一、失效分析(xi)的定義 


  對裝備及(ji)其構件在使用(yong)(yong)過程中(zhong)發生(sheng)各(ge)種形(xing)式失(shi)(shi)效現象的(de)(de)(de)特征及(ji)規律進行分(fen)析研(yan)究，從中(zhong)找出產生(sheng)失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)主要原因及(ji)防止失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)措(cuo)施(shi)，稱為失(shi)(shi)效分(fen)析。 失(shi)(shi)效分(fen)類 材(cai)料在各(ge)種工程應用(yong)(yong)中(zhong)的(de)(de)(de)失(shi)(shi)效模式主要由斷(duan)裂、腐(fu)蝕(shi)、磨(mo)損和變形(xing)等，其中(zhong)斷(duan)裂失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)危害性最大。


 1. 彈性變形失效 


  當應(ying)力或溫度引起材料可恢復的彈性(xing)變形(xing)大到足以(yi)影(ying)響裝備正常發揮預定的功能(neng)時，就出(chu)現彈性(xing)變形(xing)失效。 


 2. 塑性變形(xing)失(shi)效 

 

  當(dang)受(shou)載荷(he)的材料產生不可恢復(fu)的塑性變(bian)形大(da)到足以影響裝(zhuang)備正常發(fa)揮預定的功能時(shi)，就出現塑性變(bian)形失(shi)效。


 3. 韌性斷(duan)裂(lie)失(shi)效 


  材料(liao)在斷(duan)(duan)裂之前產(chan)生顯著的(de)宏觀塑性變(bian)形的(de)斷(duan)(duan)裂稱為韌性斷(duan)(duan)裂失效。 


 4. 脆性斷(duan)裂(lie)失(shi)效 


  材料(liao)在斷(duan)裂(lie)之前沒有發生或很少發生宏觀可見的(de)塑性(xing)變(bian)形的(de)斷(duan)裂(lie)稱為(wei)脆性(xing)斷(duan)裂(lie)失(shi)效。 


 5. 疲勞斷裂失效 


  材(cai)料在交變載荷作(zuo)用下，經過一定的(de)周期后(hou)所發(fa)生的(de)斷裂稱(cheng)為(wei)疲勞斷裂失效(xiao)。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是材料(liao)(liao)表面與服役環境發生物理或化學的反應(ying)(ying)，使材料(liao)(liao)發生損壞(huai)或變質的現象，材料(liao)(liao)發生的腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)使其(qi)不能發揮正常的功能則稱為腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)失效(xiao)。腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有多種形式，有均(jun)(jun)勻遍及材料(liao)(liao)表面的均(jun)(jun)勻腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和只(zhi)在局部(bu)地(di)方出現的局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)又分為點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開裂、腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)疲(pi)勞等。 


 7. 磨損失(shi)效 


  當材料(liao)表現相互(hu)接觸(chu)或材料(liao)表面與流體接觸(chu)并(bing)作(zuo)相對運(yun)動時，由于物理和(he)化學的(de)(de)作(zuo)用，材料(liao)表面的(de)(de)形狀、尺寸或質量發生變化的(de)(de)過(guo)程，稱為磨損(sun)(sun)。由磨損(sun)(sun)而導(dao)致構件功能喪失，稱為磨損(sun)(sun)失效(xiao)。磨損(sun)(sun)有多種形式(shi)，其(qi)中常(chang)見粘著磨損(sun)(sun)、磨料(liao)磨損(sun)(sun)、沖(chong)擊(ji)磨損(sun)(sun)、微動磨損(sun)(sun)、腐蝕磨損(sun)(sun)、疲(pi)勞磨損(sun)(sun)等(deng)。 



二、失(shi)效原因分(fen)析(xi) 


 1. 設計不(bu)合(he)理 


  其(qi)中(zhong)(zhong)結(jie)構(gou)或形狀(zhuang)不(bu)合(he)(he)理(li)，材料(liao)存在缺(que)口(kou)、小圓弧轉角、不(bu)同形狀(zhuang)過(guo)渡區(qu)等高(gao)應(ying)力(li)區(qu)，未(wei)(wei)能(neng)恰當設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)失(shi)效比較常(chang)見。總(zong)之，設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)過(guo)載(zai)(zai)荷、應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)(zhong)、結(jie)構(gou)選(xuan)擇不(bu)當、安全系數過(guo)小(追求(qiu)輕(qing)巧(qiao)和高(gao)速(su)度(du))及(ji)(ji)配合(he)(he)不(bu)合(he)(he)適等都會(hui)導(dao)致(zhi)構(gou)件(jian)及(ji)(ji)裝備失(shi)效。構(gou)件(jian)及(ji)(ji)裝備的(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)有足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)強度(du)、剛(gang)度(du)、穩(wen)定(ding)性(xing)，結(jie)構(gou)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)合(he)(he)理(li)。 分析(xi)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)原因引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)失(shi)效尤其(qi)要(yao)注意：對復雜構(gou)件(jian)未(wei)(wei)作(zuo)可靠的(de)(de)(de)應(ying)力(li)計(ji)(ji)(ji)算；或對構(gou)件(jian)在服(fu)役中(zhong)(zhong)所(suo)承受的(de)(de)(de)非正常(chang)工作(zuo)載(zai)(zai)荷的(de)(de)(de)類型及(ji)(ji)大小未(wei)(wei)作(zuo)考(kao)慮；甚至于對工作(zuo)載(zai)(zai)荷確定(ding)和應(ying)力(li)分析(xi)準確的(de)(de)(de)構(gou)件(jian)來說，如果只(zhi)考(kao)慮拉伸強度(du)和屈服(fu)強度(du)數據的(de)(de)(de)靜載(zai)(zai)荷能(neng)力(li)，而忽視了脆性(xing)斷裂(lie)、低循環疲(pi)勞、應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)及(ji)(ji)腐(fu)蝕(shi)疲(pi)勞等機理(li)可能(neng)引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)失(shi)效，都會(hui)在設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)上造成嚴(yan)重的(de)(de)(de)錯誤。 


 2. 選材不當及材料缺陷 


  金屬裝備及(ji)構件(jian)的(de)材(cai)料(liao)(liao)選擇(ze)要(yao)(yao)遵循使(shi)(shi)(shi)用性原則(ze)、加工(gong)工(gong)藝性能(neng)(neng)原則(ze)及(ji)經濟(ji)性原則(ze)，首(shou)先要(yao)(yao)考(kao)慮遵循使(shi)(shi)(shi)用性原則(ze)。使(shi)(shi)(shi)在(zai)特定環(huan)境中(zhong)的(de)構件(jian)，對(dui)可預見(jian)的(de)失效形式要(yao)(yao)為其(qi)選擇(ze)足(zu)夠的(de)抵抗(kang)失效的(de)能(neng)(neng)力。如對(dui)韌性材(cai)料(liao)(liao)可能(neng)(neng)產(chan)生(sheng)的(de)屈(qu)服(fu)(fu)變形或斷裂，應該(gai)選擇(ze)足(zu)夠的(de)拉伸強度(du)和屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)；但(dan)對(dui)可能(neng)(neng)產(chan)生(sheng)的(de)脆(cui)性斷裂、疲勞及(ji)應力腐蝕開裂的(de)環(huan)境條(tiao)件(jian)，高強度(du)的(de)材(cai)料(liao)(liao)往(wang)往(wang)適(shi)得其(qi)反(fan)。在(zai)符(fu)合使(shi)(shi)(shi)用性能(neng)(neng)的(de)原則(ze)下選取的(de)結構材(cai)料(liao)(liao)，對(dui)構件(jian)的(de)成形要(yao)(yao)有好的(de)加工(gong)工(gong)藝性能(neng)(neng)。在(zai)保證構件(jian)使(shi)(shi)(shi)用性能(neng)(neng)、加工(gong)工(gong)藝性能(neng)(neng)要(yao)(yao)求的(de)前題下，經濟(ji)性也是必須考(kao)慮。


 3. 制(zhi)造工(gong)藝不合(he)理(li) 


  金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)及其構件往往要經過(guo)機加(jia)工(gong)(gong)（車、銑、刨、磨、鉆等）、熱冷變形（沖、壓(ya)、卷、彎等）、焊(han)(han)(han)接、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)配(pei)等制造工(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)。若(ruo)工(gong)(gong)藝規范制訂(ding)不(bu)(bu)合理(li)(li)，則金屬設備(bei)(bei)(bei)或構件在這(zhe)些(xie)加(jia)工(gong)(gong)成形過(guo)程(cheng)中(zhong)，往往會留下各種各樣(yang)的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。如(ru)機加(jia)工(gong)(gong)常(chang)出現的(de)(de)(de)圓(yuan)角(jiao)過(guo)小、倒角(jiao)尖銳(rui)、裂(lie)紋(wen)、劃痕(hen)；冷熱成形的(de)(de)(de)表面凹凸不(bu)(bu)平(ping)、不(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)圓(yuan)度(du)和(he)(he)(he)(he)(he)裂(lie)紋(wen)；在焊(han)(han)(han)接時(shi)(shi)(shi)可(ke)能產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)表面缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(咬邊、焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)凹陷(xian)(xian)(xian)、焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)過(guo)高(gao))、焊(han)(han)(han)接裂(lie)紋(wen)、焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(未焊(han)(han)(han)透、氣孔、夾渣)，焊(han)(han)(han)接的(de)(de)(de)熱影響區更因(yin)在焊(han)(han)(han)接過(guo)程(cheng)經受的(de)(de)(de)溫度(du)不(bu)(bu)同，使其發生(sheng)(sheng)組(zu)織轉變不(bu)(bu)同，有(you)(you)可(ke)能產生(sheng)(sheng)組(zu)織脆化(hua)和(he)(he)(he)(he)(he)裂(lie)紋(wen)等缺(que)陷(xian)(xian)(xian)；組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)錯(cuo)位、不(bu)(bu)同心(xin)度(du)、不(bu)(bu)對中(zhong)及強行(xing)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的(de)(de)(de)內(nei)應力(li)等。所有(you)(you)這(zhe)些(xie)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)如(ru)超(chao)過(guo)限度(du)則會導(dao)致構件以及裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早期失效。 使用(yong)操作(zuo)(zuo)不(bu)(bu)當(dang)(dang)和(he)(he)(he)(he)(he)維(wei)修(xiu)(xiu)不(bu)(bu)當(dang)(dang) 使用(yong)操作(zuo)(zuo)不(bu)(bu)當(dang)(dang)時(shi)(shi)(shi)金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)失效的(de)(de)(de)重要原因(yin)之一，如(ru)違章操作(zuo)(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫、超(chao)速；缺(que)乏經驗、判(pan)斷錯(cuo)誤；無知和(he)(he)(he)(he)(he)訓練不(bu)(bu)夠；主觀臆(yi)測、責任心(xin)不(bu)(bu)強、粗(cu)心(xin)大(da)意等都是不(bu)(bu)安全的(de)(de)(de)行(xing)為。某時(shi)(shi)(shi)期統計260 次壓(ya)力(li)容器(qi)和(he)(he)(he)(he)(he)鍋爐事故中(zhong)，操作(zuo)(zuo)事故194 次，占(zhan)74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)是要進行(xing)定期維(wei)修(xiu)(xiu)和(he)(he)(he)(he)(he)保養的(de)(de)(de)，如(ru)對裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)檢(jian)查、檢(jian)修(xiu)(xiu)和(he)(he)(he)(he)(he)更換不(bu)(bu)及時(shi)(shi)(shi)或沒有(you)(you)采取適當(dang)(dang)的(de)(de)(de)修(xiu)(xiu)理(li)(li)、防護措(cuo)施(shi)，也會引起裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早期失效。