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金属材料失效分析详解

目录

1.失效分析定义 2

2.失效分类 3

3.失效原因分析 5

3.1.设计不合理 5

3.2.选材不当及材料缺陷 6

3.3.制造工艺不合理 6

3.4.使用操作不当和维修不当 6

4.引起失效的常见缺陷 7

4.1.铸态金属组织缺陷 7

4.1.1.缩孔 7

4.1.2.疏松 7

4.1.3.偏析 8

4.1.4.气泡 9

4.1.5.白点 9

5.引起失效的常见缺陷金属锻造及轧制件缺陷 9

5.1.粗大的魏氏体组织 9

5.2.网状碳化物及带状组织 10

5.3.钢材表层脱碳 10

5.4.折叠 10

5.5.划痕 10

5.6.斑疤 10

5.7.表面裂纹 11

5.8.分层 11

6.引起失效的常见缺陷夹杂物及其对钢性能的影响 11

6.1.夹杂物的分类 11

6.1.1.脆性夹杂物 11

6.1.2.塑性夹杂物 11

6.1.3.半塑性变形的夹杂物 11

6.2.夹杂物对钢性能的影响 12

6.2.1.夹杂物变形性对钢性能的影响 12

6.2.2.夹杂物引起应力集中 12

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6.2.3.夹杂物与钢的韧性 12

7.引起失效的常见缺陷 12

7.1.金属焊接缺陷 13

7.2.焊缝尺寸不符合要求 14

7.3.咬边 15

7.4.焊瘤 16

7.5.弧坑 16

7.6.飞溅 17

7.7.弧疤 17

7.8.气孔 18

7.9.夹渣 19

7.10.未焊透 20

7.11.未熔合 21

7.12.裂纹 21

7.13.冷裂纹 23

7.14.层状撕裂 23

8.金属热处理产生的组织缺陷 24

1.失效分析定义

对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。

金属材料的失效形式及失效原因密切相关，失效形式是材料失效过程的表观特征，可以通过适当的方式进行观察。而失效原因是导致构件失效的物理化学机制，需要通过失效过程调研研究及对失效件的宏观、微观分析来诊断和论证。

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产品设计

产品设计

选材失误

材料选用

工艺缺陷

材料缺陷

装配不当

安装装配

超载

产品服役、维护保养

图1失效分析与其他生产环节之间的关系

冷热加工

设计失误

失效分析

改进措施

一材易通

机械设计

机械设计金相学

工艺学

腐蚀科学

材料学无损检测

工程力学

断裂物理

断裂力学

摩擦学

质量管理

可靠性分析

失效形式

断裂化学

系统工程

概率统计

测试技术断口学

裂纹学痕迹学

模湘数弟通

图2失效分析与其他学科的关系

2.失效分类

材料在各种工程应用中的失效模式主要由断裂、腐蚀、磨损和变形等，其

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中断裂失效的危害性最大。

弹性变形失效

塑性变形失效

腐蚀失效

脆性断裂失效

失效形式

疲劳断裂失效

韧性断裂失效

磨损生效易通

图3失效形式的分类

弹性变形失效：当应力或温度引起材料可恢复的弹性变形大到足以影响装备正常发挥预定的功能时，就出现弹性变形失效。

塑性变形失效：当受载荷的材料产生不可恢复的塑性变形大到足以影响装备正常发挥预定的功能时，就出现塑性变形失效。

韧性断裂失效：材料在断裂之前产生显著地宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂失效。

脆性断裂失效：材料在断裂之前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。

疲劳断裂失效：材料在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。

腐蚀失效：腐蚀是材料表面与服役环境发生物理或化学的反应，使材料发生损坏或变质的现象，材料发生的腐蚀使其不能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式，有均匀遍及材料表面的均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀，局部腐蚀又分为点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。

磨损失效：当材料表现相互接触或材料表面与流体接触并作相对运动