（1）冶金质量和失效抗力的关系对早期损坏的零件进行失效分析时，一般容易忽视冶金质量的影响，特别是微量杂质元素显微偏聚的危害作用。近年来，开展基础件攻关的实践中，我们深刻体会到，冶金质量对失效抗力的影响是很大的，在进行失效分析时，必须予以充分注意。
例如，采用20SiMn2MoVA制造的吊环、吊卡和射孔器，总的讲来质量和寿命是良好的，但有时也出现一些质量事故。后来发现发生质量事故的产品所使用的原材料，都是××钢厂生产的。于是，对××钢厂与重庆钢厂生产的20SiMn2MoVA分别进行了常规化学分析和力学性能检验，没有发现明显的差别。遂又测定KIC和FATT等，则显示出很大的差异，见表4。经对这两炉钢进行电子探针半定量分析，虽然它们的平均含磷量都很少，但富集区则高达2%～3%，而且D3283炉富集比829-16炉更严重（前者2.13%～3.44%，后者1.64%～2.63%），因而D3283炉的KIC比829-16炉低，而FATT则显著上升，表现为大的脆性倾向。
表4 冶金质量对力学性能的影响
再如我们去年分析华北油田断裂的西德进口钻杆时，宏观断口和电镜断口表明属于典型的应力腐蚀破裂。其外因是井队违反操作规程，长时间向井下注盐酸，用以解除卡钻事故。但内因是什么？常规的化学分析和力学性能检验都不能回答。经进行电子探针半定量分析，发现断裂钻杆中硫的偏聚十分严重，其富集区硫含量高达5%，并且还发现应力腐蚀裂纹的分叉裂纹是沿硫化物发展的。这说明硫的显微偏聚是导致钻杆应力腐蚀破裂的内在因素。现代的研究已经指出，钢中存在的P、S、As、Sb、Sn、Bi、Pb等微量杂质元素，由于它们富集于原奥氏体晶界，使晶界能降低，断裂容易沿晶界进行，导致钢材脆化。因此，在进行失效分析时，如果找不出别的失效原因，应仔细地进行冶金质量检查，分析一下失效抗力是否与冶金质量有关。
（2）试验室性能试验与实物试验的关系基础件攻关时，通过失效分析，找出导致零件早期失效的主要矛盾形成失效的判据，接着就要进行试验室的性能试验，选择出满足于失效判据的材料和强化工艺。在很多情况下，试验室试棒试验与现场工业性试验结果是一致的，至少有依赖关系。但在吊环、吊卡等产品的攻关中发现，试验室试棒试验结果认为是安全可靠的材料和强化工艺，在做出实物后进行实物试验时，远没达到设计要求就破断了。这表明，试验室的小试棒与真实零件的强度有时会有很大出入。这是因为，试棒中的应力状态、应力应变在体积内的分布、尺寸因素、环境模拟、载荷模拟以及加工工艺等与实际零件都有差异。
显然，对零件服役性能最直接的考验是实际运转试验（现场工业性试验），但这种试验既不能于设计前得到，也是在费用和时间上所不允许的。因此，有时则在试验室进行模拟试验，其试样形状、尺寸、应力状态、环境介质等均接近真实服役条件，对材料服役性能的评定有一定的价值。但这两种试验只能与试验室力学性能试验相配合，而不能代替它。
应该肯定，试验室内对小试棒的强度研究，对真实零件是有相当大的指导作用的，应该加强这方面的工作。这里要着重说明的是：基础件攻关时，不仅要做试验室的小试棒试验，而且要尽可能地做实物试验、模拟试验。如果它们之间有较大差异，则必须寻找在试验条件上的差别。而对试验室里小试棒的试验研究，一方面要尽力模拟真实零件的工作条件，另一方面还要考虑加工制造工艺对零件寿命的影响，尽可能提高试验室试棒试验与零件实际服役行为联系的紧密性。
（3）关于强度与塑性、韧性的合理配合减轻产品重量、延长使用寿命的重要措施是提高材料的使用强度水平，但材料的强度与塑性、韧性一般表现为互为消长的关系，强度高的，往往塑性、韧性就低；反之，为求得高的塑性、韧性，就要牺牲强度，因此，处理好强度与塑性、韧性的合理配合，对于基础件攻关的成效关系甚大。
关于强度与塑性、韧性的合理配合，人们早在20世纪30年代就逐渐从生产实践中积累了这方面的资料。大量的事实说明，绝大多数零件在工作过程中对材料的塑性、韧性要求并不高，例如柴油机曲轴这一形状复杂、应力集中较大的零件，早在40年代国外已经运用塑性、韧性很低的合金孕育铸铁或球墨铸铁制造。如前所述，宝鸡石油机械厂10年前设计制造的5000m直流电驱动钻机，其大量的零件都提高了硬度要求，即提高了使用强度水平，有的提高一倍以上，塑性、韧性相应降低。实践证明，这样改革后塑性、韧性仍然是富裕的。
但有些零件，例如我们前面所提到的射孔器、吊环、吊卡等，它们的应力状态较“硬”，对塑性、韧性的要求较高，不但采用了高强度与大塑性、韧性相结合的20SiMn2MoVA，而且冶炼工艺上采用了电渣重熔。这几种产品，若不提高材料的使用强度水平，就达不到减轻重量、延长寿命的目的；若没有较高的塑性、韧性，安全可靠性就不能保证。
因此，我们的观点是：①各种不同的零件，由于其结构特点和工作条件各有不同，对强度与塑性、韧性的配合，要具体情况具体分析，不能一概而论；②就石油钻采机械的大多数零件而言，对塑性、韧性的要求并不高。(www.xing528.com)
断裂力学出现后，造成一种错觉，似乎各种零件都是塑性、韧性越高越好，但只要认真分析一下，就不难看出这种观点的片面性，超高强度钢的低应力脆断问题，塑性、韧性确实是主要矛盾，但对于一般机械制造而言，大部分零件的主要矛盾仍然是提高使用强度水平问题。这些零件采用正火或调质，强度很低，塑性已很富裕，我们曾用断裂力学粗略计算了一下钻机绞车轴的安全可靠性，其临界裂纹尺寸达到300m左右，远远超过了这种轴的直径，因此，完全有可能大幅度提高这类轴的使用强度水平。
（4）关于结构、材料、工艺的综合考虑一个零件强度的高低取决于以下三方面的因素：①结构设计，这是结构方面对强度的影响，有人称为结构强度；②零件的结构既定之后，就是选用的材料，对该材料拟定的热处理工艺一般地说也就随之而定了，这是材料方面对零件强度的影响；③材料选定之后，还必须考虑零件制造工艺过程对其强度的影响，这是工艺因素对零件强度的影响。应该指出，上述三方面的因素是很难截然分开的，比如，在考虑结构因素对零件强度的影响时，有时还要联系到材料因素与工艺因素；同样，在考虑材料强度的影响时，也必须考虑零件的结构设计，主要是解决应力集中对材料强度的影响。
例如，在刚开始改进吊环时，只单纯地考虑了材料和热处理工艺问题，为了减轻吊环的重量，采用了抗拉强度σb≥1600MPa的25SiMn2MoVA钢。这样虽然大幅度减轻了吊环的重量，但吊环断裂问题并未根本解决。油田发生的吊环断裂事故中，有几起是改进后的轻型吊环。这主要是对吊环的应力分布缺乏认识。于是，进行了电测、光弹等实验应力分析，发现吊环环部应力集中相当严重，小环部危险截面处的最大拉应力已接近材料的屈服强度，这样就容易导致吊环出现高应变低周次疲劳破坏。搞清了吊环的应力分布后，从设计、材料、工艺三方面进行综合改进：①结构设计上，通过改变小环部几何形状和加大截面，减轻应力集中和降低应力水平；②在材料方面，考虑到可能发生低周疲劳破坏，改用综合机械性能更好的20SiMn2MoVA；③在工艺方面，采用喷丸强化提高疲劳寿命。这些改进已开始收到显著效果，吊环断裂事故得以杜绝。
再如吊卡。在试验轻型吊卡初期，试压时经常出现断裂现象，后经过涂漆法及电测、光弹等实验应力分析，搞清了吊卡的应力集中情况，加大了危险截面处的过渡圆弧，再加上材料和热处理工艺的改进，有效地解决了试压断裂问题。
公锥攻关过程，当确定打捞扣的强度是导致早期失效的主要矛盾时，除了在材料上进行了改革外，以后又改进了打捞扣的形状、尺寸，变细扣为锯齿形粗扣，使公锥寿命有了进一步提高。
总之，在基础零部件攻关时，必须综合考虑结构、材料、工艺。在某些情况下，通过改变零件的形状、尺寸来提高其失效抗力较之改革材料和工艺更为有效。而当设计结构的改善受到限制时，零件的应力水平、应力分布和应力状态又要求制造零件的材料和工艺与之相适应。例如几何形状复杂、应力状态较“硬”的零件，要求材料有足够的塑性韧性；带有尖锐缺口的零件，要求材料有较低的缺口敏感度等。由此可见，在提高零件的失效抗力时，零件的结构设计与材料、工艺是互相渗透、互相依赖的。
（原载《石油钻采机械通讯》1979年第3期，标题为“开展金属材料强度的研究——提高石油钻采机械质量和寿命”）
作者附言：中共中央召开的全国科学大会1978年3月18日至31日在北京举行。出席这次大会的代表除中央和地方的各级领导外，还包括各省、市、自治区和各部门、各行业遴选的全国先进科技工作者和全国先进科技集体的代表。笔者是以“全国先进科技工作者”的身份出席会议的。
陕西省代表团驻地是西苑饭店。会议期间，在驻地安排了几名全国先进科技工作者经验交流发言。笔者是发言者之一。本文系根据当时的发言材料整理而成，后来发表于《石油钻采机械通讯》1979年第3期。文中提到的一些成果，如“高强度高韧性结构钢”“无镍低铬无磁钢”“轻型三吊”“液压防喷器”等获全国科学大会重大科技成果奖。
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