第一篇：《材料失效分析》實驗教案2014上

課 程 教 案

課程名稱： 材料失效分析實驗 任課教師： 劉先蘭 所屬院（部）： 機械工程學(xué)院 教學(xué)班級： 2011級金屬材料工程 教學(xué)時間：2013—2014學(xué)年第二學(xué)期

湖 南 工 學(xué) 院

《材料失效分析》實驗

實驗課程編碼： 學(xué)時：6 適用專業(yè)：金屬材料工程

先修課程：材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料力學(xué)性能、金屬塑性成型原理、現(xiàn)代材料檢測技術(shù)等 考核方式：

一、實驗課程的性質(zhì)與任務(wù)

幫助學(xué)生進(jìn)一步理解所學(xué)知識，加深對一般工程結(jié)構(gòu)和機械零件失效分析的基礎(chǔ)知識、基本方法和基本技能的掌握；能夠利用所學(xué)的知識建立失效分析方法和思路（故障樹）；熟悉判斷失效零件裂紋源的方法；熟知各類斷裂件的斷口形貌及斷裂機制，分析各種斷裂類型、起裂點及斷裂過程。

二、實驗項目

實驗一 材料失效中的金相分析法實驗（2學(xué)時）

實驗二 零件失效的宏觀分析法（2學(xué)時）

實驗三 靜載荷作用下的金屬材料斷裂失效斷口分析（2學(xué)時）

三、實驗報告要求

每個實驗均應(yīng)寫實驗報告。按統(tǒng)一格式，采用統(tǒng)一封面和報告紙。實驗報告內(nèi)容應(yīng)包括實驗名稱、目的、內(nèi)容和理論基礎(chǔ)、實驗設(shè)備（名稱、規(guī)格及型號）及材料名稱，實驗步驟、實驗結(jié)果、結(jié)果分析。

四、其它要求

實驗中，注重知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，突出學(xué)生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

五、教材和參考資料 1教材：

《材料失效分析》，莊東漢主編.華東理工大學(xué)出版社.2．參考資料：

[1]《機械零件失效分析》，劉瑞堂編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社..[2]《材料成形與失效》，王國凡主編，化學(xué)工業(yè)出版社.[3]《材料現(xiàn)代分析方法》，左演聲主編，北京工業(yè)出版社.[4] 《斷口學(xué)》，鐘群鵬主編，高等教育出版社.[5] 《金屬材料及其缺陷分析和失效分析100例》，候公偉主編，機械工業(yè)出版社.實驗一

材料失效中的金相分析法實驗（2學(xué)時）

金相分析技術(shù)的重要性在于：（1）根據(jù)金相分析結(jié)果可以判斷熱處理生產(chǎn)工藝及其組織缺陷；（2）根據(jù)金相顯微組織照片可以知道構(gòu)件的破壞原因

【1】實驗的目的和要求

1）目的

通過實驗，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握所學(xué)專業(yè)知識，加深對一般工程結(jié)構(gòu)和機械零件失效分析的基礎(chǔ)知識、基本方法和基本技能的掌握。

2）要求

要求學(xué)生在熟悉和鞏固各種檢測方法的基本原理和應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體失效產(chǎn)品，做出合理分析。能夠運用金相分析法在材料失效分析中的應(yīng)用。

【2】實驗內(nèi)容或原理

在失效件上切片，制備相關(guān)金相試樣。金相檢驗材料的顯微組織，有助于確認(rèn)熱處理的質(zhì)量情況，為失效原因提供證據(jù)。

一、材料失效分析方法分類

一）相關(guān)性分析的思路及方法

一般用于具體零、部件及不太復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)的失效分析中。1.按照失效件制造的全過程及使用條件的分析方法

（1）審查設(shè)計 如對使用條件估計不足進(jìn)行的設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)選用不當(dāng)，設(shè)計判據(jù)不足，高應(yīng)力區(qū)有缺口，截面變化太陡，缺口或凹倒角半徑過小及表面加工質(zhì)量要求過低等均可能是致斷因素。

（2）材料分析 材料選用不正確，熱處理制度不合理，材料成分不合格，夾雜物超級，顯微組織不符合要求，材料各向異性嚴(yán)重，冶金缺陷等。

（3）加工制造缺陷分析 鑄、鍛、焊、熱處理缺陷，冷加工缺陷，酸銑、電鍍?nèi)毕?，碰傷，工序間銹蝕嚴(yán)重，裝配不當(dāng)，異物混入及漏檢等。

（4）使用及維護(hù)情況分析 超載、超溫、超速，啟動、停車頻繁或過于突然，潤滑制度不正確，潤滑劑不合格，冷卻介質(zhì)中混有硬質(zhì)點，未按時維修保養(yǎng)，意外災(zāi)害預(yù)防措施不完善等。

2.根據(jù)產(chǎn)品的失效形式及失效模式分析的思路及方法

這是較為常用的分析方法。一個具體的零件失效后，根據(jù)其表現(xiàn)形式（過量變形、表面損傷和斷裂）進(jìn)一步分析失效模式，然后分析導(dǎo)致這種失效模式的內(nèi)部因素和外部因素，最后找出失效的原因。3.“四M”分析思路及方法

所謂“四M”分析法，是指將Man（人）、Machine（機器設(shè)備）、Media（環(huán)境介質(zhì)）和Management（管理）作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法。對于一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)常采用此種方法。依此分別進(jìn)行如下四方面的分析工作。

（1）操作人員情況的分析 如工作態(tài)度不好、責(zé)任心不強、玩忽職守、主觀臆斷和違章作業(yè)等不安全行為以及缺乏經(jīng)驗、反應(yīng)遲鈍和技術(shù)低劣等局限性。

（2）環(huán)境情況的分析 主要指的是產(chǎn)品在使用狀態(tài)下所處的環(huán)境條件，如載荷狀態(tài)、大小、方向的變化。溫度，濕度，塵埃，是否存在腐蝕介質(zhì)等。

（3）設(shè)備情況的分析 主要指的是材料的選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計，加工制信水平及安裝、運輸保護(hù)措施等。

（4）管理情況的分析 如缺乏適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)程序，保護(hù)措施不健全，輔助工作太差，使用的工具、設(shè)施不當(dāng)，沒有按規(guī)定的作業(yè)程序操作，缺乏嚴(yán)格的維修保養(yǎng)制度等。二）系統(tǒng)工程的分析思路及方法

失效系統(tǒng)工程是把復(fù)雜的設(shè)備或系統(tǒng)和人的因素當(dāng)作一個統(tǒng)一體，運用數(shù)學(xué)方法和計算機等現(xiàn)代化工具，來研究設(shè)備或系統(tǒng)失效的原因與結(jié)果之間的邏輯聯(lián)系，并計算出設(shè)備或系統(tǒng)失效與部件之間的定量關(guān)系。

失效系統(tǒng)工程分析法主要類型：（1）故障樹分析法（簡稱FTA法）（2）特征—因素圖分析法

（3）事件時序樹分析法（簡稱 ETA法）（4）故障率預(yù)測法

（5）失效模式及后果分析法（簡稱FMEA法）（6）模糊數(shù)學(xué)分析法 三）數(shù)理統(tǒng)計分析思路及方法

相關(guān)性：

二、失效分析的一般程序

機械零件失效的情況是千變?nèi)f化的，分析的目的和要求也不盡相同，因而很難規(guī)度一個統(tǒng)一的分析程序。一般說來，大體上包括：

1）調(diào)查失效事件的現(xiàn)場，2）收集背景材料，3）深入研究分析，4）綜合歸納所有信息并提出初步結(jié)論，5）重現(xiàn)性試驗或證明試驗，6）確定失效原因并提出建議措施，7）寫出分析報告等內(nèi)容。

三、失效分析的步驟 l、現(xiàn)場調(diào)查（1）保護(hù)現(xiàn)場

（2）查明事故發(fā)生的時間、地點及失效過程（3）收集殘骸碎片，標(biāo)出相對位置，保護(hù)好斷口。（4）選取進(jìn)一步分析的試樣。

（5）詢問且擊者及其他有關(guān)人員能提供的有關(guān)情況。（6）寫出現(xiàn)場調(diào)查報告。

2、收集背景材料（1）設(shè)備的自然情況（2）設(shè)備的運行記錄（3）設(shè)備的維修歷史情況（4）設(shè)備的失效歷史情況

（5）設(shè)計圖紙及說明書，裝配程序說明書，使用維護(hù)說明書（6）材料選擇及其依據(jù)（7）設(shè)備主要零部件的生產(chǎn)流程（8）質(zhì)量檢驗報告及有關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

3、技術(shù)參量復(fù)驗（1）材料的化學(xué)成分（2）材料的金相組織及硬度（3）常規(guī)力學(xué)性能

（4）主要零部件的幾何參量及裝配間隙

4、深入分析研究

（1）失效產(chǎn)品的直觀檢查（變形。損傷情況，裂紋擴展，斷裂源）（2）斷口的宏觀分析及微觀形貌分析（多用掃描電鏡）

（3）無損探傷檢查（渦流、著色、磁粉、同位素、X射線、超聲波等）（4）表面及界面成分分析（俄歇能譜）

（5）局部或微區(qū)成分分析（輝光光譜、能譜、電子探針）（6）相結(jié)構(gòu)分析（X射線衍射法）

（7）斷裂韌性檢查，強度、韌性及剛度校核

5、綜合分析歸納，推理判斷提出初步結(jié)論

根據(jù)失效現(xiàn)場獲得的信息、背景材料及各種實測數(shù)據(jù)，運用材料學(xué)、機械學(xué)、管理學(xué)及統(tǒng)計學(xué)等方面的知識，進(jìn)行綜合歸納、推理判斷、分析后，初步確定失效模式并提出失效原因的初步意見和預(yù)防措施。

6．重現(xiàn)性試驗或證明試驗 重大事件： 7．撰寫失效分析報告

失效分析報告與科學(xué)研究報告相比較，除了在應(yīng)寫得條理清晰、簡明扼要、合乎邏輯方面相同外，二者在格式和側(cè)重點等許多方面都有所不同。失效分析側(cè)重于失效增況的調(diào)查、取證和驗證，在此基礎(chǔ)上通過綜合歸納得出結(jié)論、而不著重探討失效機理，這就有別于斷裂機理的研究報告。

機械產(chǎn)品的失效分析報告通常應(yīng)包括的內(nèi)容

（1）概述 首先介紹失效事件的自然情況：事件發(fā)生的時間、地點，失效造成的經(jīng)濟損失及人員傷亡情況；受何部門或單位的委拓；分析的目的及要求；參加分析人員情況；起止時間等。

（2）失效事件的調(diào)查結(jié)果 簡明扼要地介紹失效部件的損壞情況。當(dāng)時的環(huán)境條件及工況條件；當(dāng)事人和目擊者對失效事件的看法，失效部件的服役史、制造史及有關(guān)的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

（3）分析結(jié)果 為了尋找失效原因，采用何種方法和手段做了哪些分析工作、有何發(fā)現(xiàn)，按照認(rèn)識的自然過程一步步地介紹清楚。對于斷裂件的分析，斷口的宏觀和微觀分析、材料的選擇及冶金質(zhì)量情況分析，力學(xué)性能及硬度的復(fù)檢、制造工藝及服役條件的評價等分析內(nèi)容通常是不可缺少的。

（4）問題討論 必要時，對分析工作中出現(xiàn)的異常情況、觀點上的分歧、失效機理的看法等問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析討論。

（5）結(jié)論與建議 結(jié)論要準(zhǔn)確，建議要具體、切實可行。寫明遺留的問題、尚需進(jìn)一步觀察和驗證的問題等。

四、國際上比較公認(rèn)的分析程序

材料失效的類型多種多樣，所以，進(jìn)行失效分析的思路和方法也不一樣。以金屬件為例，國際上比較公認(rèn)的分析步驟和順序是美國的Brooks失效分析程序和ASM失效分析程序。這兩套分析程序?qū)嵸|(zhì)上是相同的，可以相互替代。Brooks失效分析程序說明如下：

（一）失效情況的描述

以技術(shù)文件的形式記述失效的歷史情況。如失效的特征過程、失效件的原設(shè)計要求以及失效件的使用情況和環(huán)境。特別是有關(guān)的照片資料和多媒體資料。

（二）裸眼觀察

失效件失效后的總體形貌應(yīng)記入上述文件，而且必須進(jìn)行斷口表面或其他重要的失效特征的保護(hù)，不得造成損害。

（三）機械設(shè)計分析（應(yīng)力分析）

當(dāng)失效件是重要的承重構(gòu)件時，應(yīng)進(jìn)行強度分析（應(yīng)力分析），正確評估其承載能力或其他力學(xué)性能。這有助于確定失效件是否具有足夠的尺寸和合適的形狀，以滿足設(shè)計要求，從而可能找出失效的原因。

（四）化學(xué)成分設(shè)計分析

據(jù)此可考察材料的力學(xué)性能、工藝性能和抗腐蝕性能。

（五）制造過程及其各工藝環(huán)節(jié)分析

錯誤的加工工藝過程往往是導(dǎo)致失效的主要原因，如不合格的原材料、各種熱加工工藝的錯誤和機加工、磨削的錯誤等等。

（六）宏觀斷口形貌檢查

在裸眼和低倍放大下檢查斷口表面時，往往可以發(fā)現(xiàn)明顯的形貌特征，可按照斷裂特征和載荷性質(zhì)之間的關(guān)系來推斷斷裂的模式。（實驗二）

（七）微觀斷口分析

包括斷口顯微形貌（斷口組織）試驗和局部化學(xué)成分試驗，以此確定斷裂機理。通常都是采用電子顯微鏡分析。（實驗三）

（八）金相檢驗

金相試樣的制備需在失效件上切片，這可能要求有關(guān)各方在切片前取得一致。金相檢驗材料的顯微組織，有助于確認(rèn)熱處理的質(zhì)量情況，為失效原因提供證據(jù)。（實驗一）

（九）性能檢驗

性能檢驗是與設(shè)計所對應(yīng)的性能試驗，這種確定性能的試驗通常是破壞性試驗。在不允許對失效件做破壞性取樣時，可以用硬度試驗來推斷其力學(xué)性能，如屈服強度等。（實驗三）

（十）失效分析

模擬失效原因，制作與失效件相同的構(gòu)件，使之在設(shè)計要求的真實工況下運行。這是非常昂貴但卻可信的試驗，只有在特殊需要下才做。

五、金相分析技術(shù)的應(yīng)用

1、根據(jù)金相分析結(jié)果可以判斷熱處理生產(chǎn)工藝及其組織缺陷

2、根據(jù)金相顯微組織照片可以知道構(gòu)件的破壞原因

六、金相分析用設(shè)備

1、光學(xué)顯微鏡觀察

在鑄造、固溶態(tài)試樣及擠壓樣品的中心部位截取金相試樣，熱壓縮試樣的金相試樣沿平行于壓縮方向截取，試樣尺寸約為15×15×15mm。將截取的試樣在國產(chǎn)M-2型金相試樣預(yù)磨機上經(jīng)粗磨、精磨至、拋光至精拋光，達(dá)到樣品表面無劃痕、污跡、拖尾的鏡面，將制備好的鏡面試樣侵蝕于4％HNO3＋C2H5OH溶液（此為鎂合金，不同的材料，其腐蝕劑不同）中，在POLYVAR MET型金相顯微鏡下觀察在不同狀態(tài)下合金的組織。

2、掃描電子顯微鏡觀察

鑄態(tài)、固溶態(tài)、擠壓態(tài)合金的第二相的形態(tài)及其在基體中的分布通過Sirion 200場發(fā)射掃描電鏡上進(jìn)行觀察，對合金相的組成進(jìn)行能譜(EDX)分析，并觀察拉伸試樣的斷口形貌。

3、透射電鏡觀察

用水磨砂紙和金相砂紙對鑄態(tài)、固溶態(tài)、擠壓態(tài)合金的透射電鏡試樣進(jìn)行機械減薄到70μm左右，再分別沖裁成直徑為Φ3mm的圓片用于離子減薄，離子減薄在Gantan691型離子減薄儀上進(jìn)行，其減薄時的工作條件為：轟擊電壓為4~5kV，電流為0.3-0.4mA，入射角為6°-8°。在TECNAI G220型透射電鏡上進(jìn)行觀察分析，加速電壓為200kV。通過透射電鏡主要觀察合金晶粒形態(tài)、晶內(nèi)及晶界處位錯組態(tài)、亞晶、亞晶內(nèi)位錯、位錯密度，合金第二相形態(tài)及其分布等等。

七、案例分析

1、鋼鐵合金 1）相圖

1538 1495 1394 Fe

2）灰鑄鐵缸體斷裂失效分析

3）灰鑄鐵輪轂的失效分析

2、鋁合金

1）相圖

2）低壓鑄造鋁合金輪轂內(nèi)部缺陷探討 3）高強度高耐磨性鋁硅合金的實驗研究

3、鎂合金

1）相圖 2）金相圖片分析

思考題：

1、說明金相分析法在材料失效分析中的意義。

2、分析低碳鋼（20）、中碳鋼（45）、高碳鋼（T10）的平衡組織結(jié)構(gòu)，分析其對合金性能的影響。

3、以鋁硅合金為例，從成分、組織和性能的關(guān)系出發(fā)，分析如何提高鋁合金的強度？

實驗二

零件失效的宏觀分析法（2學(xué)時）

宏觀分析主要用于分析斷口形貌。斷口的宏觀分析是斷裂件失效分析的基礎(chǔ)。斷口的宏觀分析，能夠了解斷裂的全過程，因而有助于確定斷裂過程和構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，并有助于確定斷裂過程和斷裂應(yīng)力間的關(guān)系。斷口的宏觀分析，可以直接確定斷裂的宏觀表現(xiàn)及其性質(zhì)，即宏觀脆斷還是韌斷，并可確定斷裂源區(qū)的位置、數(shù)量及裂紋擴展方向等。

【1】實驗的目的和要求

1）目的

通過宏觀分析法，讓學(xué)生了解宏觀分析法在材料失效分析中的重要作用。了解各種失效產(chǎn)品在進(jìn)行分析時其宏觀特征。

2）要求

要求學(xué)生在熟悉和鞏固各種材料如鋼、鐵、鋁、鎂等合金的制備工藝特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體失效產(chǎn)品，分析其宏觀特征。

【2】實驗內(nèi)容或原理

軸、齒輪的失效分析。腐蝕構(gòu)件的失效分析。磨損件的失效分析?？捎糜趯嵗治龅臉?gòu)件有：柴油機曲軸斷裂分析、扭力軸斷裂分析、工、模具斷裂分析、旋轉(zhuǎn)彎曲曲軸件斷裂分析、齒輪類零件失效分析、鑄鐵件開裂分析、鋁合金/鎂合金零件斷裂分析、環(huán)境致脆斷裂件分析、腐蝕、磨損件分析等。

一、分析方法

材料失效的類型多種多樣，所以，進(jìn)行失效分析的思路和方法也不一樣。以金屬件為例，國際上比較公認(rèn)的分析步驟和順序是美國的Brooks失效分析程序和ASM失效分析程序。這兩套分析程序?qū)嵸|(zhì)上是相同的，可以相互替代。Brooks失效分析程序說明如下：

（一）失效情況的描述

以技術(shù)文件的形式記述失效的歷史情況。如失效的特征過程、失效件的原設(shè)計要求以及失效件的使用情況和環(huán)境。特別是有關(guān)的照片資料和多媒體資料。

（二）裸眼觀察

失效件失效后的總體形貌應(yīng)記入上述文件，而且必須進(jìn)行斷口表面或其他重要的失效特征的保護(hù)，不得造成損害。

（三）機械設(shè)計分析（應(yīng)力分析）

當(dāng)失效件是重要的承重構(gòu)件時，應(yīng)進(jìn)行強度分析（應(yīng)力分析），正確評估其承載能力或其他力學(xué)性能。這有助于確定失效件是否具有足夠的尺寸和合適的形狀，以滿足設(shè)計要求，從而可能找出失效的原因。

（四）化學(xué)成分設(shè)計分析 據(jù)此可考察材料的力學(xué)性能、工藝性能和抗腐蝕性能。

（五）制造過程及其各工藝環(huán)節(jié)分析

錯誤的加工工藝過程往往是導(dǎo)致失效的主要原因，如不合格的原材料、各種熱加工工藝的錯誤和機加工、磨削的錯誤等等。

（六）宏觀斷口形貌檢查

在裸眼和低倍放大下檢查斷口表面時，往往可以發(fā)現(xiàn)明顯的形貌特征，可按照斷裂特征和載荷性質(zhì)之間的關(guān)系來推斷斷裂的模式。

（七）微觀斷口分析

包括斷口顯微形貌（斷口組織）試驗和局部化學(xué)成分試驗，以此確定斷裂機理。通常都是采用電子顯微鏡分析。

（八）金相檢驗

金相試樣的制備需在失效件上切片，這可能要求有關(guān)各方在切片前取得一致。金相檢驗材料的顯微組織，有助于確認(rèn)熱處理的質(zhì)量情況，為失效原因提供證據(jù)。

（九）性能檢驗

性能檢驗是與設(shè)計所對應(yīng)的性能試驗，這種確定性能的試驗通常是破壞性試驗。在不允許對失效件做破壞性取樣時，可以用硬度試驗來推斷其力學(xué)性能，如屈服強度等。

（十）失效分析

模擬失效原因，制作與失效件相同的構(gòu)件，使之在設(shè)計要求的真實工況下運行。這是非常昂貴但卻可信的試驗，只有在特殊需要下才做。

二、宏觀分析方法

根據(jù)《機械工程材料測試手冊》，按國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼材斷口檢驗方法》和《碳素鋼和低合金鋼斷口檢驗方法》規(guī)定,已經(jīng)納入上述標(biāo)準(zhǔn)的斷口有:(1)纖維狀斷口,(2)瓷狀斷口,(3)結(jié)晶狀斷口,(4)臺狀斷口...一）斷口處理及斷口分析的任務(wù)

斷口分析，是用肉眼、低倍放大鏡、實體顯微鏡、電子顯微鏡、電子探針、俄歇電子能譜、離子探針質(zhì)譜等儀器設(shè)備，對斷口表面進(jìn)行觀察及分析，以便找出斷裂的形貌特征、成分特點及相結(jié)構(gòu)等與致斷因素的內(nèi)在聯(lián)系。

斷口分析包括宏觀分析和微觀分析兩個方面。宏觀分析主要用于分析斷口形貌。微觀分析，既包括微觀形貌分析又包括斷口產(chǎn)物分析（如產(chǎn)物的化學(xué)成分、相結(jié)構(gòu)及其分布等）。

在對斷口進(jìn)行分析以前必須妥善地保護(hù)好斷口并進(jìn)行必要的處理。斷裂的基本分類 1）延性斷裂與脆性斷裂

斷裂前如有宏觀塑性變形——延性斷裂 斷裂前如無宏觀塑性變形——脆性斷裂 2）穿晶斷裂與沿晶斷裂

裂紋擴展是穿過晶粒內(nèi)部的——穿晶斷裂 裂紋擴展是沿著晶粒晶界的——沿晶斷裂 穿晶斷裂可分： 脆性斷裂——穿過晶粒，沿晶體的解理面裂開，無塑性變形

延性斷裂——穿過晶粒，晶粒本身有明顯塑性變形

1、斷口的處理

（1）在干燥大氣中斷裂的新鮮斷口 防止銹蝕，防止手指污染斷口及損傷斷口表面；

（2）對于斷后被油污染的斷口，要進(jìn)行仔細(xì)清洗。（3）在潮濕大氣中銹蝕的斷口。

（4）在腐蝕環(huán)境中斷裂的斷口，在斷口表面通常覆蓋一層腐蝕產(chǎn)物，這層腐蝕產(chǎn)物對分析致斷原因往往非常重要。

腐蝕產(chǎn)物的去除方法有化學(xué)法、電化學(xué)法及干剝法等。

2、斷口分析的任務(wù)

（l）確定斷裂的宏觀性質(zhì)。塑性斷裂/脆住斷裂/疲勞斷裂等。

（2）確定斷口的宏觀形貌。纖維狀斷口/結(jié)晶狀斷口；有無放射線花樣及有無剪切唇等；（3）查找裂紋源區(qū)的位置及數(shù)量。裂紋源區(qū)的所在位置是在表面、次表面還是在內(nèi)部，裂紋源區(qū)是單個還是多個，在存在多個裂草源區(qū)的情況下，它們產(chǎn)生的先后順序是怎樣的等；

（4）確定斷口的形成過程。裂紋是從何處產(chǎn)生的，裂紋向何處擴展，擴展的速度如何等；

（5）確定斷裂的微觀機制。解理型/準(zhǔn)解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；（6）確定斷口表面產(chǎn)物的性質(zhì)。斷口上有無腐蝕產(chǎn)物或其他產(chǎn)物，何種產(chǎn)物，該產(chǎn)物是否參與了斷裂過程等。二）斷口的宏觀分析方法

斷口的宏觀分析是斷裂件失效分析的基礎(chǔ)。斷口的宏觀分析，能夠了解斷裂的全過程，因而有助于確定斷裂過程和構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，并有助于確定斷裂過程和斷裂應(yīng)力（正應(yīng)力及切應(yīng)力）間的關(guān)系。斷口的宏觀分析，可以直接確定斷裂的宏觀表現(xiàn)及其性質(zhì)，即宏觀脆斷還是韌斷，并可確定斷裂源區(qū)的位置、數(shù)量及裂紋擴展方向等。生產(chǎn)中的產(chǎn)品檢驗的目的主要是：

1）利用斷口來檢查鑄鐵件的白口情況，用于確定鑄件的澆注工藝； 2）用斷口法檢查滲碳件滲層的厚度，以便確定滲碳件的出爐時間；

3）用斷口法檢查高頻淬火件的淬硬層厚度，以便確定合理的感應(yīng)器設(shè)計及淬火工藝； 4）用斷口法確定高速鋼的淬火質(zhì)量；

5）用斷口法檢查鑄錠及鑄件的冶金質(zhì)量（如有無疏松、來雜、氣孔、折迭、分層、白點及氧化膜等）。

1、最初斷裂件的判斷

分析對象是一個復(fù)雜的大型機組或是一組同類零件中的多個發(fā)生斷裂。（1）整機殘骸的失效分析

整機殘骸的分析通常稱為殘骸的順序分析。即根據(jù)殘骸上的碰傷、劃痕及其破壞特征分析整機破壞的先后順序，由大部件到小部件，再到單個零件，進(jìn)而對最初斷裂件的斷口作具體分析。（2）多個同類零件損壞的失效分析

一組同類零件的幾個或全部發(fā)生損壞時，要判明事故原因需確定哪一個件先壞，這類分析也應(yīng)采用順序分析法。在對多個同類零件的損壞情況下，要根據(jù)損壞件的變形及損傷的嚴(yán)重程度來確定最初破斷件。

（3）同一個零件上相同部位的多處發(fā)生破斷時的分析

在同一個零件上，在其幾何結(jié)構(gòu)及受力情況完全相同的幾個部位均出現(xiàn)損壞的情況。必須首先搞清楚是哪個部位首先損壞。

2、主斷面（主裂紋）的宏觀判斷

最初斷裂件找到后，緊接著的任務(wù)就是確定該斷裂件的主斷面或主裂紋。所謂主斷面就是最先開裂的斷裂面。主斷面上的變形程度、形貌特點，特別是斷裂源區(qū)的分析，是整個斷裂事故分析中最重要的環(huán)節(jié)。1）利用碎片拼湊法確定主斷面

2）按照“T”型匯合法確定主斷面或主裂紋 3）按照裂紋的河流花樣確定主裂紋

碎片拼湊法確定主斷面 “T”型匯合法確定主斷面或主裂紋 裂紋的河流花樣確定主裂紋

3、斷裂（裂紋）源區(qū)的宏觀判斷

主斷面（主裂紋）確定后，斷裂分析的進(jìn)一步工作是尋找裂紋源區(qū)。裂紋源區(qū)是斷裂破壞的宏觀開始部位。尋找裂紋源區(qū)不僅是斷裂宏觀分析中最核心的任務(wù)，而且是光學(xué)顯微分析和電子顯微分析的基礎(chǔ)。

1）利用斷口上的“三要素”特征確定裂紋源區(qū)

2）利用斷口上的“人”字紋特征確定裂紋源區(qū) 3）根據(jù)斷口上的放射花樣確定裂紋源區(qū)

4）根據(jù)斷口上的“貝紋”線確定裂紋源區(qū)

5）將斷開的零件的兩部分相匹配，則裂縫的最寬處為裂紋源 6）根據(jù)斷口上的色彩程度確定裂紋源區(qū) 氧化色

4、宏觀斷口的表觀現(xiàn)象與致斷原因初判 1）斷裂源區(qū)和零件幾何結(jié)構(gòu)間的關(guān)系

斷裂源區(qū)可能發(fā)生在零件的表面、次表面或內(nèi)部。

對于塑性材料的光滑試件（零件），在單向拉伸狀態(tài)下，斷裂源在截面的中心部位屬于正常情況。為防止零件出現(xiàn)此種斷裂，應(yīng)提高材料的強度水平或加大零件的幾何尺寸。

表面硬化件發(fā)生斷裂時，斷裂源可能發(fā)生在次表層，為防止此類零件的斷裂，應(yīng)加大硬化層的深度或提高零件的心部硬度。

除上述兩種情況外，斷裂源區(qū)一般發(fā)生在零件的表面。零件的尖角、凸臺、缺口、刮傷及較深的加工刀痕等應(yīng)力集中處。為防止此類破壞顯然應(yīng)從減小應(yīng)力集中方面入手。2）斷裂源區(qū)與零件最大應(yīng)力截面位置的關(guān)系

斷裂源區(qū)的位置一般應(yīng)與最大應(yīng)力所在平面相對應(yīng)。如果不一致則表明零件的幾何結(jié)構(gòu)存在某種缺陷或工作載荷發(fā)生了變化，但更為常見的情況是材料的組織狀態(tài)不正常（如材料的各向異性現(xiàn)象嚴(yán)重）或存在著較嚴(yán)重的缺陷（如鑄造缺陷、焊接裂紋、鍛造折迭）等情況。

例如，承受單向扭轉(zhuǎn)工作載荷的軸件，其斷口的宏觀形貌，按其與最大應(yīng)力之關(guān)系可能有以下幾種情況：

（a）斷口表面與最大正應(yīng)力所在平面相對應(yīng)，即斷口與軸線呈45?螺旋狀。此種類型的斷裂為宏觀脆性斷裂，通常是由材料的脆性過大或韌塑性不足引起的。通過改變零件的熱處理工藝，適當(dāng)提高回火溫度則有助于減少零件的此類斷裂。

（b）斷口的表面與最大切應(yīng)力所在平面相對應(yīng)，即斷口平面與軸線垂直或平行。此種類型的斷裂為宏觀韌性的斷裂，通常是由材料的強度或硬度不足引起的。適當(dāng)降低零件的回火溫度，則有助于零件使用性能的改善。

上述兩種情況均表示材料的組織均勻性未出現(xiàn)太大問題。在此種情況下，如果調(diào)整熱處理工藝難以避免上述兩種斷裂，則應(yīng)提高材料的強韌性級別或者適當(dāng)加大零件的幾何尺寸。

（c）斷口表面與軸線的夾角遠(yuǎn)小于45?，即斷口表面既不和最大正應(yīng)力所在平面相對應(yīng)也不和最大切應(yīng)力所在平面相對應(yīng)。換句話說，該斷裂面是在較小的應(yīng)力條件下形成的。由此可以推知，材料的各向異性現(xiàn)象比較嚴(yán)重，橫向性能比較差。通常是由材料中的塑性夾雜物比較多及鍛造流線沿軸向分布顯著等因素引起的。

3）斷裂是從一個部位產(chǎn)生的還是從幾個部位產(chǎn)生的，是從局部部位產(chǎn)生的還是從很大范圍內(nèi)產(chǎn)生的。

通常的情況是，應(yīng)力數(shù)值較小或應(yīng)力狀態(tài)較柔時易從一處產(chǎn)生，應(yīng)力數(shù)值較大或應(yīng)力狀態(tài)較硬時易從多處產(chǎn)生；由材料中的缺陷及局部應(yīng)力集中引起的斷裂，裂紋多從局部產(chǎn)生；存在大尺寸的幾何結(jié)構(gòu)缺陷引起的應(yīng)力集中時，裂紋易從大范圍內(nèi)產(chǎn)生。

承受旋轉(zhuǎn)彎曲的軸件可能產(chǎn)生以下幾種類型的斷裂：

（a）裂紋源于表面一處或兩處（基本對稱，但稍有偏轉(zhuǎn)）這是最為常見的斷裂形式。其產(chǎn)生原因是由于表面拉應(yīng)力最大及表面存在一定的加工缺陷或材料缺陷所致。在無明顯缺陷存在的情況下，正常的斷裂（由材料性質(zhì)及軸件的幾何尺寸和載荷性質(zhì)來決定）也呈此種斷裂形式；

（b）裂紋源于次表面某處。次表面的拉應(yīng)力小于表面，其所以成為起裂點，必然存在有較大的缺陷；

（c）裂紋源于整個表面向內(nèi)擴展導(dǎo)致的斷裂。其斷裂原因一般是由于軸件存在有變截面且其應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重所致，如此處為直角過渡的情況。4）斷口表面的粗糙度

斷口表面的粗糙度在很大程度上可以反映斷裂的微觀機制并有助于斷裂性質(zhì)及致斷原因的判斷。

如粗糙的纖維狀多為微孔聚集型的斷裂機制，且孔坑粗大，塑變現(xiàn)象嚴(yán)重；瓷狀斷口多為準(zhǔn)解理或脆性的微孔斷裂，塑變現(xiàn)象極小，孔坑小、淺、數(shù)量極多；粗、細(xì)晶粒狀為沿晶斷裂；鏡面反光現(xiàn)象明顯的結(jié)晶狀斷口為解理斷裂；表面較平整多為穿晶斷裂，凹凸不平多為沿晶斷裂等。5）斷口的邊緣情況

觀察斷口的邊緣有無臺階、毛刺、剪切唇和宏觀塑性變形等，將有助于分析裂紋源區(qū)的位置、裂紋擴展方向及斷裂的性質(zhì)等問題。因為隨著裂紋的擴展，零件的有效面積不斷減小，使實際載荷不斷增加。對于塑性材料來說，隨著裂紋的擴展，裂紋兩側(cè)的塑性變形不斷加大，依此即可確定裂紋的擴展方向。例如，一裂紋順著一排鉚釘孔擴展，最先擴展的裂紋孔基本不變形是圓形的，而后的裂紋孔將依次加大變形成為非圓形的孔，裂紋的擴展方向則是由圓孔指向非圓孔。在斷口的表面沒有其它特殊花樣存在的情況下，利用斷口邊緣的情況往往是判斷裂紋源區(qū)及裂紋擴展方向的唯一的和可靠的方法。6）斷口上的冶金缺陷

注意觀察斷口上有無夾雜、分層、粗大晶粒、疏松、縮孔等缺陷。有時依此可以直接確定斷裂原因。

三、宏觀斷口實例分析

1、鑄鐵件 1）HT250

2）20CrMnTi傘齒輪淬火后校直時斷裂

3）30鋼玻璃機道軌滲碳鹽浴淬火斷裂

30鋼玻璃機道軌滲碳鹽浴淬火斷裂20CrMnTi傘齒輪淬火后校直時斷裂

2、鑄鋁件（ZL105）

思考題：

1、描述HT250合金鑄件的的宏觀特征，分析其失效原因。

2、描述20CrMnTi傘齒輪淬火后校直時斷裂的宏觀特征，分析其失效原因。

3、描述30鋼玻璃機道軌滲碳鹽浴淬火斷裂的宏觀特征，分析其失效原因。

4、描述汽車葉輪鑄鋁件（ZL105）的宏觀特征，分析其失效原因。

實驗三

靜載荷作用下的金屬材料斷裂失效斷口分析（2學(xué)時）

通過斷口分析，可以判斷斷裂失效的裂紋起源與裂紋擴張的途徑，判斷斷裂的性質(zhì)，反反推斷裂載荷的類型和大小、材料的性質(zhì)、大致的環(huán)境，推斷失效的原因是：設(shè)計的原因；材質(zhì)的原因；工藝的原因和環(huán)境的原因等。通過實例來說明斷口分析的應(yīng)用，以體現(xiàn)不同的斷裂類型具有不同有形貌特征。

【1】實驗的目的和要求

1）目的

通過斷口分析法，讓學(xué)生了解靜載荷作用下的金屬材料斷裂時韌性斷口和脆性斷口的特征。

2）要求

要求學(xué)生在熟悉和鞏固韌性和脆性材料的應(yīng)力-應(yīng)變特點，熟悉相關(guān)檢測設(shè)備的工作原理，通過實驗，判斷失效零件的宏觀和微觀特征。

【2】實驗內(nèi)容或原理

拉伸斷口形貌觀察。三要素；斷口宏/微觀形貌及其特征；裂源及裂紋擴展方向。通過實際失效件及其斷口的宏觀分析，掌握最初斷裂件的判斷、主裂紋（主斷面）的判斷方法。

一、基本理論

一）斷口三要素的內(nèi)容與特點

光滑園柱形試樣的拉伸變形過程：均勻變形——縮頸——斷裂（杯錐狀斷口）三要素：

纖維狀區(qū)（fibrous zone）;放射狀區(qū)（radial zone）;剪切唇區(qū)（shear lip）纖維區(qū)：位于斷口中央，與外加應(yīng)力垂直，呈粗糙的纖維狀園環(huán)形花樣；

暗灰色，?？捎^察到顯微空洞和鋸齒狀；

其底部晶粒被拉長象纖維一樣，為裂紋萌生區(qū) 放射區(qū)：具有放射花樣特征（脆斷特征）

放射線的發(fā)散或收斂方向為裂紋擴展方向

纖維區(qū)與放射區(qū)交界線標(biāo)志著裂紋由穩(wěn)定

擴展向快速擴展（失穩(wěn)擴展的轉(zhuǎn)化）剪切唇：表面較光滑，與拉應(yīng)力方向呈45°

切斷區(qū)域，有金屬光澤，呈灰色鵝毛狀

二）斷口三要素的分布類型

①F、R、S②F、S——160℃光滑園柱拉伸試樣斷口③R、S——低合金鋼在－160℃條件拉伸或沖擊斷口④S——純剪切型斷口或薄板拉伸斷口 三）影響因素

1、試驗溫度 T ↓，F(xiàn)↓ S↓ R↑

2、試樣尺寸 t↑，F(xiàn)↓ S↓ R↑

3、試樣形狀 四）斷口三要素的應(yīng)用

根據(jù)斷口三要素可以判斷裂紋源的位置及宏觀裂紋擴展方向裂紋源的確定：

①利用纖維區(qū)，通常情況裂源位于纖維區(qū)的中心部位，因此找到纖維區(qū)的位置就找到了裂源的位置；②利用放射區(qū)形貌特征，一般情況下，放射條紋的收斂處為裂源位置；③根據(jù)剪切唇形貌特征來判斷，通常情況下裂紋處無剪切唇形貌特征，而裂源在材料表面上萌生。

裂紋擴展方向的確定：①纖維區(qū)指向剪切唇②放射條紋的發(fā)散方向③板狀樣呈現(xiàn)人字紋（chevron pattern）其反方向為 源擴展方向 五）斷裂過程

裂紋形成

裂紋擴展：亞穩(wěn)擴展（亞臨界擴展階段）

失穩(wěn)擴展 裂紋擴展兩階段：

亞穩(wěn)擴展：裂紋自形成而擴展至臨界長度的過程 特點：擴展速度慢，停止加載，裂紋停止擴展

裂紋總是沿需要消耗擴展功最小的路徑，條

件不同，亞穩(wěn)擴展方式、路徑、速度也各不相同 失穩(wěn)擴展：裂紋自臨界長度擴展至斷裂 特點：速度快，最大可達(dá)聲速；

擴展功小，消耗的能量?。?/p>

危害性大，總是脆斷

二、材料的拉伸實驗

拉伸試驗是檢驗金屬材料力學(xué)性能普遍采用的一種極為重要的基本試驗。金屬的力學(xué)性能可用強度極限σb、屈服極限σs、延伸率δ、斷面收縮率Ψ和沖擊韌度αk五個指標(biāo)來表示。它是機構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)。在機構(gòu)制造和建筑工程等許多領(lǐng)域，有許多機械零件或建筑構(gòu)件是處于受拉狀態(tài)，為了保證構(gòu)件能夠正常工作，必須使材料具有足夠的抗泣強度，這就需要測定材料的性能指標(biāo)是否符臺要求，其測定方法就是對材料進(jìn)行拉伸試驗，因此，金屬材料的拉伸試驗及測得的性能指標(biāo)，是研究金屬材料各種使用條件下，確定其工作可靠性的主要工具之一，是發(fā)展新金屬材料不可缺少的重要手段，所以拉伸試驗是測定材料力學(xué)性能的一個基本試驗。

1）觀察碳鋼、鑄鐵在拉抻過程中的各種現(xiàn)象，繪制拉伸圖(P—ΔL圖)由此了解試件變形過程中變形隨荷載變化規(guī)律，以及有關(guān)的一些物理現(xiàn)象。2）觀察斷口，比較低碳錒和鑄鐵兩種材料的拉伸性能。

1、試驗設(shè)備儀器及量具

2、試件

金屬材料拉伸試驗常用圓形試件。為了使實驗測得數(shù)據(jù)可以互相比較，試件形狀尺寸必須按國家桶準(zhǔn)的規(guī)定制造成標(biāo)準(zhǔn)試件。如因材料尺寸限制等特殊情況下能做成標(biāo)

準(zhǔn)試件時，應(yīng)按規(guī)定做成比例試件。圓形截面標(biāo)準(zhǔn)試件和比例試件的國標(biāo)規(guī)定。對于板材可制成矩形截面。園形試件標(biāo)距L。和直徑之比，長試件為Lo／do＝10，材料的機械性能指標(biāo)σs、σb、δ、Ψ是由拉伸破壞實驗來確定的，實驗時萬能材料試驗機自動給出載荷與變形關(guān)系的拉伸圖(P—ΔL圖)如圖2所示，觀察試樣和拉伸圖可以看到下列變形過程。

1、彈性階段— OA

2、屈服階段— BC

3、強化階段— CD

4、頸縮階段— DE 由實驗可知彈性階段卸荷后，試樣變形立即消失，這種變形是彈性變形。當(dāng)負(fù)荷增加到一定值時，測力度盤的指針停止轉(zhuǎn)動或來回擺動，拉伸圖上出現(xiàn)了鋸齒平臺，即荷載不增加的情況下，試樣繼續(xù)伸長，材料處在屈服階段。此吁可記錄下屈服點Ps。當(dāng)屈服到一定程度后，材料又重新具有了抵抗變形的能力，材料處在強化階段。此階段：強化后的材料就產(chǎn)生了殘余應(yīng)變，卸載后再重新加載，具有和原材料不同的性質(zhì)，材料的強度提高了。但是斷裂后的殘余變形比原來降低了。這種常溫下經(jīng)塑性變形后，材料強度提高，塑性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化。當(dāng)荷載達(dá)到最大值Pb后，試樣的某一部位截面開始急劇縮小致使載荷下降。至到斷裂，這一階段叫頸縮階段。

實驗中可測得： Ps一屈服荷重。Pb —最大荷重。L1 一斷后標(biāo)距部分長度。A1 一斷后最細(xì)部分截面積。由此可計算 屈服極限：APSs=δ 強度極限：APbb=δ 延伸率：%1001×?=LLLδ 截面收縮率：%1001×?=AAAψ 其中A、L均為拉伸前試件的截面面積及標(biāo)距。

3、碳鋼的拉伸步驟

1）試件的準(zhǔn)備，試件中段取標(biāo)距L=50mm，在標(biāo)距兩端刻線（或沖眼）做為標(biāo)志。用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，測量中間和兩端三處直徑d0。取最小值作為計算截面面積用。

2）試驗機的準(zhǔn)備（液壓萬能試驗機構(gòu)造原理參看附錄一）：首先學(xué)習(xí)試驗機操作規(guī)程。估計低碳鋼σb，計算打斷試件所需的最大荷載。根據(jù)最大荷載選定試驗機測力表盤和錘錘A、B、C、并調(diào)節(jié)緩沖手柄到相應(yīng)的位置。按需要放大倍數(shù)調(diào)節(jié)好自動繪圖器，裝上繪圖紙，以備畫出P—ΔL曲線。裝好試件，調(diào)整指針對準(zhǔn)零點。

3）檢查試車：由教師檢查以上準(zhǔn)備情況，開動試驗機，加少量荷載（勿使超過比例極限）檢查試驗機，繪圖機構(gòu)工作是否正常。然后卸載（可保留少量荷載），視情況指針調(diào)零。

4）進(jìn)行試驗：慢速加載。使試驗機指針緩慢均勻的轉(zhuǎn)動。自動繪圖裝置可繪出試件受力和變形的關(guān)系圖，如圖1。觀察測力盤指針轉(zhuǎn)動情況，當(dāng)指針不動或擺動，倒退時，說明材料發(fā)生流動（屈服）測力指針倒退的最小值。即為流動荷載Ps，如圖BC段，試驗者應(yīng)記錄下此值，以備計算屈服點應(yīng)力值δs 流動階段結(jié)束，試件可以繼續(xù)承受更大的外力和發(fā)生變形，稱為強化階段如圖C至D段。D段所對應(yīng)的荷載即試件能承擔(dān)的最大荷載Pb，試驗者記錄好Pb，值以備計算。當(dāng)荷載達(dá)到Pb之后，試件開始頸縮，測力指針開始回轉(zhuǎn)，表明試件承載能力減少，到E點斷裂。

5）試驗結(jié)束關(guān)閉試驗機，取下試件和圖紙，打開試驗機回油閥，使試驗機回到原位。6）測量試件：將斷裂試件緊對在一起，測量端口處直徑d1,在斷口兩個互相垂直方1/3處區(qū)段內(nèi)?？芍苯恿咳。蝗舨辉诖藚^(qū)，按國家標(biāo)準(zhǔn)采用斷口移中辦法，計算L1的長度。

4、鑄鐵拉伸試驗步驟

1）試件的準(zhǔn)備：測量試件中間和兩端之處直徑d，取最小值計算截面積。

2）試驗機準(zhǔn)備：估計鑄鐵σb值，估算拉斷試件最大荷載。試驗機調(diào)整與低碳鋼拉伸試驗相同。

3）檢查及試車：與碳鋼拉伸試驗相同。

4）進(jìn)行試驗：開動好試驗機。用慢速加載直到試件斷裂，記錄最大荷載Pb值。觀察自動繪圖器上的曲線。

5）試驗結(jié)束：關(guān)閉試驗機，取下試件，使試驗機回原位。6）測量試件：測量斷裂后試件的直徑和長度。7）計算鑄鐵拉伸強度極限：

5、結(jié)束工作

1）清理并復(fù)原試驗機、工具和現(xiàn)場。

2）描下拉伸曲線，按要求填寫試驗報告，整理數(shù)據(jù)，寫出結(jié)論。

6、思考題：

1）碳鋼拉伸圖大致可分幾個階段?每個階段力和變形有什么關(guān)系? 2）碳鋼和鑄鐵兩種材料斷口有什么不同?它們的力學(xué)性能有何不同?(比較強度和塑性)

第二篇：金屬材料失效分析

金屬材料失效分析

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目前，?？蛇M(jìn)行的金屬材料失效分析項目包括：鋼材類（碳鋼、低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、工具鋼、粉末冶金鋼材）；其他金屬材料（鐵、鋁合金、銅合金、鎳合金、鈦合金、鋅合金、電鍍材料、礦物、礦物渣等等。微譜檢測中心配備當(dāng)下最先進(jìn)的現(xiàn)代分析測試儀器，可進(jìn)行包括力、熱、電、光、物理、化學(xué)、無損探傷等在內(nèi)的金屬材料失效分析?？蓭椭髽I(yè)進(jìn)行金屬加工工藝、材質(zhì)等級判定、金屬元素測試分析等方面的指導(dǎo)，改進(jìn)其產(chǎn)品質(zhì)量、性能，提高企業(yè)在業(yè)界的競爭力。

微譜檢測---國內(nèi)首創(chuàng)成分分析，最大的未知物剖析服務(wù)機構(gòu)。

本公司提供分析，測試，檢驗，化驗，檢測服務(wù)，可根據(jù)客戶要求定性定量?？煞治鰷y試的樣品包括：

1、各種未知物：未知固體，未知粉末，未知液體等

2、有機溶劑： 混合溶劑的成分分析，分離，定性定量；純?nèi)軇┑男阅軝z測，電子、紡織、印刷行業(yè)用溶劑，油漆稀釋劑，天那水，脫漆劑。

3、各種金屬材料

4、光亮劑，殺蟲劑，制冷劑，空氣清新劑，脫模劑，氣霧劑

5、各種助劑：乳化劑、潤濕分散劑、消泡劑，潤滑劑，增塑劑，阻燃劑，抗燃劑，穩(wěn)定劑；電子行業(yè)（助焊劑）、紡織行業(yè)、涂料、塑料加工行業(yè)所用的助劑；電鍍液（鋅、銅、鉻、鎳、貴重金屬）助劑分析

6、塑料和橡膠行業(yè)助劑：增塑劑、抗氧劑、阻燃劑、光和熱穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、填充劑、抗靜電劑等

7、紡織、皮革助劑分析：柔軟劑、勻染劑、整理劑等

8、油墨分析：墨水、感光油墨、UV油墨等

9、化妝品：洗發(fā)、護(hù)發(fā)用品、護(hù)膚用品、美容用品、口腔衛(wèi)生制品等 10 水處理劑分析：緩蝕劑、混凝劑和絮凝劑、阻垢劑，沉淀劑等洗滌劑分析：民用和工業(yè)用清洗劑高分子材料的性能檢測，失效分析工業(yè)故障分析診斷，提供解決方案，工藝失效模式分析藥物的結(jié)構(gòu)確認(rèn)化工品中有毒物質(zhì)的成分及含量檢測石油化學(xué)品分析：潤滑油、切削液，燃料油，表面處理劑等

第三篇：內(nèi)控失效原因分析

常見的內(nèi)部控制失效原因

一出納領(lǐng)取銀行對賬單、編制銀行存款余額調(diào)節(jié)表。之所以把這個問題列在十大問題之首，是因為它非常普遍且后果嚴(yán)重，但遺憾的是，直到今天，仍有很多單位根本沒有意識到這一問題，或雖然意識到了卻不以為然，低估了其可能造成的嚴(yán)重后果。

不相容職務(wù)分離是內(nèi)部控制的一個基本原理，通常需要分離的不相容職務(wù)包括授權(quán)與執(zhí)行、執(zhí)行與審核、執(zhí)行與記錄、保管與記錄，所謂“管錢不管賬，管賬不管錢”就是不相容職務(wù)分離原理的一個典型運用。貨幣資金是最容易出現(xiàn)舞弊的一項資產(chǎn)，如果由出納來負(fù)責(zé)領(lǐng)取銀行對賬單、編制銀行存款余額調(diào)節(jié)表，出納就有可能挪用或侵占公司貨幣資金，并通過偽造對賬單或在余額調(diào)節(jié)表上做手腳來掩蓋自己的舞弊行為。

從筆者了解的情況看，80%以上的企業(yè)存在出納領(lǐng)取銀行對賬單、編制余額調(diào)節(jié)表的現(xiàn)象，究其原因，主要從工作方便角度出發(fā)，由于出納經(jīng)常跑銀行，辦理各種收付款，于是便“順理成章”地領(lǐng)取銀行對賬單、編制余額調(diào)節(jié)表。殊不知這種習(xí)慣做法存在巨大風(fēng)險隱患，其實要防范這種風(fēng)險并不難，只要改由出納以外的人來負(fù)責(zé)銀行對賬單領(lǐng)取和賬面銀行存款余額核實工作即可，關(guān)鍵是要從思想意識上重視起來。二領(lǐng)導(dǎo)“一只筆”審批，缺乏完善內(nèi)控制度和流程保障。領(lǐng)導(dǎo)“一只筆”，表明看起來似乎控制很嚴(yán)格，不容易出問題，但事實上這種“一只筆”控制反映了單位內(nèi)部控制方式的落后。

首先，事無巨細(xì)都由領(lǐng)導(dǎo)來審批，囿于時間和精力，領(lǐng)導(dǎo)最后可能疲于應(yīng)付，分不清主次，審批“一只筆”變成簽字“一只筆”而已，控制流于形式。

其次，如果缺乏相關(guān)支撐信息，領(lǐng)導(dǎo)無法對收支合理性進(jìn)行判斷，“一只筆”就會失去控制作用，例如經(jīng)辦人員申請購買某種設(shè)備，而領(lǐng)導(dǎo)沒有該設(shè)備經(jīng)濟可行性、價格合理性的相關(guān)數(shù)據(jù)，審批就會演變成一種過場。

第三，領(lǐng)導(dǎo)“一只筆”會造成高度集權(quán)，不利于對領(lǐng)導(dǎo)的制約和監(jiān)督，可能導(dǎo)致fu敗。因此，合理的內(nèi)部控制應(yīng)當(dāng)按照重要性程度大小，適當(dāng)分層授權(quán)，逐級審批。三過于依賴業(yè)務(wù)人員，企業(yè)資源掌握在個人手中，企業(yè)對業(yè)務(wù)開展失去控制。

企業(yè)業(yè)務(wù)資源完全掌握在業(yè)務(wù)員個人手中，對企業(yè)來說是一件非常危險的事情，現(xiàn)實中經(jīng)?？梢钥吹剑簧倨髽I(yè)的業(yè)務(wù)員一旦跳槽或離職，原有的客戶和業(yè)務(wù)關(guān)系也被隨之帶走，形成企業(yè)對業(yè)務(wù)人員過于依賴的局面。更有甚者，有的企業(yè)業(yè)務(wù)員明地里使用單位各項資源，暗地里為自己或親友開拓業(yè)務(wù)、謀取私利，嚴(yán)重?fù)p害了企業(yè)利益。針對這種現(xiàn)象，企業(yè)應(yīng)通過完善制度設(shè)計，例如采取建立統(tǒng)一的客戶檔案和客戶關(guān)系管理系統(tǒng)、同一筆業(yè)務(wù)有兩人以上共同參與、適當(dāng)進(jìn)行工作輪換和加強財務(wù)對業(yè)務(wù)過程的控制等措施，將業(yè)務(wù)員手中的客戶資源轉(zhuǎn)化為企業(yè)資源，讓客戶認(rèn)的是企業(yè)本身而不是認(rèn)個人，這樣企業(yè)的業(yè)務(wù)就不會依賴于某一兩個人，從而保持持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。2003年初，花旗銀行臺灣區(qū)總經(jīng)理陳圣德率領(lǐng)二十多位主管集體跳槽，但在經(jīng)歷短暫的人事地震以后，花旗銀行在短短兩三個月內(nèi)就基本恢復(fù)了業(yè)務(wù)正常開展，當(dāng)年業(yè)績并未受到大的影響，盈利反而創(chuàng)下歷史新高，靠的就是花旗銀行內(nèi)部已經(jīng)形成完整的制度和流程，用制度來保障業(yè)務(wù)開展，而不是依賴于某個業(yè)務(wù)人員或主管。

四內(nèi)部控制制度文字描述性較多，清晰的流程圖和配套表單較少。

很多單位有這樣一種現(xiàn)象，員工在某個崗位工作久了后變得駕輕就熟，經(jīng)驗老到，工作起來游刃有余，而一旦這個員工因有事調(diào)離或辭職，后面接替的人員則需要花很長時間來熟悉情況，重新摸索工作方法。造成這種現(xiàn)象的原因是企業(yè)制度主要是文字性東西，缺乏清晰的崗位說明和工作流程圖，執(zhí)行的人往往憑自己的經(jīng)驗和別人“言傳身教” 來做事，崗位新手在開始階段工作不知從何入手，通常需要很長一段學(xué)習(xí)和熟悉過程。因此，一套完整的企業(yè)制度應(yīng)包括三部分：（1）文字描述的支撐制度文件；（2）工作流程圖或流程的文字描述；（3）相關(guān)憑證、表單、文件的樣式匯總。

通過繪制清晰的工作流程圖，可以讓每個人都能一目了然地知道辦事程序、涉及的部門、人員和規(guī)章制度，而且能夠?qū)⒐ぷ餍纬傻暮媒?jīng)驗固化下來，并且通過流程圖能比較容易發(fā)現(xiàn)內(nèi)部控制中的不足之處和風(fēng)險點，從而有助于企業(yè)內(nèi)部控制的持續(xù)改進(jìn)。

五內(nèi)部控制制度“救火式”較多，制度體系缺乏系統(tǒng)性和完整性。

很多企業(yè)的內(nèi)部控制制度都是在發(fā)展中逐步建立起來，經(jīng)常是發(fā)現(xiàn)管理中出現(xiàn)了某種問題，于是相應(yīng)地出臺一個制度來規(guī)范。例如今天發(fā)現(xiàn)電話費高了，就制定一個通訊費管理辦法，明天發(fā)現(xiàn)辦公用品浪費嚴(yán)重，就擬定出辦公用品采購與使用辦法。

這種“救火式”的制度往往只能防范已發(fā)生過的風(fēng)險，而對未發(fā)生的風(fēng)險則考慮不足。此外，這樣的制度體系無論在內(nèi)容上還是形式上，都缺乏系統(tǒng)性和完整性，沒有科學(xué)合理的分類，甚至不同制度之間存在矛盾或重疊的現(xiàn)象。有的單位還有不同部門根據(jù)自身需要制定制度現(xiàn)象，政出多門，相互打架。

筆者曾經(jīng)接觸過一個單位，僅是購買電腦一項，既可以通過信息科購買，因為信息科負(fù)責(zé)整個單位的計算機軟硬件系統(tǒng)；也可以通過行政辦公室，因為電腦屬于辦公用品，而辦公用品歸辦公室管理；還可以通過負(fù)責(zé)管理固定資產(chǎn)的設(shè)備科購買，因為電腦是一種固定資產(chǎn)。為此，企業(yè)應(yīng)有一套規(guī)范的制度制定程序和形式規(guī)范，包括制度的編號、格式、分類、內(nèi)容、審批程序、執(zhí)行及其他應(yīng)注意事項進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范化管理，并以書面形式予以約束。六員工臨時休假或出差時，缺乏明確的工作交接制度。任何一個崗位，總會出現(xiàn)員工因急事、生病或出差等原因不能正常上班的情形，很多單位在制度設(shè)計時都沒有考慮到員工暫時離崗時工作由誰接替的問題。

實際操作中，在遇到員工臨時休假或出差時，便臨時指派一位相關(guān)人員來兼任，但事實上，這種急時抱佛腳的做法，稍有不當(dāng)，可能會給企業(yè)帶來風(fēng)險。企業(yè)正常的工作安排中通常會將不相容職務(wù)由兩個以上的人來擔(dān)任，以便相互牽制，而臨時指派某人兼任做法，可能會導(dǎo)致不相容職務(wù)由同一人擔(dān)任。例如支票印鑒平常一般都由兩人分別保管，如果因其中一人臨時有事而指派另一人暫時兼任，由一人掌握所有空白支票和印鑒的話，盜用支票的風(fēng)險就會大大增加。因此，企業(yè)有必要明確規(guī)定一些重要崗位的工作交接制度，防止員工臨時休假或出差時留下內(nèi)部控制“真空”的現(xiàn)象。

七、人員招聘注重筆試和面試，忽視背景調(diào)查

八、關(guān)鍵崗位沒強制輪休和帶薪休假制度

九、過分強調(diào)控制成本，并將其作為弱化或逾越內(nèi)控的理由

十、說一套做一套制度放空炮

第四篇：電子器件失效分析--學(xué)習(xí)心得

《電子器件失效分析及可靠應(yīng)用》-----學(xué)習(xí)心得

通過8月5日、6日兩天的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，結(jié)合我司的實際情況，總結(jié)以下幾點學(xué)習(xí)體會。

一、電子器件失效的理念。

失效分析并不等同于維修，一般大公司的失效分析部包括物料的認(rèn)證、生產(chǎn)問題的解決、硬件管理和設(shè)計評審，所以產(chǎn)品的失效包含很廣的領(lǐng)域，并不是單純的維修不良品。

二、失效分析的意義

失效分析是打開可靠性工程大門的鑰匙。失效分析可以解決生產(chǎn)即時存在的問題，也為后續(xù)產(chǎn)品可靠性打下良好的基礎(chǔ)，創(chuàng)造明顯的價值。

三、電子器件失效的分類和控制

1、ESD控制

ESD失效的四個特征

隱蔽性：人體感知的靜電放電電壓2-3KV。

潛在性：損傷后性能沒有明顯的下降，往往是在產(chǎn)品到用戶手里半年以上才發(fā)生問題。

隨機性：從一個元件產(chǎn)生以后，一直到它失效以前的所有過程。復(fù)雜性：分析困難，掩蓋了失效的真正原因

結(jié)合我司的生產(chǎn)，首先應(yīng)保證生產(chǎn)儀器的良好接地，工作臺面的接地，特別是烙鐵和測試儀器的接地，再就是防止人體放電，正確配戴靜電手環(huán)。

舉例：LED不允許插在泡沫上，因泡沫上的靜電可達(dá)1000V以上，而LED要求靜電等級紅光、綠光大概在500-1000V,藍(lán)光大概為100-300V.根據(jù)這一實例，對于我司的IC供應(yīng)商，我們可以要求其出具IC規(guī)格書中的一個靜電等級，以便于有效判斷IC失效是否為靜電損傷的可能性。最后，最好能在生產(chǎn)線配一個靜電測試儀。

2、MSD的控制

器件的潮濕敏感等級分為1-6級，當(dāng)大于3級(即只允許暴露168H)時，必須要經(jīng)過烘烤后使用;當(dāng)大于5級或5A級（即只允許暴露24-48H）以上時，建議不使用,否則就會出現(xiàn)“爆米花”效應(yīng)（即當(dāng)電子零件吸入濕汽時，由于外表溫度的急劇升高，就會導(dǎo)致元件的外封裝出現(xiàn)裂紋）。

結(jié)合我司，以后在電子來料檢驗時，注意供應(yīng)商來料的暴露期限等級。在零件加工及成品生產(chǎn)的全過程注意防潮，注意關(guān)窗，成品任何時候不允許直接放在地面上，必須加隔板，避免靠墻堆放。

3、DFM，即可生產(chǎn)性設(shè)計

根據(jù)新產(chǎn)品的特點，對PCB布局設(shè)計，元件選擇，制造工藝流程選擇，可生產(chǎn)性等進(jìn)行審核。提出改進(jìn)建議，并確定工藝難點。在PCB投板之前就預(yù)計到可能產(chǎn)生的工藝問題，提前消除可生產(chǎn)性設(shè)計缺陷對產(chǎn)品造成的影響。

舉例：0805以下的表貼器件，在過波峰時會出現(xiàn)器件的“立碑”現(xiàn)象，即表貼件在焊盤上立起來。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是設(shè)計時焊盤沒有做隔熱焊盤，當(dāng)焊0805以下的表貼器件時，因其重量太輕（小于1克），而此時焊盤兩端的熱不對稱時，一端先熔化，就會出現(xiàn)剛剛所說的“立碑”現(xiàn)象。另外，表貼元器件焊盤和插件焊盤距離不得太近，最好距離5mm以上，有利于制具的制作。

分享者：hensanxu 2011-8-22

第五篇：材料失效分析論文

材料的疲勞斷裂失效與預(yù)防

摘要:本文從材料疲勞斷裂的研究發(fā)展，破壞特點及斷口分析材料疲勞斷裂的原因，并介紹材料疲勞斷裂的預(yù)防。

關(guān)鍵詞： 疲勞斷裂 斷口 預(yù)防

前言

作為科技支柱之一的材料技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系到國家經(jīng)濟、科技的發(fā)展水平，材料失效問題普遍存在于各類材料中，它直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，關(guān)系到企業(yè)的信譽和生存。材料失效分析的建立是發(fā)達(dá)國家工業(yè)革命的一個重要起點，材料的失效分析和預(yù)測預(yù)防工作在經(jīng)濟發(fā)展中占有十分重要的地位，對于材料失效問題的判斷和解決能力，代表了一個國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和管理水平。磨損、腐蝕和斷裂是材料失效的3種主要形式。材料的疲勞斷裂失效的研究和發(fā)展

材料的疲勞與斷裂研究試圖尋找材料宏觀疲勞斷裂行為與微觀組織形貌的關(guān)系。試圖探求材料疲勞與斷裂的微觀機制。

金屬(非金屬)材料在應(yīng)力或應(yīng)變的反復(fù)作用下所發(fā)生的性能變化叫疲勞；雖然在一般情況下，這個術(shù)語特指那些導(dǎo)致開裂或破壞的性能變化。

機械構(gòu)件由于材料疲勞損傷導(dǎo)致的斷裂往往沒有明顯的征兆，因此經(jīng)常引起巨大的災(zāi)難性事故，造成人民生命財產(chǎn)損失。因此各個先進(jìn)的工業(yè)化國家都非常重視疲勞與斷裂的研究。

材料疲勞與斷裂的研究經(jīng)歷了幾個階段。目前，人們已經(jīng)認(rèn)識到在循環(huán)載荷作用下，金屬多晶材料的許多晶粒內(nèi)部會出現(xiàn)滑移帶。這些滑移帶會在疲勞形變中繼續(xù)變化，并導(dǎo)致形成裂紋，而試樣的突然破壞是由某條起主導(dǎo)作用的裂紋向前擴展造成的?，F(xiàn)在，人們可以較好的定量描述裂紋擴展的速率，但是，用材料顯微組織的特性可靠的預(yù)測其宏觀的疲勞斷裂性能，還有大量的極具挑戰(zhàn)性的工作需要開展，特別是在新材料迅猛發(fā)展的時代。

雖然恒定循環(huán)應(yīng)力幅作用下的疲勞破壞是疲勞基本研究的主要內(nèi)容，但由于工程應(yīng)用中的服役條件不可避免的含有變幅載荷譜，苛刻環(huán)境，低溫或高溫及多軸應(yīng)力狀態(tài)，因此建立能夠處理這些復(fù)雜服役條件下的可靠壽命預(yù)測模型是疲勞研究中最棘手的挑戰(zhàn)之一。材料疲勞與斷裂的研究是材料科學(xué)與工程研究領(lǐng)域中的一個重要分支。

疲勞破壞的特點

盡管疲勞載荷有各種類型，但它們都有一些共同的特點。第一，斷裂時并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的 預(yù)兆，而是突然地破壞。

第二，引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于靜載時的屈服強 度。

第三，疲勞破壞能清楚地顯示出裂紋的發(fā)生、擴展和最后斷裂三個組成部份。

疲勞斷裂斷口組成

(1)疲勞源：由于材料質(zhì)量缺陷、加工缺陷等原因，使得零件局部地區(qū)應(yīng)力集中，這些區(qū)域即為疲勞裂紋產(chǎn)生之處，成為疲勞源。零件表面的裂紋源多是表面上有油孔、過渡圓角、臺階、粗大刀痕等應(yīng)力集中處在交變應(yīng)力作用下形成的微裂紋；零件近表面材料內(nèi)部由于冶煉和冷、熱加工的缺陷、晶體滑移和晶界缺陷等在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的微型紋。

(2)裂紋擴展區(qū)：裂紋產(chǎn)生之后，隨著應(yīng)力循環(huán)周期增加，裂紋逐漸擴展成貝殼狀或光滑狀條紋，即為疲勞輝紋。由于載荷的間斷和改變，裂紋時而擴展，時而停滯。零件裂開處的兩個面時而閉合，時而分開，以致在兩個斷面上形成“貝紋狀”弧線。這種弧線就叫疲勞裂紋前沿線，其大小與工作應(yīng)力有關(guān)，工作應(yīng)力小，裂紋壽命長，斷口大。

(3)最后斷裂區(qū)域：或稱脆斷區(qū)，由于疲勞裂紋的擴展，使得零件的有效斷面越來越小，應(yīng)力逐步增加，當(dāng)最終超過材料強度極限時，零件瞬間突然斷裂，斷口晶粒較粗大，與發(fā)暗的裂紋擴展區(qū)明顯不同。脆性材料呈結(jié)晶狀斷口；塑性材料呈纖維狀，斷口呈灰色。

疲勞斷裂斷口分析

疲勞斷口上的三個區(qū)域的狀況與零件工作時的載荷、應(yīng)力狀態(tài)、零件材料性能及加工情況等有關(guān)。根據(jù)斷口形貌可以定性分析零件所受載荷、材料性能和壽命等，有助于分析零件疲勞斷裂產(chǎn)生的原因：

(1)疲勞源大多分布于零件表面，一般有1-2個。

(2)疲勞裂紋擴展呈貝紋狀時，貝紋細(xì)密、間距小，表示材料抗疲勞性能好，疲勞強度高。貝紋稀疏、間距大。表示材料疲勞強度低。(3)最后斷裂區(qū)所占面積很大，甚至超過斷面的一半以上，說明零件嚴(yán)重過載；若所占面積較小或小于斷面一半時，說明零件無過載或過載很小。

在相同條件下，高應(yīng)力狀態(tài)零件的最后斷裂區(qū)的面積大于低應(yīng)力狀態(tài)零件的最后斷裂區(qū)的面積；承受單向彎曲的零件僅有l(wèi)個疲勞源，承受雙向彎曲的零件有2個疲勞源；承受單向彎曲的零件與承受扭轉(zhuǎn)彎曲的零件的最后斷裂區(qū)的形狀不同，后者的疲勞源與最后斷裂區(qū)的相對位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并由于零件上缺口應(yīng)力集中的影響較大，使最后斷裂面積很小且與零件斷面呈同心狀。

疲勞斷裂的預(yù)防

延緩疲勞斷裂的時間，延緩金屬零件疲勞斷裂的萌生時間的措施及方法主要有噴完強化、細(xì)化材料的晶粒尺寸及通過形變熱處理使晶界成鋸齒狀或使晶粒定向排列并與受力方向垂直等。

降低疲勞裂紋的擴展率，對于一定的材料及一定形狀的金屬零件，當(dāng)其已經(jīng)產(chǎn)生疲勞裂紋后為了防止和降低疲勞裂紋的擴展，可采用以下措施：對板材零件上的表面局部裂紋可采取止裂孔法，即在裂紋擴展前沿鉆孔已組織裂紋進(jìn)一步擴展；對于零件內(nèi)表面裂紋可采取扎孔法進(jìn)行消除；對于表面局部裂紋可采取刮磨修理法等是行之有效的。除此之外，對于零件局部表面裂紋，也可以采用局部增加有效截面或補金屬條等措施以降低應(yīng)力水平，從而達(dá)到組織裂紋繼續(xù)擴展之目的。

正確的選擇材料和制定熱處理工藝十分重要，合理選擇材料的先決條件是設(shè)計者充分了解各種材料的各種熱學(xué)性能和所適用的工作條件。