失效分析复习材料word版

失效分析复习材料 第一章 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找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;加工制造及装配中存在的问题;不合理的服役条件。 3、残余应力的产生： （1）热处理残余应力（2 ）焊接残余应力（3）表面化学热处理引起的残余应力（4）电镀引起的残余应力 （5）切削加工残余应力（6 ）铸造残余应力4、残余应力影响： 对静强度的影响 ；对硬度的影响；对疲劳强度的响（一般，当承受交变应力的构件存在压缩残余应力时，构件的疲劳强度提高；当存在拉伸残余应力时，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、消除残余应力的方法： （1 ）去应力退火（2）回火或自然时效处理（3）加静载（或动载） （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， 收集背景材料 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，要进行仔细清洗。 （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非常重要。 3、断口分析的任务： （l）确定断裂的宏观性质。 塑性断裂/ 脆住断裂/疲劳断裂等。 （2 ）确定断口的宏观形貌。纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等 （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其他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。 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 ”型汇合法确定主断面或主裂纹 ；（3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹 。 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样确定裂纹源区 ；（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分相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源；（ 6）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，油污等；（7 ）断口表面的损伤情况 碰撞，摩擦等；（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：河流花样及解理台阶。 （2 ）微孔型断裂 微孔型断裂，又叫微孔聚集型断裂，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、迭波花样。在孔坑的内部通常可以看到第二相质点或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 Corrosion Cracking, SCC）系金属在应力（残余应力、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，一般称为应力腐蚀开裂；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、多为残余应力 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、材料与介质一般要有特定的配合 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 多出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 一般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） 出现的部位 多出现在焊接部位、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，多出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、微观裂纹一般有既有主干又有分支，裂纹的尖端较锐利 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、微观裂纹一般没有分叉（仅少数例外） ，较为平直、或略呈锯齿状，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：穿晶形为解理或准解理，常有撕裂棱；晶间形呈冰糖块状花样，无辉纹出现 1、宏观断口较平整，呈现有较明显的贝壳状花纹 2、微观断口上可见疲劳辉纹（特别是裂纹的扩展后期） ，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 （3）金属材料在化学及电化学处理过程中，进入 金属内部的氢 （4）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分子状态，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，一般属于此种氢脆。（ 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（呈发纹或鸡爪痕花样） ；应力较大时也可能出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 表面或靠近缺口底部。 （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、疲劳断裂失效的一般特征：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 ；提高疲劳裂纹门槛值的长度（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（2）磨料磨损（3 ）疲劳磨损（4）腐蚀磨损（5 ）冲蚀磨损（6）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合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，绝大部分气体逸出，残余的少量气体则在金属构件内部形成气孔或称为气泡。3、针孔 溶解于合金液中的气体在凝固过程中析出时，因某种原因而残留在铸件 形成的针状孔洞，是小于或等于 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粗晶粒表面的孔洞，一般呈倒锥形。 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，一般又可分为硫化物、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分不一致称为偏析。 8、热裂纹 热裂纹发生在金属完全凝固之前，在固相线附近的液固共存区，由于收缩受阻而形成的裂纹。该裂纹常常延伸到铸件表面，暴露于大气之中，受到严重氧化和脱碳或发生其它大气反应。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。 2、分层 锻件金属局部不连续而分隔为两层或多层称为分层。 3、锻入的氧化皮 一般情况下，金属表面极易氧化，尤其在锻造加热过程中，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，或在高温下长时间保温，致使奥氏体晶粒迅速长大，或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，因而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，或长时间在氧化性气氛的高温炉中保温，不仅使奥氏体晶粒极为粗大，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(CO2、H2、N2、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熔合线上的熔渣或非金属夹杂物。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， “R”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，两侧晶粒有明显的摩擦痕迹，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。 （1 ）齿轮表面尤其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，致使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。 各种方法优缺点对比如下： 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困难 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 对紧密缺陷灵敏、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、对复杂组件检测困难 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 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、河流花样、台阶、舌状、扇形花样、蛇形花样、龟板状、泥瓦状及辉纹等。 4）按加工工艺或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、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：河流花样及解理台阶，除此之外尚有舌状花样、鱼骨状花样、扇形花样及羽毛花样等以及珠光体解理。 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粗晶粒表面的孔洞，一般呈倒锥形。 2.点腐蚀：只有在特定的介质中才能发生点腐蚀。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、大部分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。 只有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.在一般情况下，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：河流花样、台阶、舌状花样、鱼骨花样、羽毛状花样、扇形花样等。 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在较大尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在 0.1mm 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放大倍数一般不超过 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小块金属剥落，形成麻点或凹坑，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弹簧钢，经热处理后，常出现硬度不足，加工表面粗糙度大，或在使用中脆断。其断口一般呈黑灰色，无金属光泽，并可见石墨夹杂物或石墨碳颗粒，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）加工制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，应立即放到干燥器内或真空室内保存，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尤其是断口，应采取有效的保护，防止零件或断口的二次污染或锈蚀，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，要进行仔细清洗。先用汽油去除油污，然后再用丙酮、三氯甲烷、石油醚或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，因而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、成分及相结构进行仔细的分析后，再予以去除。 3.解理致断原因分析 1)从材料方面考虑，通常只有冷脆金属才能发生解理断裂。 2)构件的工作温度较低，即处在脆性转折温度以下。 3)只有在平面应变状态下才能发生解理断裂，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）只有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 （l）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，应先拍照或做出标记。 （2）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。 (4）选取进一步分析的试样，并注明位置及取样方法。 （5）询问目击者及其他有关人员，了解有关情况。 ( 6 ）写出现场调查报告。 2收集背景材料 （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，要特别注意载荷及其波动，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。 (7)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，现场调查和收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、归纳才能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收集材料的内容，由现场工作人员收集。收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）材料的化学成分。 (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）表面及界面成分分析（俄歇能谱等） 。 (5）局部或微区成分分析（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。 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比时，应进行合理的数学处理，而不应简单放大或直接应用。 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： (l）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、制造史及有关的技术要求和标准。 (3）分析结果。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、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。 (4）问题讨论。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。 (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楚。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。