因为机械构件多数是在运行过程中发生断裂失效的，因此每当一个零部件断裂损坏时，它和别的零部件、周围环境和操作等均有着十分密切的关系。查找原因时，要从设计水平、材料质量、加工状态、维修情况、装配精度、工作环境、服役条件和操作方法等因素中找出造成损坏的主要原因，并根据损坏的原因、机理、类型和阶段进行分析判断，提出改进措施。
由于断裂过程是个动态变化过程，因此对断裂直接进行观察分析是比较困难的。断口是断裂的静态反映，如果对断口进行仔细观察和分析就能找出断裂的原因、机理等。由于断口如实地反映了机械构件断裂的全过程，即机械构件裂纹的萌生与扩展过程，故断口分析是机械构件断裂失效分析的一个重要手段。
为了取得更好的分析效果，还必须辅以无损检测、力学性能试验、金相检验、化学分析、F射线分析、断裂韧度试验、电子能谱分析及模拟试验等检验方法。最后还需将上述分析和试验的结果与数据进行综合分析，并提出改进措施，写出失效分析报告。
4.5.3.1 原始资料的收集
原始资料系指构件服役前的全部经历、构件的服役历史和断裂时的现场情况等。此外，还要从散落的失效残骸中选择并收集有分析价值的断口和可供其他检测用的试样材料。
1.构件服役前的经历 首先要了解构件的设计依据、参数和图样技术要求，其次是了解构件的制造和加工工艺，第三是了解构件的物理性质、力学性能和化学成分分析的检验报告，最后还要了解构件的安装情况和试车情况等。
2.构件的服役历史 查阅并了解操作人员的工作记录、构件的实际运行情况、构件所处的环境状况。然而，实际上是很难知道构件的全部服役历史的。这就必须从零星的使用情况综合分析构件服役时的负载变化，尽量从使用条件中得到一些分析依据。
3.现场记录及残骸的收集 断裂失效现象发生后，分析人员要亲临现场，深入了解失效发生时的各种条件和事故过程。对散落的碎片，均应观察其所处的位置、环境和取向，经详细记录或摄影后方可移动。同时，还应注意损坏构件与其他构件之间的关系，并予以记录。
收集的碎片应尽可能齐全，尤其是首先断裂的部分。除沾着的腐蚀性介质应清洗去掉外，对断口上的其他沉积或粘附物质，甚至砂粒或污物等，一般均暂不清除，待进行细致的断口观察后再作处理。这是因为这些物质对断裂原因的分析常常能够提供有用的线索。
4.5.3.2 碎片或断口的选择与保存
碎片是断裂失效分析的第一手资料，是断口分析的依据，因此在断裂事故发生后应小心谨慎收集，妥善保存。
有关主裂纹的判别方法和二次裂纹的选样等内容请见前节所述。
4.5.3.3 断口分析技术
在机械构件断裂事故中，一般都要形成断口，因此断口分析是断裂失效分析的最重要的分析过程。
在断口分析技术中，最关键的两项工作是断口的选择和断口的观察。对于断裂原因的正确分析及断口形貌的正确解释，在很大程度上依赖于断口样品的正确选择及断口形貌的清晰程度。
断口观察包括宏观观察和微观观察。断口宏观观察主要是确定裂纹源的位置及裂纹的扩展方向；断口微观观察是在宏观观察的基础上，对裂纹源区、裂纹扩展区及最终断裂区进行检验。应用电子显微镜、电子探针、离子探针及俄歇谱仪等工具可观察或检查微观形貌特征、微量或痕量元素对断裂的影响等，从而进一步判断和证实断裂的性质和方式。在断口分析中必须注意宏观观察和微观观察两者的结合。
1.断口的宏观观察 断口的宏观观察是指用肉眼、放大镜、光学显微镜及扫描电镜的低倍观察。
首先，用肉眼和放大镜观察断裂构件的外貌，应特别注意观察构件碎片的表面，看看是否有加工缺陷（如刀痕、折叠、变形、缩颈及弯曲等），是否存在产生应力集中的薄弱环节（如夹角、油孔等）以及表面损伤（如化学腐蚀、机械磨损等）。
接着，根据断口的宏观特征来确定裂纹源及裂纹的扩展方向，并在此基础上将断口按裂纹源区、裂纹缓慢扩展区和裂纹快速扩展区进行光学显微镜或扫描电子显微镜的低倍观察，特别是裂纹源区要用双筒立体显微镜进行反复观察，因为裂纹源往往与材料缺陷有联系。
2.断口的微观观察 断口的微观观察通常是应用电子显微镜并在断口宏观观察的基础上来进行。通过对断口的微观观察，除将进一步澄清断裂的路径、断裂的性质、环境对断裂的影响等因素外，还将找出断裂的原因及其断裂机理等因素。
在进行微观观察时，要注意防止片面性，不能仅从局部的特征就轻易地做出结论，必须进行反复的观察。对于各种显微形貌特征，要有数量的概念或统计的概念，并且还要与宏观观察的情况结合起来，才能得出正确的判断。
断口的微观观察除作定性的分析研究之外，还可以作定量的分析研究。例如，分析研究断口的显微参量与断裂力学参数之间的定量关系等。
应用透射电子显微镜不能直接检查断口表面，需要制作塑料-碳复型，且用重金属投影增强反差。用于萃取复型的一个有效的辅助方法，是通过电子衍射技术鉴别第二相粒子或者腐蚀产物等。
应用扫描电镜可直接检查实物断口表面，并可以连续放大观察，而且电子图像立体感强，其分辨能力可达15mm左右。它是断裂失效分析的最有力的工具。
4.5.3.4 其他检验分析
在失效分析中，为更好地获得分析结果，除了进行断口分析之外，还必须进行化学、力学、物理等试验分析。(www.xing528.com)
1.化学分析 在失效分析中，为了查明材料是否符合规定要求，必须进行化学成分分析。然而，实际使用的材料成分与规定成分稍有偏差，在失效分析中并不太重要，因为只有很少数的服役失效是由于材料使用不当或者有缺陷而引起的。因此，从化学成分分析的结果去找失效的原因是很少的。但是，在某些特殊失效分析中，特别是包含着腐蚀和应力腐蚀的失效案例，却很有必要对腐蚀表面沉积物、氧化物或者腐蚀产物以及与被腐蚀材料接触的介质进行化学分析，以利于初步确定失效的原因。
化学分析包括常规的、局部的、表面的和微区的化学分析。在分析中，应当注意常规成分报告中那些没有规定限量的有害元素，例如砷、锑、铅、锡、铋等是否超过限量。另外，还要注意气体含量，例如氢、氧、氮等也不能超过一定的限量。
在失效分析中，经常使用电子探针、俄歇谱仪、离子探针等仪器来检测腐蚀产物、表面化学元素组成、化学成分的局部偏析、微量及痕量元素等。
2.金相检验 金相检验在构件断裂失效分析中也是经常应用的一种重要手段，有些损坏构件往往只需作金相检验就可以查明损坏的原因。例如由加工工艺、材质缺陷和环境介质等因素所导致的损坏，均可通过金相检验来判别损坏原因。
金相检验的内容主要有晶粒的大小、组织形态、第二相粒子的大小及分布、晶界的变化，以及夹杂物、疏松、裂纹、脱碳等缺陷。特别应注意晶界的检验，以及是否有析出相、腐蚀等现象的发生。
检查裂纹时，往往能从试样的裂纹尖端得到最有价值的信息。由于它受环境介质的影响较小，容易判别裂纹扩展路径的方式——穿晶型或沿晶型。
3.物相分析 断口上经常有夹杂物、第二相、腐蚀产物等析出或生成，它们对构件断裂尤其是沿晶断裂影响显著。因此，采用F射线衍射仪、电子显微镜、电子衍射仪、离子质谱仪等进行物相分析，对确定其结构及化学组成是很有必要的。
4.断裂力学分析 断裂力学在金属材料的研究、机械构件的设计、构件安全寿命的预测及剩余寿命的估算等方面，均起着重要的作用。在机械构件设计时，不能单纯追求材料的强度指标，尤其是大截面或零部件处于平面应变条件下时，必须认真考虑构件的应力强度因子KI和材料的断裂韧度KIC值的大小。如果构件处于腐蚀介质环境中，还需要考虑KISCC值，才能确定构件安全使用所能允许的裂纹尺寸，以及确定含有裂纹构件的剩余寿命等。
目前，常用的评价断裂韧度的方法有：平面应变断裂韧度测试、动态撕裂测试、J积分断裂判据、裂纹张开位移及动态断裂韧度测试等。
5.模拟试验 所谓模拟试验，是指把在已知条件下断裂的断口形貌与未知条件下的断裂者进行比较，（也有人称之为对比试验），亦即通过试验的方法再现失效构件断口，从而对失效原因作出初步判断或分析。
在失效分析进入最后阶段时，可能需要对被确认为导致失效的失效因素进行模拟试验。但是，模拟试验往往不是全部能办到的，因为需要复杂的设备，而且即使可行，所有的服役条件也不可能是十分清楚和容易模拟的。例如，腐蚀失效就很难在试验室再现。
要想对实际失效现象进行全部模拟是很难实现的，但是对其中一个或两个参数或参量进行模拟还是可以办到的。例如，温度、介质浓度等环境因素对失效影响的模拟等。
4.5.3.5 综合分析
失效分析进行到一定阶段，需要对从各种检查和试验所获得的结果和基本试验数据进行全面的分析研究。如果遇到失效原因捉摸不定的情况，可查阅已发表的同类实例报告，也许有助于获取新的线索。
一般而言，可以从各种检验结果、试验数据和记录的综合分析中，得出失效的一种或几种主要原因，并且提出改进措施。
失效分析报告应该写得清晰、简练和合乎逻辑，其具体内容如下：
（1）失效构件的描述。
（2）失效时的服役条件。
（3）失效前的服役条件。
（4）失效构件的制造及热处理过程。
（5）失效构件材料的冶金质量评定。
（6）各种物理、化学、力学试验。
（7）失效的主要原因及其影响因素。
（8）预防措施及改进建议等。
事实上，并不是每一个报告都要包括上述全部内容，而是要从实际情况出发。此外，长篇报告的开始应附有摘要。在写报告时，应尽可能避免使用怪癖难懂的技术术语。
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