失效分析的程序和步骤

10失效分析概要失效分析培训班用202311月前言2023年12月举办一个三天半的失效分析培训班的金属断裂失效分析一书。我们知道，进展失效分析，是1，找出事故缘由,分清责任所属，依法进展索赔,挽回经济损失。2，找出阅历教训，避开同类事故,改进制造水平，定立的工艺。3，供给有关资料,促进法治建设,削减资金铺张，加快建设速度。这四方面所必需的，这次失效分析培训班主要介绍如何进展失效分析，大致内容有失效分析的几种分析思路：按: 依据失效分类的分析思路依据设备或部件工作状况的分析思路依据制造工艺和部件类别的分析思路失效分析的分析程序1，现场调查2),观看，检测和检验，分析及验证，作分析结论，，提出报告，建议，及回访失效分析程序的实施设计分析程序和实施步骤失效部件的直观检验过程断裂源确实定断裂机制确实定，取样及编号检测和检验信息的纵综合，归纳,分析，得出初步结论结论的验证，写出报告，提出建议，4，常用的失效分析技术金属的显微断口分析金属及部件的疲乏失效分析腐蚀疲乏失效分析及应力腐蚀失效分析氢脆失效分析高温失效分析焊接失效分析常见部件的失效分析案例轮类用齿轮，叶轮，螺杆,轮箍各选一例轴类用曲轴，摇杆轴，前轴，连杆各选一例管道类用管道，导管方面选二例根底件类用轴承，弹簧，模具方面选三例通过培训班学习,使参与者获得肯定的失效分析素养,能具备肯定的失效分析力量，有肯定程度的失效分析技术，接触肯定数量的失效分析案例，便于开展失效分析工作。—失效的定义,统称“失效:1，产生损害,不能连续使用。2,具备产生损害的危急，不能连续使用。3即称为产生失效〔1例〕安全牢靠地连续服役，需要马上更换零件或修理。二,失效分析的目的和重要性找出事故缘由，分清责任所属，依法进展索赔，挽回经济损失。特别是有关进口商品.〔举例)找出阅历教训，避开同类事故，改进制造水平，定立的工艺〔举吉林市石油液化气贮罐爆裂之例〕,〔举零部件失效为例)产生型学科，提升科技水平，增加国家实力，节约资源本钱,〔举疲乏及氢脆为例〕次发生。由于灾难性的失效不仅经济损失很大，而且还造成严峻的人身伤亡。(断裂,腐蚀和磨损)造成的济济损失占国民经济总收入一个很大的比重.以美国为例：1982年断裂造成的损失达1190亿美元，可以避开的占53％〔631亿)，通过失效分析争论后可避开的占47％〔559亿〕.这还没有包括间接的济济损失和人身伤亡的统计。失效分析的重要性，概括地说表现在以下十个方面:1。避开事故重演，挽回巨额的济济损失；2.可以引出大量的阅历和教训，为改进设计制造工艺和使用法规供给科学依据；3。对进口设备的失效分析，可为向外商索赔供给牢靠证据或技术仲裁;4.促进“吃透”先进技术和提高技术引进的质量和效率;5。失效分析结果是修订或制订现行技术标准、规程、标准和法规的重要依据；修理工以失效分析为根底能收到良好的效果；〔〕的必要资料;8。失效分析的统计资料是制订科技开发规划和济济进展规划的重要依据之一：9.可为各级技术指挥员正确处理现场技术问题供给决断性的科学依据。10。失效分析结果可分为公安侦破供给重要线索。在生产厂中进展质量分析〔或废品分析)可收到以下五点好处：1。缩短研制品的周期;使老产品的质量得到快速地改进；有利分清责任、加强责任制，保护用户的济济利益；4。有利于开展材料代用和材料的合理使用；5。为制订合理的工艺要求、金相标准等供给依据。国际上失效分析开展的状况：,有一百多年失效分析的历史记载，有完整的失效分析体系及制度和设备，其产品性能得益也最大。其后是美国,日本,等等.介绍各国大致状况。我国失效分析开展的状况由于我国工业进展历史短，失效分析刚起步，目前进入机器设备失效的顶峰期，失效分析任重道远三失效分析的内容失效分析的内容很多，只针对失效的直接缘由进展分析的，即所谓狭义的失效分析,假设把治理的因素也包括在内,即为广义的失效分析。狭义的失效分析按失效现象消灭的前或后进展的分析。又划分为三种:事前分析、事中分析和事后分析。我们常说的失效分析多指事后的失效分析。失效学是一学科，是以很多学科和技术作为它的根底建立起来的一门的多边缘学科，展。又如机械设计的学问,能促进分析的效率和水平，而失效分析结果是属设计问题的,屡次反响能提高设计师的牢靠性设计水平。其它的也是如此.四、失效分析的思想方法所谓失效分析的思路，就是对具体失效问题要有一个比较深刻周到的思考方法。要求它所确定的程序和步骤,既严密又不繁锁，既高效率又无遗漏．保证分析动身点正确，不导致错误结论。因此,在思想方法上要求遵守并能正确运用正确的思想方法，1。五个根本原则(1〕“观念。由于一套设备在运转中某个部件失效引起“停车的部件有关,它和四周环境的条件或状态有关,它和操作人员的使用状况有关。因此，一旦失然后依据调查资料检验结果，实行“消去法于某一环境，往往对问题得不到解决.例如，某工厂生产的继电器，春天存放进仓库到秋天就觉察大批继电器的弹簧片发生沿晶界断裂，经失效分析定是氨引起的应力腐蚀开裂,但仓库里从来没有存放过能释放氨气的化学物质，因此,分析结论中的腐蚀介质还得不到证明。问题出在什么地方呢？就出在把系统局限于仓库这个小环境.后来查明，在仓库大门南面附近的田野里有一个大鸡粪堆,是鸡粪放出的氨气经春、夏的南风送进仓库，供给了应力腐蚀必要的介质,引起了损坏。假设不和更广的环境联起来，就得不出牢靠的结论来。〔2〕从现象到本质的原则现象只是分析问题入门的响导，要找到产生现象的缘由，即失效的本质问题，才能解决失效问题。例如一个断裂件,承受交变载荷,在断口上有清楚的:应如何改善?40个。因此在失效分析中不满足于找到断裂或失效机制，更重要的找到缘由的证明材料。才有助于解决问题。〔3。)动态原则这里是指设备或部件对四周的环境或条件或位置，总在那里作相对运动，部件在服役中是如此，就是存放在仓库里也如此。例如，一个部件的受力条件，环境的温度,湿度和介质这些外部条件的变化，以及部件本身的某些元素或氢有无随时间偏聚的内在变化,基至操作人员的变动，都应包括在这一原则中。上述继电器例子就是由于环境介质的变化。一分为二原则这个生疏论的原则用于失效分析，常指对进口设备不要盲目以为或漏检。找出缘由取得索赔,并把这些结果反响给有关设计部门，又可提高我们的设计水平和制造水平。纵横交汇原则 既然客观事物总是在不同的时、空范围内变化,那么同一设备在不同的服役阶段、不同环境，就具不同性质或待点。全部机电设备的失效都听从“浴盆曲线“即在服役初期和后期最易消灭失效，但在中期失效率相对地低得多。这是从设备本身来看的待点.另外,同一温度介质或外界强迫振动,在服役不同阶段的介入所起的作用也是不同的.2.五种具体方法〔1〕系统方法系统方法又称相关性方法,总体上加以考虑的方法,看失效缘由是否与设计、材质、制造、使用、维护等有关,并据此深入测试分析〔包括模拟或失效重现试验〕,查找具体失效缘由，本方法的前提和动身点整体性原则，根本特点是：从一般到个别，从普遍到待殊,从单项分析到综合联系和全都上找原因，这就是要求尽可能地搜集与全局性有关的资料和测试信息，从而确定分析系统的范围，.(2)抓主要冲突方法就是抓失效中起主要作用的因素，如断裂失效中的断裂源和断裂机理及其导致因素。〔3〕比较方法选择一个没有失效的而且整个系统能与失效统一一比照的系统，然后与失效系进展比较,从中找出差异，这样来找引起失效的缘由。〔4)同样设备同样服役条件在过去表现的状况和变化规律，来推断现在失效的可能缘由.这主要依靠过去失效资料的积存，运用归纳法和演绎法。〔5)规律方法就是依据背景资料〔设计、材料和制造的状况〕和失效现场调查材料以及分析、测试获得的信息，进展分析、比较、综合、归纳、和概括，作出推断和推论，得出可能的失效缘由。以上这些原则和方法把握程度和运用水平，打算着失效分析的速度和结论正确的程度,把握这些原则和方法,可以防止失效分析人员在生疏上主观片面性，技术运用上的局限性。在推断上实事求是，不搞无事实依据的推论，保证分析结论正确无误。五,常用的几种失效分析思路1。依据失效分类的分析思路依据失效型的分类，把它们当作数学集合中不同集合,不同子集中元素.然后个消去不包.2。依据设备或部件工作状况的分析思路首先考虑是系统失效还是部件失效是受冲击或交变应力的动载；是拉伸，扭转，剪切,还是弯曲；是大气介质还是腐蚀介质；是常温环境还是高温或低温环境。例如是静载＋腐蚀介质＋沿晶断裂(不锈钢除外〕多半是应力腐蚀开裂；假设受交变应力的动载,多数为疲乏致断，有腐蚀介质多为腐蚀疲乏；处于多因素的影响。3。依据制造工艺和部件类别的分析思路,首先考虑这些制造工艺致断的作用，依据失效统计有一半以上是由于制造工艺不当引起的。如失效件是从焊缝热影响区裂开或断开，而且工作应力又没有超过计应力，又无腐蚀条件，那么就从焊接工艺条件找缘由。其它工艺都有各自的工艺缺陷，如铸造的气孔、疏松、夹渣等，锻造的折叠、内裂等，热处理的裂纹、剩余应力等.不同部件由于受力状况不同，都有各自的失效模式.譬如，齿轮失效主要表现为断齿和齿面剥落、磨损或胶合。轴类的失效，主要表现为疲乏断；假设断口没有贝壳把戏的脆断，除原有裂纹外，可能是回火脆或迟后断裂〔氢脆〕.锅炉的失效,主要表现为爆炸和爆管事故,其缘由又多属于操作问题,其次是设计、制造问题，再次是腐蚀问题.依据这些断裂或损伤形式，再进一步依据试验室的分析找出缘由。4系统工程的分析思路一种不自觉地习惯工作法。但是，对于像化工厂、原子能发电站这样浩大、简单系统的失效分析,假设不承受失效系统工程的分析思路和方法,是根本无法进展的。在未具体介绍这方面的方法之前,先解释一下什么是系统工程.。系统工程是一门综合性的治理工程技术,综合地运用多种现代科学技术，如数学、掌握论、信息论、计算机技术，.用于工业体系的叫“工程系统工程用于企业体系的叫“经济系统工程”,用于科学争论体系的叫“科学争论系统工程”,以此类推,“效系统工程“等。失效的系统越简单就越有必要承受失效系统工程的方法，其可能产生的社会、经济效益也就越大。常用的有〔1〕故障树分析法,(2〕特征-因素图分析法,〔3〕大事时序树分析法等等六失效分析的程序和步骤利并获得正确的分析结果。这里主要介绍失效分析过程的具体做法和实施步骤。A分析程序的意义，内容和步骤.设计分析程序的重要意义这些简洁的分析程序和步骤早已成为他的工作习惯。〔如不在分析前设计一个分析程序和实施步骤就去进展分析,往往会消灭指挥忙乱，工作不能协调窝工，分析工作进展缓慢，漏取数据，走弯路,甚至把步骤弄颠倒，把应取得的信息被,损坏部件断口上的污染物,还没有经过电子探针或能谱或X一射线衍射分析,定出成分或构造，就被清洗样品给去掉了，像这样就无法挽回.又如，对失效背现场应了解哪些信息，否则就会由于遗漏调查工程屡次到现场了解状况.这多半是没有设计分析程序和实施步骤的结果。对于重大的失效事故分析，设计一个分析程序和实施步骤,不仅是为了避开忙乱少走弯路、消退漏取数据和窝工,更主要的它是失效分析周密、结论正确的保证，是重大失效分析不行少的“工序”.失效分析程序的内容和步骤有些繁琐，而对另一装置来说,某些工程又嫌过于简洁。全部这些状况，我们就按“先一般后个别”的原则来处理,在必要的地方加以补充.读者依据具体分析的对象，可以对下述的程序和步骤作必要的简化或增加.步骤的挨次也可以个别前后颠倒。既要遵守程序、步骤的标准化，又要依据分析对象的需要作某些增减。不过，一般需要遵守下述分析程序。失效分析的程序和步骤提纲(一。调查1。现场调查：〔1〕发生的时间和地点，失效经过(时间挨次〕〔2)残骸碎片与主体相对位置的分布，绘草图或照相。(3〕部件的畸变和损伤状况，绘草图或照相.目击者证词，询问工厂有关人员或其他能供给有用信息的人员.〔5〕为试验室工作考虑选取试样的部位和方法。2.收集失效部件的背景资料：〔1〕监视设备的记录和运转日记.(2〕主系统和要害部件的服役历史：①设备记录，运转条件；②维护和调整状况，有无修理状况。经销单位出售记录或报告，用户反映。3。工程设计的背景资料:(1)系统的说明书;〔2)系统或部件的功能;(3〕装配程序说明书；(4)维护程序;设计说明书；(6)设计图〔兰图)；(7〕制造程序和质量掌握程序与水平;(8〕工程设计的分析和报告.(9)质量检验报告;〔10)有关标准和标准。4。操作者的因素—人与机器的互作用,等等。5。人的效能—身体疲乏,心情等等。〔二.〕观看1。失效系统或部件的直观检验；2.折卸并供给记录文件;3。针对设计图纸校对尺寸；4.用放大镜检查；5。全部试样(金相和力学的〕选定、切取、标号、保存和清洗;6。断口的宏观和微观观看〔多用扫描电镜；7.断口四周及非损坏区的金相组织比照观看.〔三.〕探测1。无损探伤检验；化学成分分析：常规：湿法，光谱分析；〔2)局部或微区：辉光光谱，能谱，电子探针(3)外表或界面：俄歇能谱.3。x-射线衍射分析。〔四〕.测试包括硬度测量；断裂韧性测试；3。应力—强度-寿命分析；4。可检测性分析—质量掌握。〔五。)模拟试验1。失效的概率分析；2。失效机理确实定;模拟服役条件下的试验。〔六。)做分析结论对所取得的信息、数据做分析、评价：〔1)考虑信息、数据的牢靠性;〔2)提出的失效缘由应与事实全都，应与工程的物理原理全都;(3)假定的描述要证明是正确的；工程模型的描述要证明是正确的;解释推断的依据是什么？结论的依据要充分牢靠。写出有建议的报告现实性-考虑费用和可行性；(2)解释并证明建议正确.〔七。反响与回访1。把分析结果反响给设计、制造、使用等有关单位和治理部门回访失事单位，假设建议未实施应促进建议的贯彻执行。这里应当指出，凡有断口分析的工作,只有当断口观看已有结论时才能做断口四周的组织金相观看。与此无关的不损坏断口的试验都可以提前或同时进展。B分析程序和步骤的实施,避开销毁证据，不得触摸失效部件的断裂外表。在没有提出正式文件〔报告书、记述清单，照片等)之前，不得变动原始现场状况和各种物件的位置。尽快组成调查组，以最短时间赶赴现场,“百闻不如一见”目睹第一手资料。带好失效现场分析所需的简洁工具,如照相机、放大镜、绘画(装样品用)和电镜复型用的醋酸纤维素纸〔俗称AC纸)。国外已有手提式的失效问题能就地解决。七,局部程序和步骤的介绍.1。失效部件的直观检验,对颜色、途径和裂纹前缘的轮廓，对指示裂纹扩展方向的人字形把戏,结晶状断口或纤维断口，二次原有设计和加工质量等也能做出总的评价.对上述全部重要特点(包括尺寸大小)都应一一记录下来，用文字用图画或照相都可以，以能准确具体记述实际失效状况为准。为了表示颜色还必需用彩色照相.直观检验是以后进展各项失效分析的根底，是整个失效分析成功与否的分水岭。因此，格外重要，必需认真检验.直观检验的操作挨次①肉眼先观看整套装置或整个部件对失效部件应有一整体概念。②依据宏观观点确定失效件的失效属性,韧性,脆性，疲乏，磨损或腐蚀。下面我们看几张照片：从这四张照片,我们很快即可看出它们的各自断裂状况不一样,工况，断裂缘由和断裂方式。③通过追测断口断裂纹理(如放射形会聚点，半月形半径中心区，人字形把戏小尖头〕来确定断裂源。从这张照片，其断裂源.裂纹扩展方式，最终的断裂都可找到。④依据断裂特征确定加载方式〔拉、压、弯、扭等)，应力级别的相对大、小，以及应力指向。⑤断裂方式(穿晶、沿晶或混合),从而评价材料在这种环境和应力条件下的性能。力集中处的外貌，材料缺陷,制造、加工缺陷，或装配缺陷，全部这些缺陷都能供给查明失效缘由的证据，都应当在直观检验时认真检查。如下面照片所展现的，这五张照片都可以看出其断裂特征及区分。断裂源的几种识别法①碎块拼凑法将碎块依次序拼合起来(口〕,密合程序好的是后断的,而密合程序差的却是先断开的。②“T”字形法如两条裂纹相交成近90°，水平的先开开明,垂直的后开裂。由于后者被前者停顿。③多枝形法对分叉裂纹不分叉的比分叉的在先。别把它当成断口上的河流把戏来推断，两者指向相反。④人字形法钢板两边不开槽，人字小头指向断裂源，两边开槽的钢板,人字大头指向断裂源。这五张照片，是比较典型的几种指向断裂源的人字把戏⑤最小应变法断裂开后，截面积越来越小，过载越来越大，宏观变形就先小后大。因此，靠近断裂源的几乎不变形。⑥放射标记法断口上如有放射标记有切口的园钢多在外沿缺口，板材多在外表或皮下，方形或矩形型钢多在四角。⑦贝壳把戏法多在弧形半径中心〔表层或皮下).⑧切变边法不是完全脆性断裂,就有断裂切变边，表现为外外表有挂手的毛边，它的对面即为断裂源。假设板状断口，有时有锯齿，锯齿的斜面就指向断裂源.〔3〕其它宏观检验的内容①低倍酸蚀检验可得七种信息：a。内部质量〔偏析、疏松、夹杂、气孔等)；b。外表缺陷〔夹砂、斑疤、折叠等；c.内裂纹(白点、氢腐蚀、过烧等);d。钢材软硬部位的区分；e.硬部位贯穿的深度;f。流线的走向和断续状况;g。焊接质量和研磨烧伤,等等。②特别钝痕技术〔硫钝、磷钝、铅钝和氧化物钝等)显示元素在试样中的分布。③失效件的应力集中审查,与缺口、划痕、钢钝痕等是否有关。④磨损，腐蚀和振蚀的审查。2，取样及标号分析过程中所需要的全部试样，在现场调查时就应当有所打算,一旦分析程序确定后，应把取样的部位和数量确定下来。对大部件取样多用火焰切割,为此要考虑四个问题.①火焰经过的地方和热影响区,假设需要表层和内部的质量〔缺陷区要离开断口肯定距离,以便保持断口组织不转变不氧化；③切割前要做宏观照相记录，以便保存原来的图像和切取部位;④避开熔滴飞溅到断口上，用东西掩盖遮挡.取样肯定要有代表性，并记录用样部位。断口的力学性能和金相的试样,必需在断裂源四周取样,而比照试样肯定要在远离断口不受什么影响的部位取。如分析锅炉管中部开裂的背火一面取样〔当作原始组织对待。这样的比照就能通过金相组织检验来确定是材料局部碳化物成片状碳化物球化，或两者都有问题。断口要做适当地选择、标号、清洗和保存。选择是为抓住重点观看不铺张时间;标号是避开弄混断口部位。一般事故断口，常常有污染或氧化.只有在这种条件下才清洗断口。3，二次裂纹的利用当主断口受损伤或被腐蚀以至把引起断裂缘由的大局部信息都给弄模糊时这里闭合紧，氧化、腐蚀程度轻，并能保存腐蚀产物。量裂纹的宽度和长度。在一般状况下，应力腐蚀开裂的裂纹长度比开口宽度大几个数量级，这是重要数据之一。4,电子断口相检验由于光学显微镜区分率和景深小的限制,已不适合作一般断口的高倍观看。现都承受扫描电镜.电子断口分析除了能做定性方面的工作外，如断裂方式,断裂机理，还能作断裂方面的定量工作,如韧性程度的判别，裂纹扩展的速度,以及断裂历的定量描述。因此，透射与扫描电镜已是争论断裂机理的主要工具。与基体构成界面的状况也能有所了解。钢或合金中的析出相〔如碳化物)的分布，也能清楚地显示出来.如下面照片所展现的,4340Ni-Cr-Mo钢管,从飞机起落架活塞组件的套座中断裂，在钢管的下部边缘，是起始裂纹a的外表，被黑色的高温氧化物掩盖,这种氧化物明显是焊接后在热处理过程中形成的，b为疲乏裂纹増长区,断口的其余局部为c，是最终快速断裂区，前者是氧化区，晶连续裂，是高温发生开裂而来的，高温下晶间为弱区b区和a区过渡区之间拍的，留意未看到疲乏条带,或者其被碎片盖住.c区拍的，穿晶断裂，一局部是由于显微空穴聚拢,另一局部是由于准解理所致又如塑性材料的显微断裂特征—塑坑度以及材质的均匀性.假设是没有方向性的等轴塑坑,假设是鱼鳞状的拉长塑坑,不是撕开就切变断裂，前者是两个相配断口面的塑坑方向一样，后者是塑坑方向相反。塑坑坑底的方向是开裂的方向,也是断口面哪一边施力的方向。X—射线衍射分析，机械性能测试和断裂韧性测量及分析,这些步骤所需的学问和技术同志们大局部都已具备，而且都有特地书籍介绍，故本文从略。5.十三种失效机理识别提要在前面介绍的失效机理分类中,已经列出机械产品的几乎全部失效类型。现择其中常见十三种的简介如下：〔1)过量变形：凡尺寸超限〔胀大或收缩)或外形畸变〔弯曲或翘曲)。高温蠕变伸长引起的断裂也属过量变形,断口为沿晶断裂。低碳,高氧铁的室温拉伸试验断口，留意等轴韧窝含有FeO的球形质点,球状明显(2)延性断裂断口四周的外外表有明显的塑形变形，有切变边。宏观断口无金属光泽吴无结晶颗粒的灰色,纤维状断口。它的一般电子断口相为微孔聚拢型的塑坑。如有颗粒状夹杂就在坑的底部。常温为穿晶，长久高温拉断为沿晶，晶界面上有塑坑0。14％S0。04%O的铁合金断口，夹杂物和基体分开，所以没有受应力及严峻变形的影响加锰时，高氧高硫铸铁中的夹杂物，Mn(Fe)O，Mn(Fe〕S〔3〕脆性断裂主要指在空气中常温下拉伸或冲击无宏观粗放型的断裂断口较平坦有猛烈的金属光泽，有的为结晶颗粒组成的亮灰色断口。部件无明显变形,断口大局部无切变边.电子断口相为穿晶解理的河流把戏;,体心立方金属及其合金，密堆六方金属在室温多为解理脆断。假设晶界有析出物多表现为沿晶断。4130Cr-Mo843°C奥氏体化油淬，250°C224°C一大气压氢气中试验，完全晶界断裂，晶粒间有深的二次裂纹,显微空穴聚拢形成大量韧窝4130Cr-Mo843°C奥氏体化油淬，250°C224°C一大气压氢气中试验，完全晶界断裂，晶粒间有深的二次裂纹，显微空穴聚拢形成大量韧窝〔4〕疲乏断裂大多数的运动部件，材料又为韧性好的，一旦消灭断裂，断口上往往可以看到贝壳弧形线把戏.而高倍却不肯定消灭疲乏纹，也不要把一次拉伸的片状珠光体断纹，但仍旧是交变应力致断的疲乏断裂.这些状况是：①疲乏纹间距≤200A,观看工具的区分本领不够(如一般的扫描电镜),可改用透射电镜观看。②裂纹尖端处的延性不够，不易产生内缩颈，不形成条纹。③导致疲乏断裂的应力类型不是张开型〔I型〕,不产生疲乏纹。④随后的断裂操作或腐蚀把疲乏纹抹掉了。5155850°C油淬,450°C回火。2600次循环后发生断裂的轮胎痕迹1020低碳钢，0.20%C，0.52％Mn 0。22%Si,3100次循环后发生断裂，造成轮胎痕迹的断口718合金室温疲乏条带，疲乏斑片，分割各疲乏斑片的台阶是清楚可见的，中心斑片内的疲乏1微米。无氧高导性铜疲乏条纹，此处裂纹生长率很高.导致了格外规章的疲乏条带1041碳钢感应淬火HRc50，疲乏断口，两条裂纹，两个源1041 碳钢感应淬火HRc50，带键槽的疲乏断口，左边一次偶然电弧触发，引起一个疲乏裂纹1039碳钢外表硬化疲乏断口,外表HRc50,心部HRc19,在贯穿入心部前外表几乎完全裂开两个断裂源1045钢制传动齿轮HRc55，感应淬火，弯曲疲乏断口，裂纹源在断口的左边缘上图的断口照片，裂源完全磨损，证明裂纹起初扩展缓慢，载荷分布很好1046碳钢曲轴，HRc25，断裂区的疲乏断口，两条裂纹1050钢疲乏断裂左．1海滩标记偏心，说明加载不平衡2HRc35,消灭棘轮标记，证明疲乏裂纹是从锋利的环沟四周很多地方开头的右，齿轮一个齿的疲乏断口,HRc55，疲乏源在锻造缺陷〔箭头〕处,有海滩标记有河流把戏硬度为HRc50，由1050钢制的浮动轴的疲乏断口，裂源在箭头处，由剪切疲乏形成小而圆海滩标记，直到最终脆性拉断1053使用732HRc513mmHRc50,根部拐角处的硬度靠近外表HRc56，11。5mm深处HRc50841生断裂,1053碳钢制造，感应淬火，硬度与前者相像，只是在齿尖以12.2mm9。5mmHRc50，箭头指出，疲乏源恰好在一个破齿下面，可能是被破齿碎片挤坏的2025-T6〔箭头处,显示出由刀痕和腐蚀坑造成的外表极端粗糙合作用被认为是裂纹产生的缘由。〔5)腐蚀疲乏断裂最显著的特点是有多个断裂萌生源，但其中一个是呈灾难性扩展.由于多数状况下裂纹起源于点蚀坑,即始终都在应力集中处，在小的缺陷处开头。这是腐蚀疲乏与应力腐蚀开裂的区分,腐蚀疲乏断口,留意裂纹尖端变钝，而二次裂纹尖端没有变钝腐蚀疲乏断口200T(6)应力腐蚀开裂这种断裂仅在受到拉应力(或低速度的动应力〕和处于特别介质中才发生.拉应力叠加一小的交变应力属腐蚀疲乏，断裂源从外表开头，点蚀坑反而不利于应力腐蚀开裂。铝合金、低碳钢、高强钢、α—黄铜等通常都是沿晶开裂或紧靠晶界一侧开裂.α-黄铜的某些开裂是沿基体与孪晶之间的界面断开的.奥氏体不锈钢是穿晶断裂,并有宏观分叉。电子断口相有扇形或羽毛形把戏.与氢脆断口的主要区分，用腐蚀产物判别,有为应力腐蚀开裂。〔7〕氢脆断裂一般多在中等应力强度因子的有氢状况下发生断裂，故氢脆多为沿晶断口。这些界面在电镜下观看多有鸡爪形的撕裂棱，或有细的凹坑.这两种是应力腐蚀开裂所没有的。4130Cr-Mo钢843°C奥氏体化油淬,250°C2小时回火24°C微空穴聚拢形成大量韧窝，典型的细撕裂棱简洁发生应力腐蚀裂纹的实例金属材料铝合金铜合金金合金镍铬铁合金铅镁合金蒙乃尔合金(Monel)镍

腐蚀介质含氧化剂的NaCl水溶液，含空气的水蒸气氨水溶液及胺蒸气，含空气的水蒸气FeCl3水溶液NaOH水溶液醋酸铅水溶液含氧化剂的NaCl水溶液〔高温)，蒸馏水熔融NaOH， HF水溶液熔融NaOH，NaOH水溶液〔沸腾状态〕碳素钢低合金钢奥氏体系不锈钢铁素体系及马氏体系的不锈钢钛

NaOH+Na2SiO3水溶液，(沸腾状态〕Ca〔NO3〕+NH4NO3+NaNO3水溶液〔沸腾状态〕HCN水溶液混合酸(H2SO4+HNO3〕水溶液,海水MgCl2，BaCl2水解成的弱酸性氯化物水溶液海水,浓的强碱水溶液(高温〕H2S水溶液〔酸性)NaOH+H2S水溶液红色发烟硝酸液态金属致脆通常是沿晶断，可以把它看成是特别类型的应力开裂,由于增加应力是相对的，Fe对Pt，CuFe都算低熔点，在高温就产生“液态”铁脆或铜脆。振蚀腐蚀断裂它和一般的磨损不同：①它发生在两个相对固定的接触面上，由振幅微小〔0。01～2.0um)的振动产生相对地来回滑动，②母材产生的碎片保存在振蚀的位置上，铝合金的碎片为墨色，钢的产物为棕色粉末.这些产物是基体金属粒子及其氧化物和它.(10〕液体侵蚀主要指气蚀和冲击侵蚀。前者的外表和皮下-吴溃疡性腐烂，外外表口小而皮下空腔大。后者为高速液滴冲击金属,表现为凹坑，口大底小。都以物理损坏为主。〔11)局部腐蚀多数失效表现泄漏。失效件表现消灭非均匀的局部腐蚀，有的表现为哪种腐蚀，随外加条件而定。〔12)磨损失效包括八种磨损(见失效分类表)面使用的性能、载荷大小、温度凹凸、滑动速度、外表光滑度和润滑方式等。失效的共同特点是外表磨损痕迹较重。(13〕高温失效包括高温疲乏,热疲乏,氧化和蠕变。断口上都有高温氧化的颜色。前者是氧化区,晶连续裂，是高温发生开裂而来的，高温下晶间为弱区至于五种制造工艺〔铸造、锻造、焊接、热处理和机械加工)所产生的各种裂纹，都直接与该工艺的缺陷相联系的。这里从略.6。全部信息的归纳、分析、评价和处理全部信息(调查的材料和证词，观看的、测试的、计算的数据和全部的照片〕给与集中、整理、分析、评价和处理，并作出初步的简明结论.在进展集中、分析时，分析人员应当对应员的训练素养和阅历，而不单凭他们的专业学问.对现场调查中,人对失效所负的责任,已有一些取证。在作失效结论时，以下人为因素是否已被排解：推断错误，技术低劣,违背命令，马虎大意,玩忽职守，领导指示错误，规定职责范围不合理，职工间的敌视或不团结，以及通讯设施低劣。这些都应加以考虑。试结果.对已经发表的同样损坏事例分析的文献要参考,对某些争论、分析得出相反的“负”结论也要重视，它可以通过争论帮助排解某些可能的损坏缘由。另一方面，如打算削减有关失效本质争论的试验必需慎重处理.由于由单一信息就得出失效缘由的判据，虽然有这种可能，但概率很小.在作最终结论之前,尽量再查找一些能使原先推断意见更坚实牢靠的补充论据,以免单一论据简洁受到盘问和疑心。为了检查按上述分析程序进展的工作有无漏洞或考虑不周的地方,可以设想一系列的问题来进展核对，帮助留意整个调研细节和试验中可能疏忽的地方，并指出哪些是关键环节,目的在于使分析工作少走弯路，小出漏洞。应避开下模棱两可的结论7.写出有建议的报告论,,后者重点在谈论。因此失效分析报告应分成以下几个重要大节，应有清楚的层次和严密的构造：一、概述失效发生的日期、时间和地点,失效的大致状况〔经济损失和伤亡状况〕.受谁托付,要求和目的。二.调查结果：处理历史。三.观看与测试结果组织与成分四。争论对任何反常状况的争论，对引起损坏缘由机理的概括，或可能失效机理的争论。五。结论与建议提出失效的起因，并提出避开将来服役中发生同样失效应实行的措施建议,或使用同样部件应实行的改进措施的建议。绍，由于他们没有时间和兴趣来钻研这些特地技术.但为了争取他们能准时作出有依据的判断，需要关键性的觉察和中肯地建议。8。回访与促进建议的贯彻。一步丰富损坏分析人员的各类现场学问。这对提高损坏分析的质量和效率是大有好处的。贯彻建议常常是一项困难的任务,一些生产厂对不常常消灭的失效不会去乐观改善.而一旦失效重现影响生产很大时，又急如星火。因此,对于关键性的失效应当设法促进建议的贯彻执行.为了进展良好的可加工部件，以及进一步的改进和提高质量,应搞争论，设计，制造效几率减到最小比例。四、结语失效分析的系统〔如机械、化工、石油、交通、能源、航空等等〕很多，它们所包括的大小部件就更名目繁多举不胜举.因此,在介绍分析思路和分析程序时尽可能搞能用的思路和程序，虽然不能做到对每种失效部件都完全适用,但绝大局部是适用的,只要读者选择前面介绍过的思路中的一种,按程序步骤逐步实施,增加某些测量数据,删去对你当前分析这桩工作是不必要测试工程。这样根本上能满足失效分析入门的要求.更高的要求，还靠大家来充实。八，金属的显微断口分析〔一)断口学概述断口学是争论金属断裂面(断口)的形态特征、形成缘由和影响因素的一门科学。依据争论尺度的不同，它又可分为宏观断口学和显微断口学两个分支。断口的性质即断裂的缘由等.如我们在前面直观检验局部所进展的那样，显微断口学(有人称为断口金相学〕则是利用光学显微镜、透射电子显微镜，尤其是扫相互补充、验证，使人们得以对断裂的全部过程有更深入和正确的了解。是说,任何断口都是由一种或几种根本显微形态或它们的变态按肯定的规律、以不同比例组合而成的。这才使我们有可能对千变万化状况下的断口形态进展分类并分别予以争论。后来又觉察,各类显微断口形态的消灭根本上对应肯定的内部或外部条件。因此，金属人们早就用光学显微镜对金属的断口作过大量的观看与分析成为显微断口学的同义词。后面将介绍的断口的显微特征及其形成机制等几乎全是近年来“电子断口学“的争论结果。从学科上来说,断口学作为断裂物理的组成局部,已成为整个断裂学科的根底之一。尤为重要的是它在国民经济和国防建设中的作用已渐渐被人们生疏.可以说,这是一门既有理论意义、又有有用价值的兴学科。以及如何利用它来进展失效分析等作一简洁介绍专著。(二〕断口的根本显微形态及其形成机制〔1)断口的分类可从不同角度或尺度〔层次)对断裂或断口进展分类.如依据断裂后宏观变形量的大小分为延性(韧性〕断口和脆性断口；依据裂纹扩展的途径分为穿晶及沿晶断口，依据断口的显微形态分为塑坑型及解理型断口等.在对材料的冶金质量进展评价时，还常依据宏观断口的外貌分为木纹状，纤维状或萘状断口等等.熟铁冲击断口，木纹状断口4140Cr-Mo钢过载断裂，韧窝穿晶快速断裂的典型，垂直标记为硫化物渣条4340NI—Cr-Mo钢,网状磨削裂纹4340，飞机水平尾翼传动筒轴,真空镀铬，裂纹由氢脆引起,飞行前检查，觉察有裂纹。不同的分类方法适应了不同的需要,而在介绍金属的显微断口形态时,我们将承受穿晶和沿晶断口这种分类方法,并进一步分为塑坑型及解理型断口等.〔2〕穿晶断口形成沿晶断口。穿晶断口有以下几种根本显微形态：(a〕塑坑型断口.大多数的钢和铝、铜等有色金属过载断裂时，都形成这种塑坑型断口.金属在外力作用下范性变形时,各处的变形程度是不同的。由于位错塞积等缘由，首先,对应的位置都凹陷的小坑，易在夹杂物、沉淀相等处形核，故常可在它们的底部看到夹杂物等.塑坑形成过程的示意图及典型形貌见图,而这和形核点数目(材料纯洁程度)环境温度等有关。一般来说，材料的纯度、塑性及变形温度越高,塑坑就越大、越深。塑坑的状态则根本取决于断裂时的应力状态:正拉应力造成的断裂形成等轴塑坑；切应力形成拉长的塑坑，且在一对断口上,塑坑被拉长的方向相反;撕裂应力也造成拉长的塑坑，但在对应断口上，方向一样。示意图见图3.除三种根本形态外,在更简单的应力状态下，塑向。7075—T6w铝合金试样过载拉伸断口，顶部和底部都是微小韧窝区,在照片的中心局部可以看到金属间夹杂物解理小面位于大囊中,这些富铁硅的夹杂物仅与囊壁略微相接。0。01％C 0.24％Mn 0。02％Si的铁100°C下的冲击断口，韧窝，稍微拉伸，说明白塑性撕裂。在-196°C下的冲击断口。河流把戏低碳,高氧铁的室温拉伸试验断口，留意等轴韧窝含有FeO的球形质点，球状明显.而慢速扩展(亚临界扩展)的裂纹如应力腐蚀、疲乏及腐蚀疲乏等是不会在断口上形成塑坑的。这一重要特征常被用来区分由于应力腐蚀等形成的旧断口和人工分开时形成的断口周大应变疲乏或应力强度因子很大的氢的延迟裂纹的断口上，有时也会消灭塑坑,失效分析时，这是应留意的。〔b)解理断口解理是指金属等晶体在外力作用下沿某些特定的晶面(解理面〕劈裂的现象.在晶体学和矿物学等学科中常常使用这一术语。解理是通过破坏原子间的键合来实现的。因密排面之间的原子间距最大、键合力最弱,，少数状况下可是〔11〕或11；六方金属如锌、镉和镁等则是〔000〕面.温、尤其是在低温过载时，这些金属简洁沿上述解理面发生解理断裂。〔如缺口或裂纹尖端或应变速率较高时均有利于发生解理断裂。,很简洁，通过滑移而变形，因此,除极少数例外，它们不会发生解理断裂。对抱负晶体来说,解理应始终在一个晶面上进展，并且解理面应是完全光滑的。但实际：后受阻,会转移到相邻的晶面〔同一面族〕上连续扩展，这过程会在断口上形成解理台阶。上即可确定断裂源。这乃是解理断口最具特色的显微形貌。1090钢的断口，850°C下，0.5小时油淬,400°C回火，-196°C冲断，在解理区散布沿晶断裂的宽的小面.混杂的河流把戏，Fe—39Ni合金，1260°C锻造，1040°C热轧,1000°C退火，空冷，弯曲断裂外表，河流把戏，已经产生几个解理台阶的扭曲晶界，点和解理断口相区分:裂纹源总是在准解理面的内部，呈幅射状向四周扩展这;而解理时裂纹几乎总是起源晶界〔或亚晶界)。和河流把戏类似的形变标记〔称为撕裂棱〕短且不连续，不像河流把戏那样有时可越过晶界.最终，它的晶体取向不很确定，断面常略有起伏,不像解理那样平坦光滑,说明它经受了较大的范性变形。依据这些特点，是可以把它和解理断口相区分的.。体心立方金属如纯铁、软钢，Fe-SiFe—Cr合金等的解理断口上，常可看到凸出〔或凹陷〕的。外形像舌头的“舌状把戏“有时称为舌头。已确定，在解理面上的扩展的裂纹转移到孪晶面上扩展一短距离，重回到面时,突出的孪晶面就会构成这种舌状把戏。见图14及图15.故舌头和解理面的夹角也不全一样。温度越低,变形时越简洁消灭孪晶，也越简洁形成这种舌状把戏。疲乏断口疲乏是指金属在交变应力持续作用下发生的断裂现象.在实际工程构件的断裂事故中,它占的百分比最高，因而从不同角度对它作了大量的争论。疲乏断裂时,即使是韧性很好的材料,宏观断口也无明显变形,表现为脆性断口.疲乏外，全部包含有裂纹慢速扩展过程的断裂方式如应力腐蚀、腐蚀疲乏等都具有这特点。多数金属构件〔尤其是轴类)疲乏断裂时，宏观断口由疲乏源区、裂纹扩展区和过载撕不是必要条件。由于裂纹反复开合造成的碰撞、磨擦，致命疲乏源区相当光滑，甚至发亮。浅或粗糙程度不同的区域、这是裂纹扩展速率有较大变化、甚至停顿引起的,故又称裂纹休止线。最终是过载撕裂区,是有效截面不再能承受外截荷时形成的、有剪切唇和宏观变形等过载断口的典型特征。疲乏断口最引人留意的显微特征是疲乏辉纹它们是些彼此根本平行垂直的条纹，一般仅在裂纹扩展区才消灭.辉纹间距和裂纹扩展速率及应力强度因子幅值等有关.,〔多数是这样的情形)和应力断型断口(张应力与断口垂直)。此外，材料本身的性质〔)和环境介质也有重要影响.因此，即使在同一个断口上，由于化学成份、性能等在不同部位的显微起伏，也(如腐蚀疲乏的情形〕,这一差异尤为明显。不过,常用的金属材料，如中、低强度的钢或铝合金等，在多数状况下都会形成疲乏辉纹，这就为断裂失效分析供给了一个很有价值的鉴别标志.间距和排列方式等恰和外加交变载荷的变化全都，从而有力的证明白上述机制是合理的。.因此,一般不能依据辉纹的条数准确确实定断裂前经受了多少次交变载荷。以上争论的根本上是高周疲乏的情形(因这最常遇到)。假设交变应力的幅值较大，断裂前如不超过13-14次，则称为低周疲乏。此时，宏观断口四周可看到变形。显微断口较简单，不易消灭疲乏辉纹，常会看到所谓“擦伤痕迹”或“轮胎把戏“等简单的形态。随着循环次数进一步降低，渐渐过渡到和过载断口相像，甚至消灭塑坑。沿晶断口当裂纹沿晶界扩展时，就形成沿晶断口。这可能是铸态的柱状晶晶界(和铸锭或焊缝中热裂纹的情形)；也可能是某种平衡相的晶界(如钢的原奥氏体晶界)；还可能是变形后再结晶的晶界〔如高强铝合金应力腐蚀时情形。沿晶断裂时，在多数状况下,宏观断口无明显变形,是脆性断口。而显微断口又可分为塑性沿晶断口及脆性沿晶断口两类.〔1)塑性沿晶断口且易以它们为核形成塑坑，这就是形成塑性沿晶断口的主要缘由。此外，18Ni型马氏体时起的石状断口等都具有上述特征,不过此时晶界上析出的分别是碳化物和硫化物。金属在高温下因蠕变而断裂时,在很多状况下,也会消灭塑性沿晶断口，不过此时是由于晶界上消灭了微孔洞、而不是沉淀相的析出。1090钢,100°C下冲击解理面上有小韧窝，而且右下方韧窝中有一个夹杂物(2〕脆性沿晶断口又称非微孔聚合型沿晶断口。晶界面比较光滑,显微断口呈冰糖块状。晶界弱化主要是微量元素在晶界偏析或晶界和环境介质作用的结果.前者如钢中磷、砷、锡等微量元素在晶界偏析造成的回火脆沿晶断口；后者如很多材料的应力腐蚀断口(但不是全部的回火脆或应力腐蚀断口都是沿晶的)。1090钢的断口，850°C下，0。5小时油淬，400°C回火，-196°C冲断,在解理区散布沿晶断裂的宽的小面。-式的沿晶断裂的问题,已有人作过具体总结.以上尽管我们对穿晶和沿晶断口分别作了介绍又有沿晶断裂，这称为混合断口.〔如弹簧钢丝的情—形.“的:纤维，有人称这为纤维状断口〔留意它和在宏观断口中称的纤维状断口不同)。对这种状况下裂纹萌生及扩展的机制虽然作了些工作,在对断口，尤其是铸态断口进展显微观看时,有时会看到些相当光滑的外表和上面介绍的几种形貌不同.这有两种可能性:它可能是缩孔、疏松或气孔的内外表，由于它不和其它固晶上看到外形独特的几何图形,。一般认为，这是液态凝固成固态或固态蒸发成汽态时形成的晶体生长把戏.“缺陷时,也在上与消逝,甚至掌握它的数量与大小,说明上述推想是合理的。这两类光滑外表都是凝固时形成的晶粒界面，故也可认为是种特别形式的沿晶断口。1022钢塑性裂纹起始区，该处是韧窝，机加工质量优良该处断口的解理局部，该区锻造质量差就表现出来。.其它〔1〕形态。冶金及机械制造部门常据此对材料的冶金质量进展评定，称为断口检验。除前面提到的铸件中的疏松,气孔等外，经过变形的产品最常遇到的是元素,尤其是夹杂长并排列成行后，在纵向断口上会造成所谓木纹状或台状断口(有时称偏析线断口或层次结构等等。肉眼观看时，沿变形方向有大量平行的细亮线，和木材劈开时的外形相像，它的显微断口则是排列成行的非金属夹杂物和夹杂物脱落后留下的较光滑的沟槽类型不同,〔如塑性较好的MnS夹杂或为颗粒状(酸盐等〕添加锰时，高氧高硫铸铁中的夹杂物，Mn(Fe〕O，Mn〔Fe〕S.夹杂物这种排列方式会降低材料横向的延、塑性能，因此生产部门常通过评级加以控较差外，还说明断裂多半是由于过、载引起。疲乏、氢脆、应力腐蚀等不会形成这类断口。关于不同材料上各种冶金缺陷的宏观及显微断口形貌等已有很多手册或图谱可资借鉴。〔2)中,具体列举了这些假象的形貌及产生缘由等。在用砂轮机等切割试样时，熔融的金属微粒也易溅在断口上造成假象.此外，假设切割区距离待分析断口太近，切割产生的高温会使四周的金属过热或者过烧，消灭原来不应有的沿晶断口，这也可算是一种假象。不过,这些假象较易识别，也较易解决。较准确定的是另一类假象,它是失效部件的断口经过燃烧氧化或腐蚀造成的。氧化或腐蚀较微时(如高温合金或耐蚀合金的断口〕,氧化层或腐蚀产物很薄，尽管宏观断口的颜色已有变化,但不影响对显微断口的分析。氧化或腐蚀严峻时，氧化层或腐蚀产物不仅较厚，而且有自己的构造和形貌,这就会掩盖断口的真实形貌，致使显微分析很1mm黑色的氧化层〔Fe3O4),它的显微外表呈凹凸的颗粒状，易和沿晶断口混淆，.只有认真分析它的特征,或者把它和基体的晶粒度作比较后,才能确定它是种假象用反复撕揭复型或将断口放在有机试剂中进展超声振荡的方法可去除断口上局部附着物，削减假象.用适当化学试剂清洗断口也可在肯定程度上去除外表的氧化层或腐蚀产物，除掉局部载有贵重信息的基体外表,任何清洗方法都将无能为力，此时就不应当对断口进展显微分析(宏观断口分析常常仍可进行。下的需要,最近已有人对它作了总结。断口经适当浸蚀剂浸蚀后,可把基体的组织显露出来，这将帮助我们建立显微断口形貌和基体组织的关系,固然是格外有益的，而可据此确定断面的晶体取向等。上述这些试验技术在对断口进展显微分析时都是很有价值的.(三〕显微断口学在断裂失效分析中的应用断裂时裂纹将以何种方式扩展,即最终将消灭何种断口形态取决于材料本身和外界的应力,环境介质等条件和它们的交互作用。一般说来，不同机制引起的断裂,其断口的形态也是不同的,因此,通过对宏观和显微断口的分析，将帮助我们确定断裂的性质和缘由，从而实行正确的改进措施。因应力过大造成的过载断口较易识别：常常有表征裂纹扩展方向的放射把戏和剪切唇等。假设拘束应力不大，延性材料宏观断口四周还会有明显变形。它的显微断口多为塑坑型,但有时也可是解理或塑坑解理的混合型断口。脆性材料则以解理或沿晶断口居多,但也可有塑坑。例如，纯粹在-180℃的低温下拉伸形成解理断口,但宏观却表现为延性断裂,延长率高达200%,延长率仅百分之几，但显微断口上却全是塑坑，由此可见，解理或塑坑型断口系指显微尺度的断口形态,反映了微观的断裂过程，它们和宏观尺度的延性或脆性断口之间并没有严格的对应系统，不应混淆.1042钢0。45％C 0。62％Mn 0。27％Si在850°C空冷试样，在—196°C冲击, 细致的河流把戏100°C下冲击，韧窝形式高强钢的工件在制作过程中常饮食酸洗、电镀等步骤，假设把握不当，易吸取过多的氢,工作说明,氢脆断口的显微形态和裂纹前沿的应力强度因子K有关：K较小时为沿晶断口;K值为准解理；K较大时则为塑坑型断口进一步的争论还说明，除这些力学因素外,钢中还必需有足够多能偏析到晶界上去的杂质元素,沿晶断口才会消灭.不过,不是全部材料都遵循上述规律,如奥氏体不锈钢等强度较低的材料氢脆时，多数状况下始终是塑坑型断口,虽然有.失效分析时，这些是应留意的。关于这方面问题，将特地作介绍。金属在持续载荷及特定介质联合作用下，会发生应力腐蚀开裂.碳钢在多数状况下的应力腐蚀断口是沿晶的。但18—8型奥氏体不锈钢在含氢离子介质中发生应力腐蚀时,却肯定是穿晶断口(除非材料严峻敏化〕.此时，除金相试片上裂纹有大量分叉外，显微断口由所谓“羽毛状“28。所谓“河流把戏”会发生解理断裂，故是可以和解理断口相区分的。的，此外，在有的状况下,通过疲乏辉纹间距的测定，还可推想裂纹扩展速率或交变应力幅的大小.这对断裂失效分析固然是格外有价值的。不过，过载、氢脆和应力腐蚀断口在极个别状况下，也会在局部地区消灭和疲乏辉纹类似的平行条纹。有人认为是种滑移痕迹;也有人认为是裂纹扩展过程中消灭停顿引起的。失效分析时应特别留意。液态金属脆(如镉脆、锌脆等〕导致的断裂几乎全是沿晶断口,且断口上有这些金属的富集现象，因此分析时不太困难。贝壳把戏等也不大明显。显微断口上是否消灭疲乏辉纹和材料、介质，应力强度因子幅、应力波形及频率等很多因素有关。如奥氏体不锈钢这类材料在空气中疲乏时,很简洁消灭辉纹,但在腐蚀性介质中，辉纹却很可能仅在局部地区消灭，甚至不出。此时如何与应力腐蚀相区分的问题我们已作过总结。及手册可供参考。应强调指出：显微断口分析只是断裂失效分析的一种手段、一个方面,而不是它的全部内容.这是由于断裂后,断口不是总能完好地保存,至使分析工作能顺当进展(如经过碰撞、燃烧或严峻腐蚀的情形)；另方面，在有些状况下，显微断口形态和断裂机制之间并不存在唯一确定的对应关系，即是说，由于材料化学成份,热处理状态或环境介质的不同，尽管断裂至一样。看来，在进展断裂失效分析时，在多数状况下,不应当仅依据断口的显微形貌〔尤其是局部地区的形貌),,质、裂纹及宏观断口形貌等进展综合分析，才可能得出比较正确和全面的结论。九、疲乏失效的过程试验观看说明,疲乏失效可分成几个相应的阶段，有人曾提出；延性金属疲乏失效经受裂纹萌生；裂纹沿最大切应力平面扩展〔称为第一阶段扩展)垂直于应力轴的扩展〔其次阶段扩展〕直到最终瞬断.有人将裂纹形成过程分得更精细，它包括疲乏硬化(软化〕形成驻留滑移带→形成微裂纹→微裂纹扩展连接形成宏观裂纹期扩展与前述第一阶段扩展机制相类似,宏观裂纹的施展属于其次阶段的扩展。高强度材料或有锋利缺口的零件,裂纹形成和第一阶段扩展过程可能很短、有时可能消逝。能发生,既使所施加的名义应力远远低于材料的屈服强度，由于多晶金属的各向异性，同时有晶界、孪晶界、夹杂、疏松、机械缺口等缺陷，在有利取向的晶粒内或相界、缺陷等应力集中处。也可能发生局部塑性变形，促使疲乏裂纹形成。为了解释疲乏裂纹的形成,进展了大量的试验观看，提出过很多裂纹形成的模型、虽然在滑移带上观看到疲乏裂纹形成现象比较多，但对于实际工程用合金,裂纹多数发生在其它单相合金在高循环应力作用下,疲乏裂纹一般都沿晶界形成；另外在高温下工作的零件，当温度和平均应力足够高，或者加载频率较低并有腐蚀介质作用时，也常发生晶界裂纹.大多数工程合金都有脆性相(如碳化物、氮化物、硼化物、硫化物等〕,合金在加工过程中简洁引果.铁基或镍基合金的孪晶界面常常形成疲乏裂纹，据面心立方材料孪晶晶体几何学及界面,位错运动阻力更小。由r′相强化的镍基高温合金，强化相r,、气泡、夹渣和加工刀痕等缺口的局部应力状态都是三维的,它们降低局部的屈服强度，这纹的重要因素，由于外表晶粒直接与大气接触,金属疲乏过程对空气极为敏感,另外外表晶粒比内部受约束的晶粒更简洁发生塑性变形.在工业生产中，严格掌握另件的外表质量对改善疲乏性能，延长零件的疲乏寿命起重要作用.前面虽然具体地介绍了疲乏裂纹的形成展过程，由于被探查到的裂纹尺度打算于争论者所用的探测手段，借助电子显微镜在1%疲劳寿命即可看到原子尺度(埃)〔)觉察的工程尺度(毫米)40—50%疲乏寿命以后.“工程尺寸”裂纹概念，长度为0.07-1mm.由于疲乏裂纹的形成受宏观应力分布、显微组织和环境等很多因素影响,一个试样式另理论描述裂纹形成速率及各种参数的关系。疲乏裂纹的扩展少,目前还处于探究阶段。在过去的十多年中，对宏观裂纹扩展的一般规律争论的比较充分，应用线弹性断裂力学定量描述了宏观疲乏裂纹的施展速率da/dN=k式中c和m是材料常数△k为裂纹前端的应力强度因子范围，它是掌握裂纹扩展的重要因素，接近门坎值区的扩展(宏观裂纹的早期扩展〕上升，但因门坎值四周的扩展速率也增加,使门坎值降低；因而凡增加材料强度的因素，都中的欠时效组织比过时效组织有高的门坎值从上述疲乏裂纹形成及初期扩展的争论了解到,疲乏门坎值是打算裂纹能否扩展的临界应力强度值,而疲乏极限是打算裂纹能否形成的临界应力值,它们都代表材料的疲乏后抗力，但是提高疲乏极限的措施(如晶粒细化〕却往往降低疲乏门坎值.对这一问题至今没得到满足〔此极限值与材料微观组织的最小单位尺寸有关),裂纹扩展规律才能用应力强度来描述,随着裂纹长度的增加,裂纹扩展所需的应力降低,但裂纹扩展门坎值保持不变即,a,偏离该直(即疲乏极限于临界裂纹长度的微裂纹扩展与大裂纹的扩展可能是由两种不同机制掌握冲突.宏观裂纹的扩展宏观裂纹其次阶段扩展的机制争论得比较充分,对于宏观裂纹扩展起打算作用的因素是裂纹尖端的应力强度范围,高延性材料的裂纹前抗裂纹扩展力量差。材料的微观组织及环境介质(低浓度介质)在该阶段扩展中起的作用微小。提高金属另件疲乏抗力的途径争论疲乏裂纹萌生和扩展过程是为了提高材料的抗失效力量,并为设计，选材和失效分析供给依据，这对提高产品效能，减轻重量和保证安全有重要意义,从上述疲乏过程的争论可以了解到各种因素以不同方式影响裂纹的形成和扩展,因此要依据应用中另件构造的几何重的状况,裂纹形成寿命占总寿命的大局部，这时要选取高强度材料，并用前面提到的细化晶粒、减小夹杂物尺度，弥散强化或渗氮，渗碳等提高疲乏强度的处理,进一步强化材料或力也提高抗裂纹扩展力量，对高应力集中的零件效果最为显著。疲乏断口的宏观分析利用宏观断口分析方法推断零件的断裂缘由有时比断口微观分析更为重要式常常不能从微观断口形貌来区分,却在宏观断口上留下特征痕迹。从键槽处断裂的转轴，可以从瞬时断裂区的位移判定旋转方向。通过断口的宏观分析可以确定裂纹起始的位置性，因此宏观断口分析引起人们的重视.〔简称疲劳区扩展区两局部.每一个台阶即是一个裂纹源。在裂纹开头扩展的区域很平坦，当裂纹快穿透纹向两侧扩展的断口粗糙，有人字形把戏，人字指向缓慢扩展区、裂纹在该区扩展较快,多半在很短时间扩展到整个面积,它可由这两区域的高倍疲乏断口的辉纹间距差异来判明。瞬断区断口特征取决于材料的塑性，韧性材料的瞬断区一般为纤维状，而脆性材料为结晶状。假设材料塑性很好，则在终断区外表有较宽的剪切唇。1041碳钢疲乏裂纹，留意三个疲乏源1041碳钢感应淬火HRc50，疲乏断口，两条裂纹，两个源1039碳钢外表硬化疲乏断口，外表HRc50,心部HRc19，在贯穿入心部前外表几乎完全裂开1041 碳钢感应淬火HRc50，带键槽的疲乏断口，左边一次偶然电弧触发，引起一个疲乏裂纹疲乏源的辩别疲乏裂纹形成时，总是选择最薄弱的方向扩展,遇到阻碍后则又转变方向。因而在裂纹高的应力集中使很多微裂纹在相距很近的不同平面上萌生线指向另件外表、台阶越多说明裂纹源越多，另件的应力集中或外载茶愈大。另件外表经渗氮渗碳或喷丸强化后，疲乏裂纹可能在内部或亚外表缺陷上形成,在断口处萌生，高倍观看断口，可见到园心处存在一串显微疏松。载荷水平及加载类型对疲乏源的位置有影响,一般来说，弯曲疲乏或扭转疲乏加载时，另件外表应力最大,裂纹源根本都发生在外表：轴向加载状况下，当平均应力较大时，可能在内部缺陷处形成疲乏源。疲乏源距外表的学度随外载荷增加而削减.对外表强化的另件,可依据疲乏源距外表的距离估量外载荷的大小。确定裂纹起以.金在低应力幅和中等温度条件疲乏裂纹开头区存在光滑小平面断口裂纹源的位置。贝壳状疲乏弧线化，导致裂纹扩展速率变化，因而断口的粗糙度或放射状条痕方向转变,在宏观断口上留下裂纹扩展的痕迹。有人称它为疲乏裂纹休止线。在中温条件工作的另件，随着裂纹的扩展，断口氧化的时间渐渐缩短,断口颜色渐渐转变，它也在断口上留下裂纹扩展的前沿弧形痕迹,这是贝壳状疲乏弧线形成的另一种方式，疲乏弧线的外形与另件外形,缺口应力集中程度及材料缺口敏感性等因素有关。对于缺口敏感性较强的材料，疲乏弧线为凹形，韧性好的材料疲乏弧线为凸形.载荷过大、温度过高的条件，没有明显的疲乏弧线,这时疲乏裂纹扩展区与瞬断区无明显分界限,.疲乏断口的微观特征件的疲乏断口进展微观分析能够推想疲乏裂纹扩展的机制模型，了解组织构造、载荷水平、环境介质等因素与裂纹扩展的交互作用，为另件的失效分析供给依据。第一阶段断口的形态受环境及应力水平影响较大,在真空环境，低应力高周疲乏的第一阶段断口失去光泽,断裂台阶也削减,断口以等轴塑坑为主，而在空气中，第一阶段断口随应力的增加反射性减弱，台阶削减。一般来说，低应力、低温、外表大晶粒以及平面应力状态都有利于疲乏裂纹的第一阶段扩展.其次阶段疲乏断口特征电子断口相说明金属疲乏裂纹扩展的其次阶段断口区存在疲乏辉纹载荷循环,辉纹的间距随应力强度幅度变化，两个相匹配断口疲乏辉纹根本相互对应。材料性质，应力水平及环境介质都影响疲乏辉纹的形成.形成辉纹的条件是：必需有拉境。假设材料的变形受到限制，或应力太低，在真空环境中一般都不能形成辉纹，所以高强度钢及铸造合金的疲乏断口难以觉察典型的疲乏辉纹。15MnTi船板钢由于具有极好的塑性，因而疲乏辉纹很清楚,30CrMnSi和34CrNi3Mo的疲乏断口上很难找到明显的纹很不连续钛合金的断口某些区可见到明显辉纹的重要因素，在低应力高周疲乏条件下，当寿命很长时，在扫描电镜下观看断口，有时很难区分出疲乏辉纹，必需用透射电镜观看断口复型才能区分，铸造镍基合金650℃的疲乏断口在疲乏源区看不到辉纹，离开源区0.5mm以后辉纹渐渐可以区分距源区越远，疲乏辉纹的间距就越大。,而镍基合金有时为沿晶断口.对于低碳钢等波型滑移材料,特别在焊接缺陷四周的断口，常常消灭蛇形滑移。这时推断失效的力学缘由,要依据另件承载状况而定。低周疲乏断口还常常有输胎状把戏,当载花水平和环境温度足够高，频率足够低的状况下，会出出沿晶疲乏断口或穿晶开头沿晶扩展.辉纹十、金属的高温腐蚀腐蚀是金属构件失效的三种主要形式之一。在高低生在各种气体,熔融金属和盐类的腐蚀称为高温腐蚀，这里只介绍高温氧化、硫化、热腐蚀、渗碳,氢腐蚀和冲蚀。(一)高温氧化2 高温氧化是指金属在高温条件下,O2、CO、HO2 金属——氧的热化学相图说明，某种金属在肯定气氛中能否被氧化.主要打算于气氛中〔44)1200KFe—O—S系热化学相图,假设气氛中氧分压大于FeO的分解压，而小于Fe3O4的，则在Fe的外表将生成Fe2O、Fe3O

、FeO，即最富氧的化合物在4最外层,最富金属的化合物靠近基体金属。4金属的高温氧化过程,同样是一个电化学过程,如图(45)所示。在氧化物——气体界面处:在金属——氧化物界面处：其中,即受O2向内集中所掌握。离子在氧化物集中的速率，由氧化物中缺陷的类型打算M+集中较慢,则生氧化物晶体自金属-O-2集中较慢生氧化物自金属-Ta、Cd、Nd等氧化物,Fe、Ni、Cu、Cr、Co等氧化物.的，抛物线型的或对数型的规律,如图〔46)。遵循直线规律的金属有K、Na等，外表生成多孔或裂开的膜，没有保护性。符合后两种规律的，生成的氧化物有保护性。示：式中W、D为氧化物的分子量和密度，w、d为金属的原子量和密度.通常，当单位体积〈1.R>1时，由于氧化物中压应力过大易于裂开，也没有保护性。固然,氧化物的保护性也受其热膨胀系数、熔点、高温范性、导电率或金属离子或氧离子集中系数等影响。某些合金中，一种或几种含量较低的合金元素可能生成比基体金属更为稳定的氧化物.元素的优先氧化。100%水蒸汽中,在任一温度下，水蒸汽的分压始终大于FeO的形成压，所以在金属外表总是生成FeO，而不会发生内氧化。实际中，显示内氧化的有低合金耐热钢〔Fe-Cr、Fe—Si、Fe—A1)、Ni—Cr热导合金、Cu—〔A1、Si、Be、Pd〕和Ag-(Cd、Pd)等合金.金属构件内氧化后，在金相截面上,可见到细的氧化物颗粒随机地分散在靠近外表的区平滑过渡区.对于很多合金,内氧化速率显示出抛物线型规律。但由于这种选择性氧化，消耗了形成保护性氧化层的一些元素〔如Cr、A1等〕,使金属外表不易再形成完整的保护层，而成为金属外表有害的缺口。(二)硫化H2S、S

和其它含硫气体对金属的腐蚀叫硫化.22 4 6 22与液态硫平衡的蒸汽中,硫的主要存在形式为分子态S、S、S、S.在含氢的复原性气氛中，如在煤的气化和原油加工中，H2S是硫存在的主要形式。在氧化性气氛中,如矿物性燃料的烟气中，约有百分之几的SO22 4 6 222在锅炉的烟气中,假设有S2、SO2与O，其间处于动态平衡：221/2S+O,将由存在的气体分压打算1200K°的烟气中,含有2，.由平衡常数，可算出。由图44〕F2O3,而不能直接生成FeS。假设金属外表的氧化层由于某种缘由而裂开,或局部被冲刷掉，则SO2进入缝隙中，在此缝隙这一近似封闭体系中消灭的平衡.这里,氧的分压将由氧化物的分解压代替，由图(41)查出,FeO的分解压,那么与之平衡的，因此在氧化物下面将形成硫化物。氧的连续渗入，或通过氧化膜集中；或通过裂口，将硫化物氧化，形成氧化物颗粒和游离态硫。这种生的氧化物是没有保护性的,氧和硫可以较自由地通过。游离态的硫连续深金属外表,在氧化层下面，可见到硫化物颗粒或薄层。此为铸造不锈钢HK40硫化——氧化腐蚀层，箭头所指为铬的硫化物。〔三)热腐蚀某些烧劣质煤和油的装置，以及海上使用的燃气轮机构件，往往受到热腐蚀损坏.这种热腐蚀是在氧化性气氛中，构件外表沉积的Na2SO4等熔盐造成的一种加速氧化过程。与金属的氧化和硫化不同，产生热腐蚀的必要条件是构件外表存在一薄层熔盐。因此,热腐蚀只能发生在肯定的温度范围内，即液态盐存在的温度。纯Na2SO4盐的熔点为886℃,NaC1存在时,621℃。如同时还有CaSO、KSO、MgSO

时,熔点将更低。4 2 4 4A1和Cr，由于在金属外表生成较致密的保护膜，延缓硫的渗透，在Na2SO4熔盐存在时按Ct和A1，对抗热腐蚀是有利的.相反，参加Mo、W或V量太高的镍基合金，由于易发生酸性熔融，其抗热腐蚀性能往往较差.热腐蚀损坏的金属外表为疏松的氧化物及小量盐类所复盖,严峻时有膨胀、裂开和掉片等现象.内部，在氧化层下有硫化物颗粒，这是与金属的硫化一样的。判定金属构件是否发生热腐蚀损坏，应从使用条件、环境气氛、腐蚀产物等几方面分析。下面介绍一下热腐蚀对镍基高温合金的高温强度和断裂过程的影响。Incone175190%Na2SO4+10％NaC1800℃下做力学试验，在空气中〔即未涂盐的，单纯疲乏试样的寿命最长，单纯蠕变的最短，蠕变疲说明热腐蚀起着很大的作用。同时,与空气中相反,单纯蠕变试样的寿命最长，而单纯疲乏试样的最短，说明疲乏过程加剧了热腐蚀作用。在空气中,疲乏裂纹起自试样外表，穿晶扩展；而单纯蠕变和蠕变疲乏试样的断裂主要度，不管是哪种加载方式，都发生了晶连续裂。热腐蚀环境中,试验寿命的降低与断裂形式的这种变化亲热相关。〔四〕渗碳,在高温炉气中的渗碳是化工设备的一个较普遍问题。锈钢构造的表层，与铬生成碳化铬，继而被氧化成绿色的氧化铬.2 2 2 渗碳气氛可分两类；一类是无氧的,如碳氢化合物，或氢与碳氢化合物的混合物;另一类为同时含氧的,CO—CO、CO-CO—H—HO2 2 2 M C MM C MC23 6 7 3在工业设备的环境中,往往同时含有碳和氧，而构件外表的氧化层起着保护作用。假设此保护层裂开，含碳的气体将进入.在MeO-Me处，氧气的分压低，碳的活度较多，因此在构件外表不能进展的渗碳过程，而在氧化膜的孔隙中发生.,成为潜在的断裂源。Si等元素有明显的抗渗碳作用。〔五〕氢腐蚀在高温高压含氢气氛中，氢引起的高温腐蚀特征是氢与金属发生化学反响,形成晶间裂纹.在铁基合金中，发生以下反响：晶界四周的渗碳体首先被复原导致晶粒脱离，形成微孔洞.并由界面开头，珠光体因失去碳而变成不均匀的铁素体.在含氧铜的反响中，晶界处的氧化亚铜被复原，产生水蒸汽引起晶间开裂：氢腐蚀的结果使构件的强度大大降低，(六)冲蚀缘由,称为冲蚀。关天金属构件高温失效缘由的分析对高温下使用构件的失效分析应变和蠕变断裂、松驰、高温疲乏、热疲乏、高温腐蚀，还是这其中几种形式的组合。但失复发生才是最有意义的。如确认蠕变断裂后,应明确指出，是金属材料中存在某种缺陷达不到产品性能要求,还是设计构造不合理或选材不当,或设备制造与安装中工艺制造，甚至误用材料而未满足设计要求，或设备运行中违反操作规程，消灭特别现象等等。环境介质三个变量,在不同场合发挥着不同的作用。对于型设备，特别是工况较简单的化工设备等，由于对构件实际工作环境缺乏准确的了解，易于在设计上犯错误.或者构造不合理，或者选材不当.在选用材料时，由于高温长期数据缺乏，也可能造成选材失误。但这要的超温将加速材料变形、内部构造变化和外表腐蚀,对于构件的危害极大。因此,在分析高温构件的失效缘由时，对于构件在使用中是否超温应予足够的重视.前面介绍的高温下组织构造变化,是在构件正常使用温度下即可发生的。假设构件在超温下使用，还可能引起组织过热，甚至过烧等现象.过热是金属在超出临界点Acs以上温度很多，或保温时间很长时消灭的晶粒长大，硫化物等在晶界聚拢等现象。此种晶粒长大是指奥氏体晶粒。如过热后缓冷,将同时获得粗大学面析出,.由于过热后,硫化物等在晶界聚拢，无论随后冷却造成的实际晶粒大小,都将引起冲击韧性明显地下降。过烧的主要特征是晶界氧化或局部熔化，其对性能的损坏是可想而知的。高温失效分析举例下面以石脑油裂解炉弯头的损坏分析作为高温失效的一个例子.(1)构件的制造和使用状况石脑油裂解炉弯头由HK40合金铸造，约使用12023hr后开裂，弯头下管口接裂解炉辐射段，温度较高,上端通过吊耳下悬挂，侧管口通向对流段，温度较低。管内通石脑油和水5801atm820°～840℃。正常生产时，每五十天为一周期。由于种种缘由,20个周期.