失效分析的基本技能
材料失效分析课程设计思路
材料失效分析课程设计思路一、课程目标知识目标：1. 学生能理解材料失效的基本概念，掌握材料失效的主要类型及特点；2. 学生能掌握材料失效分析的基本方法，如断口分析、金相分析等；3. 学生能了解材料失效预防及延寿措施，提高材料的使用寿命。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，对实际工程中的材料失效案例进行分析，并提出解决方案；2. 学生能通过小组合作，进行材料失效实验，提高实验操作能力和团队协作能力；3. 学生能运用现代信息技术，收集、整理材料失效相关资料，提高信息处理能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习材料失效分析，增强对工程问题的责任感，培养严谨的科学态度；2. 学生在探讨材料失效案例中，学会尊重事实，敢于质疑，培养批判性思维；3. 学生通过了解材料失效对社会经济发展的影响，提高环保意识和可持续发展观念。
本课程针对高中年级学生，结合物理、化学等学科知识，以实际工程案例为载体，引导学生掌握材料失效分析的基本原理和方法。
课程注重理论与实践相结合，培养学生解决实际问题的能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使其在学习过程中形成正确的科学态度和价值观。
通过本课程的学习，为学生未来在材料科学、工程技术等领域的发展奠定基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 材料失效基本概念及类型- 失效定义及失效分析的意义；- 常见材料失效类型：断裂、腐蚀、磨损、疲劳等；- 各类失效特点及影响。
2. 材料失效分析方法- 断口分析：原理、方法及应用；- 金相分析：原理、方法及应用；- 其他失效分析方法：如光谱分析、电子探针等。
3. 材料失效预防及延寿措施- 材料选择与设计：依据工况选择合适材料，优化设计；- 表面处理技术：涂层、镀层、阳极氧化等；- 维护与监测：定期检查、预防性维护、在线监测等。
教学大纲安排如下：第1课时：导入及材料失效基本概念；第2课时：常见材料失效类型及特点；第3课时：断口分析与金相分析方法；第4课时：其他失效分析方法；第5课时：材料失效预防及延寿措施。
失效分析的任务
失效分析的任务随着技术的不断进步和应用的不断扩展，现代工业领域的复杂机械设备也越来越多。
而这些机械设备在使用过程中总会出现各种各样的故障，这些故障不仅会影响机器的正常运行，还可能对生产效率和安全性产生巨大的影响。
因此，如何准确、高效地进行失效分析成为了现代工业领域中必备的一项技能。
失效分析的主要任务是通过对故障产生的原因分析，挖掘机器失效的本质，进而对机器进行进一步的优化，起到提升生产效率以及减少机器故障的目的。
失效分析的基本流程失效分析的流程包括“故障现象描述、故障资料收集、故障分析、故障解决、故障预防”五个步骤。
故障现象描述在进行失效分析的过程中，首先需要准确地描述机器的故障现象。
具体来说，需要表述以下几个方面的信息：1.机器故障的位置2.故障发生的时间和频率3.故障对机器操作的影响4.有无观察到故障前兆故障资料收集确定了故障现象后，需要从多个方面收集机器的故障资料。
故障资料可以分为以下几类：1.机器设计图纸和说明书等资料2.机器运行参数的记录3.远程监测和传输的数据4.工程师和设备操作者等人员的经验等信息故障分析收集到故障资料后，就需要对故障进行进一步分析。
主要包括以下几个方面：1.确定故障的类型和范围2.分析故障产生的原因3.确定故障的根本原因4.进一步减少和降低故障发生的可能性故障解决在完成故障分析后，需要根据故障分析结果进行机器的维修和修理工作。
故障预防通过以上步骤完成故障解决后，还需要进行故障预防。
具体来说，需要考虑以下几个方面：1.研究机器故障的根本原因，采取措施减少或避免故障的发生。
2.向操作人员进行更全面、更系统的培训。
3.对机器进行定期的检查和维护保养。
通过多年的实践和研究，失效分析已成为现代工业领域中必不可少的一项技能。
科学的失效分析过程能帮助我们快速、准确地解决机器故障，提高生产效率和安全性。
在实际操作中，需要严格遵守失效分析的基本流程和步骤，以保证分析的准确性和可靠性。
IC失效分析培训
IC失效分析培训IC失效分析可以分为成品失效分析和过程失效分析两大类。
成品失效分析是指对IC出厂前进行的失效分析，主要目的是保证产品质量。
过程失效分析是对IC制造过程中出现的问题进行分析，目的是解决生产过程中的技术问题，提高生产效率。
IC失效分析的方法主要包括物理分析、电学分析和化学分析等。
物理分析是对IC芯片的结构和组成进行分析，包括倒推分析、扫描电子显微镜（SEM）观察和故障位置定位等。
电学分析是基于IC芯片电学性能参数的分析，主要通过测试仪器进行电性能测试和故障电流查找等。
化学分析是利用化学方法对IC芯片的物质成分进行分析，包括离子束刻蚀、电子探针和质谱仪等。
在IC失效分析中，需要注意以下几个问题。
首先，要选择合适的测试仪器和分析方法，确保分析结果准确可靠。
其次，要注意综合运用不同的分析手段，增加失效分析的全面性和准确性。
同时，要进行充分的实验和数据分析，找出失效原因，并提出相应的解决方法。
最后，要进行足够的技术培训和学习，不断提高失效分析的专业能力。
IC失效分析培训是为了提高工程人员的实际操作能力和技术水平，是提高产品质量的重要手段之一、IC失效分析培训可以从以下几个方面展开。
首先，要对IC失效分析的基本原理和方法进行全面的介绍和解释。
其次，要进行实际操作演练，让学员亲自动手进行IC失效分析，培养其操作技能。
同时，要进行案例分析和讨论，让学员了解实际生产中的IC失效问题，并提出解决办法。
最后，要进行知识巩固和实操考核，确保学员能够熟练掌握IC失效分析的知识和技能。
IC失效分析培训的效果主要由以下几个因素决定。
第一是培训机构的实力和专业水平。
培训机构应该具备先进的实验设备和丰富的教学经验。
第二是培训师资的水平和教学能力。
培训师资应该具备丰富的实际经验和深厚的理论基础，能够给学员提供专业的指导和培训。
第三是培训内容的科学性和实用性。
培训内容应该贴近实际工作，提供实用的解决方案和方法。
第四是学员的学习态度和能力。
零件失效分析3-失效分析思路、程序及基本技能
收集与失效有关的物质，如气氛、物料粉尘、飞溅 物、反应物，并注意机械划伤、污染吸附等痕迹；
残骸的重要关键性部位，供实验室分析用； 清理现场时将编号的无用残骸有秩序地堆放在避 风雨的地方暂存、备用；
调查、访问和背景资料的收集
装备的工作原理及运行技术数据和有关的规程、 标准； 设计的原始依据； 选材的依据； 使用材料的牌号、性能指标、质量保证书、供应 状态、验收记录、供应厂家、出厂时间等； 加工、制造、装配的技术文件；
初步判断： 材料化学成材料组织有缺陷 材质分析 力学性能分析 断口分析 显微组织分析 分析论证开裂原因
结论
建立具体的分析 思路和工作程序
举例：汽车轮毂紧固螺栓断裂事故分析 现场信息调查：汽车轮毂紧固螺栓是汽车上至关重 要的零件，如果该零件出现问题，轻则造成交通事 故，重则造成车毁人亡，后果严重。某厂生产的汽 车的左后轮紧固螺栓全部断裂，5个螺栓中有4个螺 栓断裂前出现弯曲和扭转， 1个螺栓被剪切，造成 了车祸，该厂紧急召回了废车对其事故进行分析。
2. 失效分析的程序与步骤
（九）性能检验 性能检验是与设计所对应的性能 试验，这种确定性能的试验通常是破坏性试验。在 不允许对失效件做破坏性取样时，可以用硬度试验 来推断其力学性能，如屈服强度等。 （十）失效分析 模拟失效原因，制作与失效件相 同的构件，使之在设计要求的真实工况下运行。这 是非常昂贵但却可信的试验，只有在特殊需要下才 做。
初步判断： 螺栓的力学性能不够
可能原因
结构和装配问题 材质分析（材料成分、显微组织） 力学性能分析（工况、紧固、强度） 建立具体的分析 思路和工作程序 断口分析（形貌） 分析论证开裂原因 结论
失效树分析（FTA法） 失效模式及效应分析（FMEA法） 系统工程分析法 管理失误与风险树分析（MORT法） 事件树分析（ETA法） …
失效分析操作指南
失效分析操作指南1. 失效分析的目的失效分析是为了识别和解决产品、设备或系统在设计、制造、使用或维护过程中出现的问题。
通过失效分析，我们可以找出问题的根本原因，并提出相应的改进措施，以提高产品或设备的可靠性和性能。
2. 失效分析流程失效分析的流程一般包括以下步骤：1.收集信息：收集失效现象的相关信息，包括失效模式、失效部位、失效原因等。
2.初步分析：根据收集到的信息，进行初步分析，确定失效的可能原因。
3.详细分析：针对初步分析的结果，进行详细分析，找出失效的根本原因。
4.改进措施：根据详细分析的结果，提出改进措施，以防止失效的再次发生。
5.跟踪验证：对改进措施的实施效果进行跟踪验证，确保问题得到解决。
3. 失效分析方法失效分析可采用多种方法，包括：1.问询法：通过与相关人员进行沟通，了解失效现象的具体情况。
2.检查法：对失效产品或设备进行检查，观察失效部位的实际情况。
3.测试法：通过测试失效产品或设备的性能、参数等，找出失效原因。
4.数据分析法：对失效产品或设备的相关数据进行分析，找出失效规律。
5.失效模式及影响分析（FMEA）：通过对可能出现的失效模式及影响进行系统分析，确定优先改进的领域。
4. 失效分析案例以下是一个失效分析案例的示例：4.1 失效现象某公司生产的一款手机在使用过程中出现了电池续航时间短的问题。
4.2 初步分析初步分析认为，电池续航时间短可能是由以下原因导致的：1.电池本身质量问题2.软件优化不足3.硬件设计不合理4.3 详细分析针对初步分析的结果，进行详细分析：1.电池质量问题：对电池进行检测，发现电池的容量低于标准值，确认电池质量问题。
2.软件优化不足：对手机软件进行监测，发现存在后台应用耗电量较高的问题，优化软件后台耗电策略。
3.硬件设计不合理：对手机硬件进行拆解，发现电池与手机壳之间的间隙过大，导致电池散热不良，优化电池与手机壳之间的结构设计。
4.4 改进措施根据详细分析的结果，提出以下改进措施：1.更换质量合格的电池2.优化软件后台耗电策略3.优化电池与手机壳之间的结构设计，提高散热效果4.5 跟踪验证对改进措施的实施效果进行跟踪验证，确认问题已得到解决。
失效分析
第一讲 绪论
（主讲：伍颖）
中国地质大学（武汉）风险工程研究所 中国地质大学（武汉）失效分析实验室
本讲内容
1.1 课程描述
1.2 学科发展
1.3 工程案例
2013-7-9
《失效分析》课程教学
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1.1 课程描述
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 课程性质 课程简介 讲授内容 成绩评定 教学思想 备注说明
2013-7-9 《失效分析》课程教学 7
1.1.3 讲授内容
课程内容（教材《失效分析》目录共四篇十五章）
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《失效分析》课程教学
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1.1.3 讲授内容
课程内容（参考教材《失效分析》目录）
第一篇 第二篇 第三篇 第四篇 失效分析基础篇（共四讲） 失效分析理论篇（共四讲） 失效分析实践篇（共四讲） 失效分析案例篇（共四讲）
Wohler通过对1852年-1870年期间火车轮轴断裂失效的分析研究，揭示出金属 的“疲劳”现象，并成功地研制了世界生第一台疲劳试验机； （疲劳）
20世纪20年代，Griffith通过对大量脆性断裂事故的研究，提出了金属材料的 脆断理论；在1940年-1950年间发生的北极星导弹爆炸事故、第二次世界大战期间 的“自由轮”脆性断裂事故，大大推动了人们对带裂纹体在低应力下断裂的研究， 从而在20世纪50年代中后期产生了断裂力学这一新型学科。 （低应力脆性断裂）
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《失效分析》课程教学
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1.1.1 课程性质
【课程简介】 失效分析是认识事物本质和发展规律的逆向思维和探索，是变失效为安全的基 本环节和关键，是深化对客观事物的认识源头和途径。 阐述了失效分析的历史发展、基本内涵以及失效分析的基本理论和方法，阐明 了机电产品的主要失效模式和机理,主要包括裂纹、断口、痕迹分析技术和失效评 估以及断裂、腐蚀、磨损、老化的失效分析。 本课程主要论述失效分析工程学的观点和方法及金属构件在使用过程中发生断 裂、磨损、腐蚀失效的形貌特征、影响因素、预防措施及分析方法。
第一份《机械失效分析与防护》期末复习资料
中国石油大学（北京）远程教育学院机械失效分析与防护期末复习题答案一、多选题1、按照产品的失效形态对金属构件失效形式进行分类, 包括（ACD）失效。
A: 表面损伤B: 腐蚀C:断裂D:过量变形2、在焊接生产中遇到的裂纹是多种多样的,根据裂纹产生本质看,有热裂纹.再热裂纹.（AD）A:层状撕裂B:横向裂纹C: 纵向裂纹D:冷裂纹3、构件发生断裂时,判别其主裂纹的方法有T形法.变形法和（AB）。
A:氧化法B: 分枝法C:痕迹法D:金相法4、消除残余应力的方法有（ABD）。
A:机械法B: 回火C:振动法D:去应力退火5、腐蚀电池的基本要素有阳极. 阴极. （CD）。
A:液相B:气相C: 外电路D:电解质溶液6、腐蚀电池的工作过程包括（ABC ）。
A:阳极过程B:阴极过程C: 电流流动D:离子移动7、失效分析测试技术的选用原则是（BC）. 可能性和经济性。
A:重现性B: 有效性C:可信性D:直观性8、金属构件产生应力腐蚀断裂的三个基本条件是（BCD）。
A:压应力B: 固定拉应力C:敏感的材料D:特定腐蚀介质9、构件发生脆性断裂时微观形貌特征有（ABCD）花样。
A: 河流B: 鱼骨状C: 扇形D: 舌形10、典型零件的选材一般遵循的原则有（ABC）。
A:使用性原则B: 工艺性原则C:经济性原则D:可靠性原则11、构件失效后, 对其进行失效分析前, 需要对断口进行保护, 目的是防止搬运过程中的（AB）12、构件发生疲劳断裂时微观形貌特征有（BD）。
A:河流花样B:疲劳辉纹C: 韧窝D: 腐轮胎压痕花样13、痕迹的形成要素包括( ABC)。
A:留痕物B: 造痕物C:压应力D:冲击力14、金属构件失效原因一般包括(ABCD) 。
A:材料选择不当B:装配错误C:热处理方式不当D: 机械设计错误15、常用裂纹先后顺序判断方法有( ABCD )。
A:材料选择不当B:装配错误C:热处理方式不当D: 机械设计错误二：填空题16、疲劳断口的微观特征有( _____ )和轮胎压痕花样。
失效分析的基本技能.
一、裂纹分析方法
1、宏观检查
肉眼、无损探伤等
2、裂纹部位分析
与零件尺寸、形状的关系等
3、材质分析
成分、金相、夹杂物、微区组织和成分对应
4、裂纹微观分析
裂纹形态：
穿晶或沿晶，微裂纹或分支，裂纹粗细走向
四、断口的微观分析
1、光学显微镜 1）直接观察
2）剖面观察
3）复型观察
2、电子金相
分析内容
韧性区大小测定 裂纹扩展速度测定（电镜下加载） 断裂过程及影响因素之间定量关系测定。
1）试样制备
2）电子图像分析 A、宏观-细观-微观区域对应
B、统计性观察 C、排除假象
3）蚀坑分析 4）断口组织分析 5）断口形貌定量分析
3、失效诊断
1）诊断依据 产品性能参数与工况。
可靠性统计资料。
失效件残骸分析。
2）诊断思路 失效形式及影响分析法（FMEA） 失效模式及影响危险度分析法（FMECA） 失效树法（FTA） 现象树法（ETA）
3）诊断技术 仪器设备及技术方法
4、失效预防技术
1）对机械设备的性能参数分析、工况监测 技术的研究。 2）产品安全度评定和剩余寿命估算。 3）失效预防图解研究。 4）产品失效维修的原则、技术和方法等。
2、产品安全度评定和剩余寿命预测
产品的安全度是指产品在规定时间内和规 定条件下完成规定功能的概率。
重点是重型机械和带缺陷产品。
二、失效分析的研究工作
1、失效物理 从原子和分子的范围来解释元件的材 料的失效现象。 重要的基础理论
2、失效机理
研究失效的物理化学原因（本质）、过程 及其影响因素等。 1）各种失效模式的物理化学本质和过程。 2）应力、温度和介质（外因）对失效过 程的影响。 3）材料成分、组织结构和性能（内因） 对失效过程的影响。
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2.1 失效的分类
一、按“失效分析技术”观点分类 便于分析原因。 1、按“失效模式”和“失效机理”分类
失效模式：失效的外在宏观表现形式和规律。
失效机理：引起失效的微观物理化学变化过程和本质。
断裂失效：
韧性断裂 脆性断裂
低温脆断、氢脆、应力腐蚀、疲劳……
非断裂失效：
磨损 腐蚀 变形
1）断口颜色
2）断口花纹 3）断口粗糙度
4）断口边缘情况
5）断口位置
断裂方 式
放射性 花纹
韧性断裂 切断
不出现， 在高强度 钢中有时 出现 不出现 不出现 明显
脆性断裂 低温脆性
不太明显
疲劳断裂 低周疲劳
较不明显， 板材上是接 近平行的人 字纹 贝纹线，应 力幅变动大 时明显 较光滑，粗 糙度与裂纹 扩展速度成 正比 白亮色
二、裂纹起始位置分析
1、材料原因引起的裂纹多起源于缺陷处
A、表面缺陷 B、内部缺陷
2、零件形状因素引起的裂纹多起源于尺寸和 形状突变处
3、受力情况引起的裂纹多起源于应力最大处
三、裂纹的宏观外形分析
1、龟裂（多数情况下是沿晶的） 1）铸件龟裂 2）锻件龟裂 3）热处理龟裂 4）焊接龟裂 5）磨削龟裂 6）服役龟裂
45° 倾斜度 （与最 大正应 力夹角）
宏观成直角
直角
直角
裂纹扩展速 度低时成直 角，高时接 近45°
直角
2、宏观照相
照明方式是关键。
Effect of angle of incident light
Effect of light source
Effect of illumination technique
正断（纤维区） 缺口脆性
高周疲劳
明显，细纹
弧形迹 线 断口的 粗糙度
不出现
不出现
不出现
贝纹线，应力 幅变动小时不 出现 极光滑，粗糙 度与裂纹扩展 速度成正比 灰黑色，裂纹 扩展速度愈大， 愈近白色
比较光滑
粗糙的木挫粗 齿状
极粗糙
粗糙
色彩
较弱的金 属光泽
灰色熟丝状
白亮色， 接近金属 光泽
结晶状，金 属光泽
2、产品安全度评定和剩余寿命预测
产品的安全度是指产品在规定时间内和规 定条件下完成规定功能的概率。
重点是重型机械和带缺陷产品。
二、失效分析的研究工作
1、失效物理 从原子和分子的范围来解释元件的材 料的失效现象。 重要的基础理论
2、失效机理
研究失效的物理化学原因（本质）、过程 及其影响因素等。 1）各种失效模式的物理化学本质和过程。 2）应力、温度和介质（外因）对失效过 程的影响。 3）材料成分、组织结构和性能（内因） 对失效过程的影响。
五、裂纹周围及末端分析
1、裂纹源 2、转折 3、裂纹附近的氧化特征 4、裂纹与工序的关系 5、裂纹两侧形状的耦合性 6、裂纹末端
重要机械零件使用前需要进行无损探伤以防 止其带裂纹运行。
一、裂纹分析方法
1、宏观检查
肉眼、无损探伤等
2、裂纹部位分析
与零件尺寸、形状的关系等
3、材质分析
成分、金相、夹杂物、微区组织和成分对应
4、裂纹微观分析
裂纹形态：
穿晶或沿晶，微裂纹或分支，裂纹粗细走向
裂纹周围特征：
晶粒大小、变形，夹杂物、第二相，氧化、 脱碳，加工硬化或特殊回火组织，带状组织等
Effect of illumination technique
Effect of the position of light source
Effect of background
Fractographs at different magnifications
Fractographs at different magnifications
2.3 断口分析术
Griffith公式：
2E f a(1 2 )
现代弹性力学源自对脆性断裂现象的研究。 低温脆性的研究和韧脆转变温度。
一、失效事故现场调查及取样
失效分析开始于调查和取样。 1、现场调查
1）走访和记录。 2）拍照或绘图。
3）服役条件、环境参数。
4）图纸、说明书、工艺参数等。
3、失效诊断
1）诊断依据 产品性能参数与工况。
可靠性统计资料。
失效件残骸分析。
2）诊断思路 失效形式及影响分析法（FMEA） 失效模式及影响危险度分析法（FMECA） 失效树法（FTA） 现象树法（ETA）
3）诊断技术 仪器设备及技术方法
4、失效预防技术
1）对机械设备的性能参数分析、工况监测 技术的研究。 2）产品安全度评定和剩余寿命估算。 3）失效预防图解研究。 4）产品失效维修的原则、技术和方法等。
按可修复性分为暂时失效和永久失效
按相关性分为独立失效和从属失效
三、按“经济法”观点分类
便于划分责任和理赔。 1、按失效责任
产品本质缺陷失效 误用失效
正常耗损失效
外界影响失效
2、按失效后果分类
恶性失效 灾难性失效 退化失效
3、按失效程度分类
完全失效 部分失效
2.2 失效分析的工作内容
一、业务工作 1、产品失效分析： 侦测（detection） 诊断（diagnosis） 事后处理（prognosis） 重点是产品的早期失效、突发性失效 和致命性失效。
三、失效分析的管理和技术反馈
1、建立全国性、部门性、地区性的失效分析和 管理机构。 2、失效分析的技术指导性文件、规程和标准的 颁布和实施。 3、失效事件的分析工作和组织管理。 4、失效研究工作的组织和开展。 5、失效及可靠性数据库和技术反馈系统的建立 和运转。 6、各级失效分析人员的培训和提高。 ……
2、初步判别失效类型及取样
1）判别失效类型 宏观观察 初步判断 制订分析路线 确定取样方案
2）取样 主体试样和辅助试样 损伤区最重要。
二、断口保护和清洗
1、防止断口机械损伤
1）尽早发现裂纹，并监控其发展。 2）搬运和取样过程中注意保护。
2、防止断口化学损伤
3、断口清洗
三、断裂失效的宏观分析
1、观察内容
A、韧窝尺寸、形状和第二相质点的数量、尺 寸、形态及分布的关系 B、解理面面积、尺寸、程度与温度、组织及 应力之间的定量关系 C、疲劳条带间距与交变应力幅、应力强度因 子之间的关系
2.4 裂纹分析术
裂纹是不完全断裂缺陷。金属的表面或内部 受应力作用，连续性受到局部破坏，称为 开裂，其表现形式就是裂纹。
2、直线状裂纹
发纹、淬火裂纹、拉痕等
3、其它形状裂纹
环形、周向、辐射状、弧形裂纹等
四、裂纹走向分析
1、应力规则
裂纹通常沿垂直于最大正应力或平行于最大切 应力方向萌生和扩展。
2、强度规则
裂纹总是力图沿阻力最小的路径扩展。
通常，材质均匀时，应力规则起主导作用； 材质明显不均匀时，强度规则起主导作用。
2、按其他方法分类
制造工艺：
冷变形、锻造、铸造……
部件类型：
轴件、齿轮、弹簧……
二、按“质量管理”观点分类
便于管理和预防。 1、按失效发展过程 早期失效、偶然失效、耗损失效
Bath tub curve
2、按失效发生速度
突发失效 渐进失效
间歇失效
3、按失效的工程性质
按整体性分为系统失效和部件失效
四、断口的微观分析
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光学显微镜 1）直接观察
2）剖面观察
3）复型观察
2、电子金相
分析内容
韧性区大小测定 裂纹扩展速度测定（电镜下加载） 断裂过程及影响因素之间定量关系测定。
1）试样制备
2）电子图像分析 A、宏观-细观-微观区域对应
B、统计性观察 C、排除假象
3）蚀坑分析 4）断口组织分析 5）断口形貌定量分析