材料的失效分析

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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？

失效分析是指分析讨论构件的断裂，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，选材等供应依据，并防止或削减断裂事故发生；通过失效分析还可以猜测牢靠性；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状况下破坏，其次推断如何破坏，最终判定为何破坏。

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、断口观看；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？

金属的完全裂开称为断裂。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：在断口形貌观看分析无法确定失效缘由的状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供应能阶有关，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打算。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、外形、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、外形种类及分布，准时实行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惫破坏

（2）恒力破坏是指材料所受应力形式固定的破坏

（3）疲惫破坏指材料所受应力的大小或方向不断循环转变而产生的破坏

7.恒力破坏有哪几种类型？什么是延性破坏？什么是疲惫破坏？

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，再逐步连续至材料断裂。

（3）疲惫破坏：材料受到固定机械应力作用，首先发生弹性变形，当应力连续增加，材料开头破坏直接断裂。

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，其特征简单，可归为杯椎状裂开，双杯状裂开，锐刀状裂开，剪短，点状裂开，超塑性裂开。

（2）微观特征：1.脆性裂开微观特征：a.沿晶脆性破坏：完整晶粒暴露形貌。B.

穿晶脆性破坏：特定结晶暴露的解理形貌，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：临时残余应力，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（匀称腐蚀，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，疲惫腐蚀，氢脆，液态金属脆裂及磨损腐蚀）。

2什么叫应力腐蚀？应力腐蚀裂开有什么特性？

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裂开。

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应力腐蚀裂开断口有什么特征？

答：宏观上，除了脆性断裂特征，常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很多羽毛状结构。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很多小洞或鱼刺状类似眼角皱纹结构。

5什么叫腐蚀疲惫裂开？腐蚀疲惫裂开有哪些特性？

答：腐蚀疲惫裂开是指材料在腐蚀环境中受到重复循环应力，其疲惫寿命削减的失效现象。

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腐蚀疲惫裂开机制是什么？对比分析腐蚀疲惫裂开、应力腐蚀和单纯疲惫破坏的特征。

答：机制是机械疲惫作用力和腐蚀作用力的协和效应，两者有竞争关系。当机械疲惫作

用力占优势，失效行为接近单纯疲惫断裂，断口有蚌壳状条纹疲惫特征，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惫特征。

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裂开。

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集中至气体/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，晶界集中，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裂开冷却裂开摩擦裂开热震裂开

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.爱护性氧化层的性质2.提升氧化层的附着力3.涂覆爱护镀层。二、高温热盐腐蚀的预防措施1.爱护涂层2.腐蚀抑制剂。三、高温断裂的预防措施避开各