日常工作和生活中，金屬材料幾乎無(wú)處不在——從精密的航天發(fā)動(dòng)機(jī)零件，到我們每天乘坐的電梯導(dǎo)軌；從智能手機(jī)內(nèi)部的精密結(jié)構(gòu)件，到橫跨江河的鋼結(jié)構(gòu)大橋。然而，這些金屬部件偶爾也會(huì)“生病”，甚至突然“罷工”。金屬失效分析，正是這樣一門(mén)為金屬部件“問(wèn)診治病”的關(guān)鍵技術(shù)。

 一、 失效形式

材料在各種工程應(yīng)用中的失效模式主要由斷裂、腐蝕、磨損和變形等組成，其中斷裂失效的危害性最大。

• 斷裂失效：材料在斷裂之前產(chǎn)生顯著的宏觀(guān)塑性變形的斷裂稱(chēng)為韌性斷裂失效；材料在斷裂之前沒(méi)有發(fā)生或很少發(fā)生宏觀(guān)可見(jiàn)的塑性變形的斷裂稱(chēng)為脆性斷裂失效；材料在交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的周期后所發(fā)生的斷裂稱(chēng)為疲勞斷裂失效。 

• 腐蝕失效：腐蝕是材料表面與服役環(huán)境發(fā)生物理或化學(xué)的反應(yīng)，使材料發(fā)生損壞或變質(zhì)的現(xiàn)象，當(dāng)材料發(fā)生的腐蝕使其不能發(fā)揮正常的功能時(shí)則稱(chēng)為腐蝕失效。腐蝕有多種形式，有均勻遍及材料表面的均勻腐蝕和只在局部地方出現(xiàn)的局部腐蝕。局部腐蝕又分為點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕疲勞等。 

• 磨損失效：當(dāng)材料表面相互接觸或材料表面與流體接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于物理和化學(xué)的作用，材料表面的形狀、尺寸或質(zhì)量發(fā)生變化的過(guò)程，稱(chēng)為磨損。由磨損而導(dǎo)致構(gòu)件功能喪失，稱(chēng)為磨損失效。磨損有多種形式，其中常見(jiàn)粘著磨損、磨料磨損、沖擊磨損、微動(dòng)磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。 

• 變形失效：當(dāng)應(yīng)力或溫度引起材料可恢復(fù)的彈性變形大到足以影響裝備正常發(fā)揮預(yù)定的功能時(shí)，就出現(xiàn)彈性變形失效；當(dāng)受載荷的材料產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形大到足以影響裝備正常發(fā)揮預(yù)定的功能時(shí)，就出現(xiàn)塑性變形失效。

二  分析流程

1. 金屬材料外觀(guān)檢驗(yàn)：通過(guò)對(duì)材料、零部件或設(shè)備的外觀(guān)進(jìn)行檢查，可以初步了解其損壞的程度和位置，為后續(xù)分析檢測(cè)提供基礎(chǔ)。

 2. 金屬材料無(wú)損探傷檢測(cè)：無(wú)損探傷檢測(cè)可以幫助人們了解金屬材料或零部件的內(nèi)部損傷、缺陷等問(wèn)題。常見(jiàn)的無(wú)損探傷檢測(cè)方法包括超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、射線(xiàn)照相檢測(cè)、渦流探傷等。

3. 金屬材料力學(xué)性能測(cè)試：包括拉伸試驗(yàn)、壓縮測(cè)試、硬度測(cè)試和沖擊韌性測(cè)試、彎曲試驗(yàn)等，測(cè)定材料的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊韌度、硬度等力學(xué)性能，可以幫助人們了解金屬材料或零部件的強(qiáng)度、塑性等性能 。

4. 金屬材料化成分分析：利用X射線(xiàn)和熒光分析、能譜分析、俄歇分析、電子探針、離子探針、激光探針等方法，對(duì)金屬的表面或內(nèi)部的成分進(jìn)行分析和研究，了解其成分組成。

5. 金屬材料金相組織觀(guān)察：金相組織觀(guān)察可以幫助人們了解金屬材料或零部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織形貌。包括宏觀(guān)檢驗(yàn)和微觀(guān)檢驗(yàn)，檢查是否有宏觀(guān)缺陷、組織特征是否符合加工工藝、裂紋特征、裂紋兩側(cè)組織、非金屬夾雜等。

6. 微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析：借助顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、俄歇電子能譜儀、離子探針、X射線(xiàn)衍射儀等設(shè)備，觀(guān)察金屬材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，分析其晶體結(jié)構(gòu)、成分分布等。
7. 腐蝕試驗(yàn)：模擬金屬構(gòu)件在實(shí)際使用中的環(huán)境條件，觀(guān)察其腐蝕速率、腐蝕形態(tài)等，評(píng)估其耐腐蝕性能，常用的方法包括鹽霧試驗(yàn)和浸泡試驗(yàn)。

綜上所述，失效分析是一個(gè)系統(tǒng)性、綜合性的工作，它涉及到材料科學(xué)、力學(xué)、制造工藝、使用環(huán)境等多個(gè)方面。通過(guò)失效分析，我們可以深入了解材料失效的本質(zhì)和原因，為改進(jìn)材料性能、提高裝備可靠性提供有力的技術(shù)支持。

三 失效分析意義


1 預(yù)防事故發(fā)生

通過(guò)分析已發(fā)生的失效，預(yù)防可能發(fā)生的重大事故；

2 改進(jìn)生產(chǎn)工藝

找出問(wèn)題根源，從設(shè)計(jì)、選材、制造等環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)；

3 降低成本損失

減少同類(lèi)問(wèn)題重復(fù)發(fā)生，降低維修和更換成本。