强度失效分析方法

⑴ （你妹）失效分析

一、名词解释：
1、失效：零件在使用时失去规定的性能。
2、失效分析：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，也就是研究失效现象的特征的规律，从而找出失效的模式和原因。
3、韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
4、应力集中：零件截面有急剧变化处，就会引起局部地区的应力高于受力体的平均应力。
5、故障树分析：分析各种事件之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件，再找出失效原因。
6、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。
7、断口的微观分析：借助试验仪器对物质成分微观结构进行分析。
8、磨损与腐蚀：磨损：当相互接触的零件表面有相对运动时，表面的材料粒子由于机械的、物理的和化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或重量发生变化的过程称之为磨损；腐蚀：金属与环境介质发生化学或电化学作用，导致金属的损坏或变质。
9、疲劳断裂：零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象。
10、过载断裂：当工作载荷超过金属构件危险截面所能承受的极限载荷时，构件发生的断裂。
11、氢致脆性断裂：由于氢而导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂。
二、选择与填空：
1、失效产品的一般类别及失效分析目的：
过量变形失效、断裂失效、表面损伤失效
2、残余应力的定义，分类及消除的方法：
定义：金属加工过程中由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在变形后的变形体内保留下来的应力。
分类1：⑴残余压应力 ⑵残余拉应力
分类2：⑴热处理残余应力 ⑵表面化学热处理引起的残余应力 ⑶焊接残余应力 ⑷铸造残余应力 ⑸涂镀层引起的残余应力 ⑹切削加工残余应力
消除的方法：⑴去应力退火 ⑵回火或自然时效处理 ⑶机械法
3、过载断裂与疲劳断裂断口的形貌特征？
4、应力集中定义及计算。
5、疲劳断裂的影响因素及预防方法。
影响因素：设计不合理，材料选择不当，加工制造缺陷 ⑴零件的结构形状 ⑵表面状态 ⑶材料及其组织状态 ⑷装配与连接效应 ⑸使用环境 ⑹载荷频谱
预防：⑴延缓疲劳裂纹萌生的时间 ⑵降低疲劳裂纹的护展速率 ⑶提高疲劳裂纹门槛值的长度
6、能识别简单的故障树符号及在故障树中找出故障零部件。
三、简答题：
1、能列举生活中常见的失效现象并说明原因及类别？
失效现象：扭曲、拉长、弹性元件发生永久变形。原因：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、能列举产品生产过程中的加工缺陷，并能举出每种缺陷中的几种常见类型？
铸造缺陷：疏松、缩孔、气孔、夹杂物等
锻造缺陷：折叠、裂纹、分层、过烧与过热等
热处理缺陷：氧化、脱碳、过烧过热、内氧化
金属零件冷加工缺陷：表面粗糙、深沟痕、鳞片毛刺
焊接缺陷：焊接裂纹、过烧、气孔、夹渣
3、结合自己的观点阐述失效分析这门课在现实生活中的作用或意义。
⑴失效分析的社会经济效益 a、失效分析造成巨大的经济损失 b、质量低劣、寿命短暂导致重大经济损失 c、提高设备运行和使用的安全性
⑵失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高
⑶失效分析有助于分清责任和保护生产者利益
⑷失效分析是修订产品技术规范及标准的依据
⑸失效分析对材料科学与工程的促进作用

⑵ 失效分析的系统方法

失效分析的系统方法：在设计生产使用各环节都有可能出现失效，失效分析伴随产品全流程。
一、C-SAM（超声波扫描显微镜)，属于无损检查:
检测内容包含：
1.材料内部的晶格结构、杂质颗粒、夹杂物、沉淀物
2.内部裂纹
3.分层缺陷
4.空洞、气泡、空隙等。
二、 X－Ray（X光检测），属于无损检查:
X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。
检测内容包含：
1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板
2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况
3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷
三、SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪（材料结构分析/缺陷观察，元素组成常规微区分析，精确测量元器件尺寸）,
SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微区成分分析。
检测内容包含：
1.材料表面形貌分析，微区形貌观察
2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析
3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析
4.纳米尺寸量测及标示
5.微区成分定性及定量分析
四、EMMI微光显微镜。对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子（Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩散到P阱，而P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。

⑶ 失效分析是什么

失效分析是指通过对失效金属构件的设计、制造及使用调查、受力分析、宏观分族正析、形貌分析、微观分析、材质检测、金相检测、化学成分分析、力学性能测定、必要时的模拟试验等手段，判断失效模式，确定失效原因，提出预防措施的技术活动和管理活动。

失效分析的意义主要有：

1、保证产品产品质量

减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生巧纤，保障产品质量，提高产品竞争力。

2、分析失效原因

分析机械零件失效原因，为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。

3、增加技兆宽悔术含量

为企业技术开发、技术改造提供信息，增加企业产品技术含量，从而获得更大的经济效益。

失效分析的步骤：

通过对失效金属构件的设计、制造及使用调查、受力分析、宏观分析、形貌分析、微观分析、材质检测、金相检测、化学成分分析、力学性能测定、必要时的模拟试验等手段，确定失效原因，提出预防建议。

金属失效分析

⑷ 失效分析解决什么问题什么是失效分析失效分析软件

失效的形式：

1、变形失效：变形失效包括扭曲、拉长、涨大、蠕变等，引发的主要原因是零件在一定载荷条件下发生过量变形；有弹性变形失效和塑性变形失效。

2、断裂失效：断裂失效是机械零件失效的主要形式，可以分为韧性断裂失效和脆性断裂失效。一般来说，材料断面收缩率大于5%为韧性断裂，小于5%为脆性断裂。

3、表面损伤失效：由于磨损、疲劳、腐蚀等原因，使机械零件表面失去正常工作所以需要的形状、尺寸和表面粗糙度造成的失效，成为表面损伤失效。

磨损失效：磨损是由于机械作用、化学反应（包括热化学、电化学、力化学等反应），材料表面物质不断损失或产生残余变形和断裂的现象。提高材料耐磨性的主要途径是进行表面强化。

腐蚀失效：腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀而造成机械零件尺寸和性能的改变而导致的。合理的选用耐腐蚀材料，在材料表面涂覆防护层，采用电化学保护及采用缓蚀剂可以有效提高材料的抗腐蚀能力。

表面疲劳失效：表面疲劳失效是指两个相互接触的机械零件相对运动时，在交变接触应力作用下，机械零件表面层材料发生疲劳而脱落所造成的失效。

4、材料的老化

高分子材料在储存和使用过程中发生变脆、变硬或变软、变粘等现象，从而失去原有性能指标的现象，成为材料的老化。

失效分析检测机构

中科检测

是具备CMA、CNAS资质认证的第三方检测机构，能对失效原因进行检测分析，并根据失效分析和根因为产品物料优选、设计改进和失效预防提供技术解决方案。

失效分析方法：

分析思路要点：

对具体服役条件下的零件作具体分析，从中找出主要的分析方式及主要失效抗力指标；

运用金属学、材料强度学和断裂物理、化学、力学的研究成果，深入分析各种失效现象的本质；主要失效抗力指标与材料成分、组织和状态的关系，提出改进措施；

根据“不同服役条件要求材料强度与塑性、韧性的合理配合”这一原则，分析研究失效零件现行的选材、用材技术条件是否合理；

用局部复合强化，克服零件上的薄弱环节，争取达到材料的等强度设计。

在进行失效分析和提出改进措施时应注意几个结合：

设计、材料与工艺相结合；

结构强度与材料强度相结合；

宏观规律与微观机理相结合，断口宏观分析与微观分析相结合。

⑸ 如何对材料失效分析

失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使用等过程中发生的。
863检测
深圳市材料表面分析检测中心

⑹ 失效分析

国家有色金属及电子材料分析测试中心作为我国有色金属检测领域的权威机构，专业从事机械零部件、工程部件等非正常断裂或腐蚀引起的工程失效分析工作。 失效分析对于提高产品质量和防止事故重演特别重要。十几年来，我们对飞机、潜艇、坦克、大功率内燃机、大容量发电机组、高压输电设备、多种重要民用设施进行了失效分析工作，取得了明显效果
失效分析工作是一个及其复杂的过程，它需要多学科相互交叉。我中心拥有先进的分析检测装备，齐全的材料分析检测方法与标准，经验丰富的专业技术队伍，可以综合分析和评价有色金属材料断裂、腐蚀失效的原因和机理；同时，中心作为独立的第三方检测机构，出具的报告客观科学准确公正，不管是对委托方还是其它方而言都是依据事实和分析测试结果来分析。

分析手段：
化学分析：重量法，容量法，分光光度法
仪器分析：辉光放电质谱、电感耦合等离子体质谱，电感耦合等离子体发射光谱，原子吸收光谱、X-射线荧光光谱、离子色谱、火花直读光谱、金属材料中气体成分分析等。
微观组织与结构分析：超高压电子显微镜，高分辨透射电子显微镜，场发射扫描电子显微镜，扫描电子显微镜，分析电镜，X射线衍射仪，金相显微镜
力学与物理性能测试：万能材料试验机及高低温装置，持久蠕变试验机，金属疲劳试验机，应力腐蚀试验机，工艺性能试验，硬度测试，金属耐候性试验，金属耐腐性能测试，金属涂层机表面测试。

服务案例：中心开展了大量失效分析工作，服务客户达数百例，部分案例如下：
1、大型热电厂换热器铜管材腐蚀断裂分析评价；
2、铁路电力机车铜导线变形失效分析；
3、切诺基汽车分动箱断裂失效分析；
4、大功率柴油发动机曲轴及动力箱失效分析；
5、特种功能陶瓷失效分析等；
6、大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔失效分析
7、坦克铸铝冷却风扇断裂失效分析
8、军工用氧化铍事故的应急分析及事故原因分析
9、铁路电气化电缆支架及相关另部件失效分析
10、华北输电线路支架失效分析
11、内燃机车发动机气缸失效分析
12、坦克发动机气缸盖失效分析
13、合成纤维生产线送料杆失效分析
14、铲车用轴断裂失效分析
15、民用各种供水、供热设备的管道和各种阀门的失效分析
16、铝基复合材料断裂机制的分析
17、油田用钢丝绳失效原因的分析
18、人体植入材料断裂失效分析
19、汽车发动机盖用铸造铝－硅合金断裂分析，
20、飞机发动机解剖分析
…………
案例介绍
大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔失效分析
某煤化工公司的制氧机在启用不久后出现了冷箱主冷管弯道内弧处穿孔失效，给该企业造成了巨大损失。为防止此类事故再次发生，针对大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔事故开展了失效分析，成功找到了事故的根源，主要原因是液氧流动死区干蒸发形成的有机物结晶并富集在管壁内侧，静电放电时引起微爆燃烧而穿孔，且失效部位在焊缝处；采用高镍、锰不锈钢冷铁衬套，正是这种材料加速了爆炸燃烧的剧烈程度。建议企业加强设备运行管理，降低液氧中有机物含量，改进冷铁类型等措施来防止穿孔事故。
客户反馈意见及评价：数据准确，分析到位，找到了事故的根源，避免类似事故的再次发生