常见零件失效分析步骤

通常按下列步骤对具体零件进行失效分析（以一个零件发生断裂为例）：

（1）调查研究收集原始背景材料

①零件名称，用于何机器、何部位。

②该零件的功能、要求及设计依据，包括材料选择。

③使用经历，包括使用寿命、操作温度、环境条件、负荷情况、载荷谱形式、拉力或压力、加载速度、超载情况等。

④原材料、处理工艺和性能情况。

⑤表面处理情况。

⑥制造工艺。

⑦失效零件的样品收集。

（2）残骸拼凑分析与低倍宏观检查

1）残骸分析——寻找最先发生破坏的零件或部位。有时一个较复杂的设备发生断裂破坏，不只是个别零件的破坏，而是许多零部件都发生破断，所以首要任务是找到最先破坏的零件或部件，这往往采用残骸拼凑分析的方法，根据裂纹走向、断口情况，以及各零部件互相间碰撞划伤的情况，可判断哪一部分是最先破断的零件或部位。

2）对整个零件进行检查，包括以下内容：

①断裂形式、部位及塑性变形情况，并注意裂纹的源区、发展情况及其终止点。

②主裂纹以外的裂纹或其他缺陷。

③有无腐蚀痕迹（如局部腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、电化学腐蚀、高温剥蚀或应力腐蚀裂纹）。

④有无磨损迹象（过热、擦伤和磨蚀）。

⑤表面状况如何（有无机械损伤、应力集中部位和颜色变化、起皮的过烧现象等）。

⑥原材料质量、加工缺陷，如锻件和铸件质量、焊缝质量（裂纹、疏松和夹杂等）及其与断裂部位的相对位置。

⑦裂纹与零件表面有无腐蚀产物和其他外来物。

3）对断口进行宏观检查：

①裂纹源与终止点。

②裂纹源附近的表面应力集中区和材料与加工的缺陷。

③断口附近的塑性变形情况。

④从断口估计平均应力的大小。(www.xing528.com)

⑤断裂面、裂纹扩展方向与应力类型、大小和方向的关系。

⑥断口是清洁光亮还是氧化锈蚀及回火色。

⑦断口结构和疲劳条带情况，以及终断区大小。

4）摄影和画草图，注明所观察的结果。

5）尺寸测量。

6）妥善保管好断口及附着其上的物质，在宏观检验的基础上分析需要进一步了解的内容，决定进行何种试验分析。

（3）零件受力和失效部位应力分析计算 必要时实验方法测定。

（4）深入实验分析 用来进行进一步实验分析的实验技术是各种各样的，尤其是现代分析仪器的发展，使实验手段更多、更精密、更微观，但对于某一具体失效零件要采取何种实验技术，要视具体情况而定，原则是为了揭示主要矛盾，用尽可能少的实验，较简单的仪器设备，获得进行分析所必须的足够信息。可供选择使用的实验技术概括起来有以下几大类：

1）力学性能方法。测定零件材料的力学性能，即应力应变特性和断裂韧性（有的要包括环境温度和介质条件，以便能对零件的承载能力作出评价）。

2）断口和裂纹附近剖面磨片的微观分析。对零件材料的金相组织、显微硬度、晶粒度、夹杂物、表面处理、加工流线、裂纹起源和走向等进行观察和评定，对选材、制造、热处理、焊接工艺等是否合适作出判断。如果配合立体显微镜观察还不能确证，则可利用透射电镜、扫描电镜、探针、能谱仪、X射线衍射等方法，对断口微观形貌和断口上的附着物类型、微区成分、超薄表面层1～5nm或表面成分微量变化进行详细观察分析，对断裂性质、应力类型、可能的断裂原因作出初步判断。

3）化学及电化学方法。对物料及断口附着物的成分和材料在环境介质中的稳定性、电极电位等进行评定。

4）物理性能方法。利用对材料的电磁、膨胀、热性能的测试，了解零件材料组织结构及其变化规律。常用的分析方法见表1-6～表1-8。

表1-6 形态分析方法

各种现代化分析仪器对失效分析十分有用，为了合理有效地选用各种仪器，现对不同分析内容应选用何种仪器和工具，作一简要说明。

表1-7 相结构、晶面晶向和应力分析方法

表1-8 成分分析方法

（5）综合分析找出失效原因，提出防止和改进措施的建议 根据原始资料，应力分析和所作各种观察试验的结果数据，运用机械学和材料学等知识进行综合分析，找出导致失效的主要原因，并针对这些原因提出切实可行并且有效的改进措施的设想。应根据失效的原因制定防止失效的措施，并首先从选材、设计、制造和处理工艺、环境介质条件等方面去找。

为了验证所得结论的可靠性，在重大问题上，在条件许可的情况下，应做模拟实验或实物试验来进行验证。如试验结果与预期结果基本一致，则说明分析结论基本正确，可推广到生产实践中去进一步考验；如试验结果与预期的不一样，则需进一步分析。

（6）撰写失效分析总结报告 撰写的报告中应包括主要原始情况、重要的数据、失效的主要模式、失效的主要原因和防止发生同类事故的措施和建议等项内容。

在零部件失效分析的过程中，为了使工作的目的性和计划性更强、更有成效，在对失效零件的原始情况作详尽调查了解和宏观检查之后，要制定一个分析方案和工作计划。