失效分析基本原则：探究可能产生的问题和解决方案

1.整体观念原则

在进行失效分析时，要树立整体观念，要把“产品—环境—人”当作一个整体系统来考虑。尽可能地设想产品或零部件能出哪些问题，环境会带来哪些问题，人为因素会有哪些，列出失效因素，以及由其导致的与失效有关的结果，然后根据调查资料和检测结果，核对排查列出的问题，这样重要的因素将不会遗漏。如果孤立地对待失效件或局限于某个小环境，往往使问题得不到解决。

例如，输电线路中的塔基，安装运行3年多后，发现用于固定连接主结构的角钢断裂，断面贯穿4个螺栓孔，如图3-12所示。检测分析发现，该角钢使用Q345B材料，螺栓孔周围材料有裂纹和显著塑性变形，如图3-13所示。由于Q345B材料严重变形后塑性降低、材料脆化，加上有螺栓孔的部位，有效承载截面小，因此沿螺栓孔发生脆性开裂，如图3-14所示。分析螺栓孔周围材料塑性变形原因，发现距该塔基5m处有一条矸石运输线路，路上的运输车辆都是4轴自卸车，而且24h不间断运输，输电线塔基不断接受车辆通过时的振动，经测量，塔基处不均匀沉降的最大高度差达437mm，塔基倾斜。同时，不断的振动，也使得用于固定主结构的螺栓松动，螺栓孔变形，最终导致主角钢断裂。由以上分析可见，如果不和使用环境联系起来，就得不到正确的失效结论。

图3-12 断裂的角钢

图3-13 螺栓孔周围材料有裂纹和显著塑性变形

2.从现象到本质的原则

零部件的失效特征表明它有一定的失效现象。从现象开始，找到产生现象的原因，才是失效的本质问题。例如，在断口上发现贝纹花样，很容易得出疲劳断裂的结论，这仅仅是一个现象论断，为什么发生疲劳断裂，其形成的原因才是解决问题所需要的。

例如，汽车才行驶1000km，发动机曲轴即断裂成三截，如图3-15所示，断口形貌如图3-16所示，由于断面上有贝纹花样，因此属于疲劳断裂，很显然问题没有解决。通过对断口所处的位置和该处的工艺状态检查发现，断口边缘与机械加工倒角重合，如图3-17所示，经测量倒角半径太小，不符合图样技术要求；图样技术要求还要求该处实施感应淬火，经检测该处处于感应淬火起始区边缘，感应淬火区没有覆盖该处，这种情况使得材料硬度低，抗疲劳性能不足。汽车行驶过程中，由于路面不平，汽车振动，发动机受到交变载荷作用，较小的倒角半径使得断裂部位应力集中程度太大，加上材料抗疲劳性能差，从而导致疲劳断裂发生。

图3-14 沿螺栓孔脆性开裂

图3-15 断裂的发动机曲轴

图3-16 断口形貌

图3-17 断口边缘与加工刀痕

3.动态原则(www.xing528.com)

动态原则是指产品或零部件周围的环境、条件或位置处于变化中，不断变化的使用参数达到一定程度会导致产品或零部件失效。也就是说失效是动态发展的结果，经历了孕育成长、发展至失效的动态过程，发生腐蚀失效时一般可以用这个原则来分析。

例如，采用纯铜材料制造的输油管断裂，如图3-18所示。由于管路有弯曲，弯曲部位则处于应力变化中。管内介质为长效润滑油，而长效润滑油为了增加抗磨性，需要加入极压添加剂，该添加剂中会含有一定数量的氯离子，应力和含氯离子工作环境的不断变化、累积，使用约半年即在弯曲的顶点处发生沿晶型应力腐蚀开裂，断口边缘的沿晶开裂特征如图3-19所示。

图3-18 断裂的输油管

图3-19 断口边缘的沿晶开裂特征

4.两分法原则

两分法原则也称为一分为二的原则。这是一个认识论的原则，本意是不论什么事，既要看到好的一面，也要想到坏的一面。在失效分析工作中，也会遇到这类问题，也需要用两分法去看待，要对其中的事物、事件或相关的人证、物证用两分法去看待。如对进口产品、名牌产品不要盲目地认为没有缺点，实际检测分析中确实也发现很多名牌产品、进口产品不合格问题。例如，在对水泥泵车拉杆断裂分析时，拉杆材料是丹麦进口的WELDOX700E板材，在对失效件化学成分检测时发现，化学成分中Ti不符合给定的技术要求，由此可知，进口名牌产品也同样存在质量问题的可能。

在具体事件上，如不锈钢材料，一方面，它的优点是耐酸碱腐蚀，但另一方面，如果环境中有氯离子存在，当遇轻微拉应力作用时就会导致应力腐蚀。还有，低碳钢Q235，虽然它在潮湿空气的环境中耐蚀性不是很好，但是在浓硫酸环境中却有很好的耐蚀性，储存浓硫酸的罐体就采用Q235，浓硫酸的氧化性很强，与Fe形成致密的钝化膜，就起到隔绝反应物的作用。因此，对构件或材料进行失效分析时也要有一分为二，具体事物具体分析的原则。

5.立体性原则

这也是一个哲学问题，本意是客观事物总是在不同的时间和空间内变化，用在失效分析上就是：同一产品或零部件，在不同的服役阶段、不同的使用环境就会有不同的失效性质或特点。

同一产品或零部件，在不同的服役阶段失效，有不同的失效性质或特点。例如：所有机电设备的失效率和时间的关系都服从“浴盆曲线”，意思是构件在服役初期和后期最容易发生失效，中期的失效率相对低得多；还有汽车部件齿轮，如果产品质量有问题，在相同的行车环境中就会发生早期断齿；如果产品质量没有问题，使用寿命到达后，也会在轻微的振动下发生断齿、疲劳、磨损等失效。

同一产品或零部件，在不同的使用环境中，也会具有不同的失效性质和特点。例如：304不锈钢管道，同样是在少量氯离子环境下使用，在内壁介质存在不流动状态的条件下，少量氯离子会导致局部点腐蚀的发生，这时，管壁以穿孔泄漏为失效形式，如图3-20所示；而在振动或轻微拉应力环境条件下，少量氯离子则容易导致应力腐蚀开裂，管道则以开裂或断裂为失效形式，如图3-21所示。

图3-20 点腐蚀失效形态

图3-21 应力腐蚀失效形态

除上述基本原则外，在实际分析中要注意抓关键问题，尽可能用比较方法、历史方法、逻辑方法，进行信息分析、综合和归纳，找出失效原因和预防措施。