一步分析应该注意在进行重现性试验时，试验条件应尽量与实际相一致快速试验得出的结果在与实际对照时，应进行合理的数学处理，而不应简单放大或者直接应用重点

7.撰写失效分析报告机械产品的失效分析报告通常应包括如下内容1概述首先介绍失效事件的自然情况事件发生的时间、地点，失效造成的经济损失及人员伤亡情况；受何部门或者单位的委托；分析的目的及要求；参加分析人员情况；起比时间等2失效事件的调查结果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；当事人和目击者对失效事件的看法；失效零部件的服役史、创造史及有关的技术要求和标准3分析结果为了寻觅失效原因，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晰在这时重要的是证据而不是议论对于断裂件的分析，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、创造工艺及服役条件的评价等分析内容通常是不可缺少的4问题讨论必要时，对分析工作中浮现的异常情况、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5结论与建议结论意见要准确，建议要具体、切实可行遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题也应当写清晰但涉及到法律程序方面的问题，比如，甲方对本次失效事件负责，应赔偿乙方多少经济损失等，则不属失效分析报告的内容这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要

3、断口分析的任务:塑性断口表面通常覆盖一层腐蚀产物,裂/脆住断裂/疲劳断裂等

（1）确定断裂的宏观性质

（2）确定断口的宏观形貌纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花腔及有无射切唇等

（3）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；

（4）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，扩展的速度如何等；

（5）确定断裂的微观机制解理型/准解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；

（6）确定断口表面产物的性质断口上有无腐蚀产物或者其他产物，何种产物，该产物是否参预了断裂过程等

4、主断面的宏观判断方法所谓主断面就是最先开裂的断裂面

（1）利用碎片拼凑法确定主断面；

（2）按照“T”型汇集法确定主断面或者主裂纹；

（3）按照裂纹的河流花腔确定主裂纹

5、断裂源区的判断方法裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位

（1）利用断口上的“三要素”特征确定裂纹源区；

（2）利用断口上的“人”字纹特征确定裂纹源区；

（3）根据断口上的放射花腔确定裂纹源区；

（4）根据断口上的“贝纹”线确定裂纹源区

（5）将断开的零件的两部份相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源；

（6）根据断口上的色采程度确定裂纹源区一一氧化色（程度），锈蚀情况，油污等；

（7）断口表面的损伤情况碰撞，磨擦等；

（8）断口的边缘情况剪切唇，毛刺等

6、解理型断裂，微孔型断裂的形貌特点

（1）解理断裂解理断裂的特点解理断裂是正应力作用下金属的原子键遭到破坏而产生的一种穿晶断裂其断裂的特点是，解理初裂纹起源于晶界、亚晶界或者相界面并严格沿着金属的结晶学平面扩展，其断裂单元为一个晶粒尺寸断口形貌特征河流花腔及解理台阶

（2）微孔型断裂微孔型断裂，又叫微孔会萃型断裂，它是指塑性变形起主导作用的一种延性断裂微孔型断裂的微观电子形貌呈孔坑、塑坑、韧窝、迭波花腔在孔坑的内部通常可以看到第二相质点或者其脱落后留下的痕迹，这是区别断裂的主要微观特征第四章

1、腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的区别P192表格应力腐蚀开裂（Stress CorrosionCracking,SCO系金属在应力（残存应力、热应力、工作应力等）和腐蚀介质共同作用下，而引起的一种破坏形式在静拉应力作用下金属的腐蚀破坏，普通称为应力腐蚀开裂；而在交变应力作用下金属的腐蚀破坏，则称为腐蚀疲劳特征应力腐蚀开裂腐蚀疲劳应力条件

1、高于临界应力的静拉伸应力、压应力不产生

2、低应变速度的动应力

3、多为残存应力

1、临界值以上具有振幅的动应力（包括压应力）

2、静应力不产生

3、多为工作应力和热应力材料/介质条件

1、材料与介质普通要有特定的配合

2、容易在材料极耐全面腐蚀的介质中产生

3、温度多在50C以上

1、材料与介质没有特定的配合，任何介质中均可产生

2、介质的腐蚀性越强，越易产生

3、没有温度限制裂纹内、外介质pH值裂纹内介质pH值显著低于裂纹外整体工艺介质的pH值裂纹内介质pH值与裂纹外工艺介质的pH值相近电位条件多浮现在钝态不稳定的电位；在活化态也能产生在活化态和钝化态均能发生表面腐蚀状态普通没有明显的全面腐蚀（仅有少数例外）通常有较明显的全面腐蚀和点蚀（也有少数例外）浮现的部位多浮现在焊接部位、截面形状突变处以及造成应力集中的表面缺陷处（如键槽、点蚀坑、加工划伤等）在光滑表面上较难产生，多浮现在构件表面缺陷和形状突变处以及点蚀坑部位裂纹特征

1、宏观裂纹较平直，但多可见分叉、花纹及龟裂

2、微观裂纹普通有既有主干又有分支，裂纹的尖端较锋利

1、观裂纹常见切向和正向扩展的特征，并多呈锯齿状和台阶壮

2、微观裂纹普通没有分叉仅少数例外，较为平直、或者略呈锯齿状，裂纹尖端较钝断口形貌

1、宏观断口粗糙，多呈结晶状、层片状、放射状和山形形貌；无贝壳状花纹；

2、微观断口:穿晶形为解理或者准解理，常有撕裂棱；晶间形呈冰糖块状花腔，无辉纹浮现

1、宏观断口较平整呈现有较明显的贝壳状花纹以微观断口上可见疲劳辉纹特殊是裂纹的扩展后期，有蚀坑、蚀沟等

2、氢致断裂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

3、氢进入金属材料的途径1金属材料基体内残留的氢冶炼、焊接、熔铸2金属材料在含氢的高温气氛中加热时，进入金属内部的氢⑶金属材料在化学及电化学处理过程中，进入金属内部的氢⑷金属构件在运行过程中，环境也可提供氢

4、氢致脆断的类型1溶解在金属基体中的氢原子析出并在金属内部的缺陷处结合成份子状态，由此产生的高压，使材料变脆钢中的“白点”即属于此种类型2由环境气氛中的氢在高温下进入金属内部，并夺取钢中的碳形成甲烷，使钢变脆3固溶氢引起的可逆性氢脆机械零件通常发生的氢致断裂，普通属于此种氢脆4固溶氢引起的氢脆

5、氢致脆断的断口形貌特征1宏观断口齐平，为脆性的结晶状，表面洁净呈亮灰色；2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者鸡爪痕花腔；应力较大时也可能浮现微孔型的穿晶断裂3显微裂纹呈断续而弯曲的锯齿状4在应力集中较大的部位起裂时，微裂纹源于表面或者挨近缺口底部5对于在高温下氢与钢中碳形成CH4气泡导致的脆性断裂，断口表面具有氧化色及晶粒状6氢化物致脆断裂，也属沿晶型的在微观断口上可看到氢化物第二相质点第五章

1、疲劳断口的宏观形貌:P149图自己看书，这是画图题

2、疲劳断裂失效的普通特征疲劳断裂的突发性；疲劳断裂应力很低；疲劳断裂是一个损伤积累的过程；疲劳断裂对材料缺陷的敏感性；疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性

3、疲劳断裂原因零件的结构形状不合理；表面状态不良；材料及其组织状态；装配与联接效应；使用环境；载荷频谱

4、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；提高疲劳裂纹门坎值的长度（Kth）；第六章

1、磨损失效的类型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

（1）粘着磨损⑵磨料磨损⑶疲劳磨损⑷腐蚀磨损⑸冲蚀磨损⑹微动磨损

2、腐蚀失效的基本类型点腐蚀失效；缝隙腐蚀失效；晶间腐蚀失效；接触腐蚀失效；空泡腐蚀失效；磨耗腐蚀失效第七章金属构件加工缺陷及失效

1、铸造加工

1、冷隔冷隔是存在于铸件表面或者表皮下的不连续组织，是由两股未能相互融合的金属液流汇集所形成的不规则线性缺陷

2、气孔金属在熔融状态溶解大量气体，在冷凝过程中，绝大部份气体逸出，残存的少量气体则在金属构件内部形成气孔或者称为气泡

3、针孔溶解于合金液中的气体在凝固过程中析出时，因某种原于是残留在铸件形成的针状孔洞，是小于或者等于1毫米的小气孔

4、缩孔由于金属从液态至固态的凝固期间，产生的收缩得不到充分补缩，使铸件在最后凝固部位形成具有粗糙的或者粗晶粒表面的孔洞，普通呈倒锥形

5、疏松铸件组织不致密，存在着细小且分散的孔穴称为疏松（或者缩松）

6、夹杂物固态金属基体内的非金属物质铸件中常见的夹杂物包括耐火材料、熔渣、熔剂、脱氧产物及铸造金属氧化物等的颗粒，普通又可分为硫化物、氧化物、氮化物和硅酸盐等

7、偏析合金在冷凝过程中，由于某些因素导致的化学成份不一致称为偏析

8、热裂纹热裂纹发生在金属彻底凝固之前，在固相线附近的液固共存区，由于收缩受阻而形成的裂纹该裂纹往往延伸到铸件表面，暴露于大气之中，受到严重氧化和脱碳或者发生其它大气反应

9、冷裂纹冷裂纹发生在金属凝固之后，由于冷却时所形成的热应力、组织应力及搬运、清理、校正时的热振作用而产生

2、锻造加工

1、折叠锻件一部份表面金属折入锻件内部、使金属形成重叠层缺陷，称为折叠

2、分层锻件金属局部不连续而分隔为两层或者多层称为分层

3、锻入的氧化皮普通情况下，金属表面极易氧化，特别在锻造加热过程中，极易形成表面氧化皮

4、流线不顺锻件流线不沿零件主要轮廓外形分布，严重时会形成涡流，穿流或者紊流流线

5、裂纹锻件内部的裂纹有两种类型内部纵向裂纹和内部横向裂纹

6、过热与过烧金属坯加热温度超过始锻温度，或者在高温下长期保温，导致奥氏体晶粒迅速长大，或者终锻温度过高而剩余变形量（剩余锻造比）又小，这时高温引起的晶粒长大，不能由剩余变形量对晶粒的破碎作用所抵消，于是形成粗晶粒组织的现象，称为过热过热钢锻件，断面粗糙灰暗，属沿晶断裂，高速钢锻件，断口晶粒粗大，有金属光泽，属穿晶断裂锻件加热温度接近熔点温度，或者长期在氧化性气氛的高温炉中保温，不仅使奥氏体晶粒极其粗大，而且炉中的氧以原子形式渗入晶界处，使Fe,S等元素氧化，形成低熔点的氧化物或者共晶体，造成晶界早期熔化，破坏了晶粒间的联系，这种现象称为过烧或者烧毁过烧的钢在锻造时一触即裂，裂口宽大，裂纹沿晶扩展，两侧严重氧化脱碳，沿晶界形成网状氧化物夹杂及脱碳组织

2、

3、焊接加工

1、焊接裂纹焊接裂纹是指焊件在焊接或者焊后的退火、存放、装配，使用过程中产生的各种裂纹，它是焊接缺陷和焊接应力共同作用的结果

2、气孔溶入熔池焊缝金属中的气体（C

02、H

2、N

2、水蒸汽等）,在金属凝固前未来得及逸出，而在焊缝金属表面或者内部形成的孔穴称气孔

3、夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属内部或者熔合线上的熔渣或者非金属夹杂物4焊缝成形不良不良的焊缝外形包括有焊瘤、咬边和焊缝外形尺寸不符合要求等

5、未填满焊缝金属不足，沿焊缝长度方向在焊缝表面形成的连续或者断续沟槽

6、未焊透未焊透是指母材与母材，熔敷金属与熔敷金属，母材与熔敷金属之间局部未熔化的现象

7、过烧特征金属强烈氧化，在电极周围有金属熔化的痕迹，有蜂窝孔和较大的外部飞溅（PS:以上第七章内容为一必考大题，需要总结，用重点回答）

4、热处理

1、氧化、脱碳所谓氧化是材料中的金属元素在加热过程中与氧化性气氛（氧、二氧化碳、水蒸气等）发生作用，形成金属氧化物层（氧化皮）的一种现象所谓脱碳是钢铁材料在加热过程中表层的碳与加热介质中的脱碳气体（氧、氢、二氧化、水蒸汽等）相互作用而烧损的一种现象

2、内氧化内氧化是合金内部沿晶界形成氧化物相或者脱碳区的现象发生内氧化的构件，其断口呈粗糙状，或者沿晶形成黑色的氧化物状3,淬火裂纹

5、机加工1,表面粗糙2,深沟痕3,鳞片毛刺4,加工精度不符要求5,表面机械损伤6,切削变形及裂纹7,加工过小第八章（自己看书，考试案例内容为第2,4,6,8,10节其中一个）齿轮疲劳开裂分析过早断裂，与载荷有关，与材料有关，与环境有关载荷有无异常；材料有无问题夹杂、组织状态等；环境有无腐蚀性介质1齿轮开裂形态2断口分析开裂面呈现枯木状撕裂形态，其上有许多块状碎裂的夹杂物以及二次裂纹；断口上难以观察到明显的疲劳断裂形成的疲劳条痕，只在局部晶粒上有类似与疲劳条痕的断裂形态，在二次裂纹部位可以观察到裂纹内有较多的碎块状夹杂，两侧晶粒有明显的磨擦痕迹，断面边缘也有明显的磨损挤压形态3材质分析齿轮齿面的组织形态特征与心部基本相同组织中有较大的夹杂物和铸造缺陷word格式■可编辑-感谢下载支持

（1）齿轮表面特别是齿根部位硬度偏低一方面齿根部要承受齿轮运转中轮齿啮合时的较大弯曲应力；另一方面，齿轮啮合时表面产生较严重的磨损和接触疲劳，形成齿面上的剥落坑，使得齿轮在传动过程中产生冲击和较大的振动低硬度的齿根不能承受这样的载荷，疲劳裂纹即从轮齿根部形成并扩展

（2）粗大的铸态组织和夹杂物以及钢中的铸造缺陷提高了裂纹的扩展速率，导致疲劳裂纹快速扩展，加速了断裂过程

（3）从齿轮齿面磨损和剥落坑形态以及断齿的疲劳区与最后瞬断区的比例可以看出，齿轮的实际运行载荷较大，为裂纹的形成和扩展提供了力学条件4分析结论

（1）齿轮的断裂属于疲劳断裂，疲劳裂纹起源于齿沟根部齿轮齿沟根部承受最大的交变应力，当材料疲劳强度不足以承受载荷作用力时，即发生疲劳性质的断裂

（2）齿轮材料存在较严重的组织缺陷，有铸造缺陷和较大尺寸的夹杂物，这使得材料的疲劳抗力降低

（3）齿面硬度相对较低，导致齿轮在传动过程中齿面形成严重磨损，在接触应力作用下，齿面形成接触疲劳损伤

4、建议

（1）按照齿轮使用条件合理选择齿轮用材料和处理工艺，保证足够的齿面硬度和良好的组织状态

（2）对齿轮运转状况进行全面测试，以获得齿轮运行状况的具体数据，为齿轮的设计、加工提供依据（注本题不能像上面那样答因为考试所提供的信息不完整最好参考第三章的材料失效分析的步骤）

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，并防止或者减少断裂事故发生；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，其次判断如何破坏，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、断口成份分析；d、其他相关检测e、判断破坏机制；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？金属的彻底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L破坏成份分析有那几种？破坏成份分析有什么意义？答a表面分析（分析深度小于5nin）；次表面分析（分析深度小于lOOOnm）；本体成份分析（材料内部化学成份）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份分析技术以确定材料破坏的真正机制其中本体成份分析是为了确定材料选用是否有误而进行的

2.表面成份分析仪器有哪几种？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word格式■可编辑-感谢下载支持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份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份深度分析

3.次表面成份分析仪器有哪几种？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bx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，由此可进行成份定性分析，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彻底破坏或者破坏初期，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？对照起优缺点，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、超声波探伤法各种方法优缺点对照如下方法优点缺点渗透检测法成本低、设备可携带、操作简单需彻底清理表面、无法测知缺陷深度、对紧密缺陷的检测有艰难涡流检测法可自动化快速检测检测深度小、信号分析需训练磁粉探伤法对密切缺陷灵敏、检测速度快、成本低只限于顺磁材料、检测后需去磁射线透视法可提供永久记录、对密度变化检测灵敏灵敏度随厚度增加而降低、横向缺陷无法检测、具有放射性成本高超声波探伤法检测快速、设备可携带、可自动化需使用液体介质、信号分析需训练、对复杂组件检测艰难

6.机械力破坏类型有哪两种？什么是恒力破坏？什么是疲劳破坏？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者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L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.残存应力按不同的分类方法分别有哪几种形式？答

（1）按应力相互作用或者平衡范围分类

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，焊接残存应力，切削加工残存应力，热处理残存应力，镀层残存应力，表面硬化残存应力

（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存应力，工艺残存应力，

（5）按存在的长短分类暂时残存应力，永久性残存应力

（6）按物理学分类热残存应力，相变残存应力，加工残存应力

10.残存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。