一、失效分(fen)析(xi)的(de)定義 

  對裝備及(ji)其構件在使(shi)用過(guo)程中發生(sheng)各(ge)種形(xing)式(shi)失(shi)(shi)效現象(xiang)的特征(zheng)及(ji)規律(lv)進行(xing)分析研究，從中找出產生(sheng)失(shi)(shi)效的主(zhu)要(yao)原(yuan)因及(ji)防止失(shi)(shi)效的措施，稱為失(shi)(shi)效分析。 失(shi)(shi)效分類 材料在各(ge)種工程應用中的失(shi)(shi)效模(mo)式(shi)主(zhu)要(yao)由斷裂、腐(fu)蝕、磨損(sun)和(he)變形(xing)等，其中斷裂失(shi)(shi)效的危害性(xing)最(zui)大。

 1. 彈性(xing)變(bian)形(xing)失(shi)效 

  當應力或溫(wen)度引(yin)起材料(liao)可恢復的(de)彈性變形大到足以影(ying)響裝備(bei)正常發揮(hui)預定的(de)功能時，就(jiu)出現彈性變形失效。 

 2. 塑(su)性變形失效 

  當受載荷的材(cai)料(liao)產生(sheng)不可(ke)恢復的塑性變(bian)(bian)形大到足以(yi)影響裝備正常發揮預定的功能時，就出現塑性變(bian)(bian)形失效。

 3. 韌性斷裂失效 

  材料在斷裂之(zhi)前(qian)產(chan)生顯著的宏觀塑性變形的斷裂稱為韌性斷裂失效。 

 4. 脆性斷裂失效 

  材(cai)料在斷(duan)裂之前沒(mei)有發生或很少發生宏觀可見的(de)塑(su)性(xing)(xing)變形的(de)斷(duan)裂稱(cheng)為脆性(xing)(xing)斷(duan)裂失效。 

 5. 疲(pi)勞斷裂失效 

  材料在(zai)交(jiao)變載荷作用(yong)下，經過一(yi)定(ding)的周(zhou)期后(hou)所發生(sheng)的斷(duan)裂稱為疲勞斷(duan)裂失效(xiao)。 

 6. 腐蝕(shi)失效 

  腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是材(cai)(cai)料(liao)(liao)表(biao)面與服役環境(jing)發生(sheng)物理或(huo)化學的(de)反應，使(shi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)發生(sheng)損壞或(huo)變質(zhi)的(de)現象，材(cai)(cai)料(liao)(liao)發生(sheng)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)使(shi)其不能(neng)發揮(hui)正常的(de)功能(neng)則(ze)稱為(wei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失(shi)效。腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)有(you)多種(zhong)形式，有(you)均(jun)勻(yun)遍(bian)及材(cai)(cai)料(liao)(liao)表(biao)面的(de)均(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)和只在局(ju)(ju)部(bu)地方出現的(de)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)又分為(wei)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)、腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)疲勞等(deng)。 

 7. 磨損(sun)失效 

  當材料表現相互接觸或(huo)材料表面與流體接觸并作(zuo)相對運(yun)動時，由(you)(you)于物理和(he)化學的作(zuo)用，材料表面的形(xing)狀、尺寸或(huo)質量發生變化的過程，稱(cheng)為磨損(sun)(sun)。由(you)(you)磨損(sun)(sun)而(er)導致構件功能喪失，稱(cheng)為磨損(sun)(sun)失效。磨損(sun)(sun)有多(duo)種形(xing)式，其中常(chang)見粘著磨損(sun)(sun)、磨料磨損(sun)(sun)、沖(chong)擊磨損(sun)(sun)、微動磨損(sun)(sun)、腐蝕磨損(sun)(sun)、疲勞磨損(sun)(sun)等。 

二、失效原因分析 

 1. 設計不合理(li) 

  其中結(jie)構或形狀(zhuang)(zhuang)不合理(li)，材料存在缺(que)口、小(xiao)圓弧轉角、不同形狀(zhuang)(zhuang)過渡區等高(gao)(gao)應(ying)(ying)力(li)區，未能恰當(dang)設計(ji)(ji)(ji)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)比較常見。總之，設計(ji)(ji)(ji)中的(de)(de)(de)(de)過載(zai)荷(he)、應(ying)(ying)力(li)集中、結(jie)構選(xuan)擇不當(dang)、安全系數過小(xiao)(追求輕巧和(he)高(gao)(gao)速度)及(ji)(ji)配合不合適等都會導(dao)致構件及(ji)(ji)裝備失(shi)效(xiao)(xiao)。構件及(ji)(ji)裝備的(de)(de)(de)(de)設計(ji)(ji)(ji)要有足夠的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度、剛度、穩(wen)定性，結(jie)構設計(ji)(ji)(ji)要合理(li)。 分析(xi)設計(ji)(ji)(ji)原因引(yin)起的(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)尤其要注意：對(dui)復(fu)雜構件未作(zuo)可(ke)靠的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)計(ji)(ji)(ji)算；或對(dui)構件在服役中所承受的(de)(de)(de)(de)非正常工(gong)作(zuo)載(zai)荷(he)的(de)(de)(de)(de)類型及(ji)(ji)大小(xiao)未作(zuo)考慮；甚至于對(dui)工(gong)作(zuo)載(zai)荷(he)確定和(he)應(ying)(ying)力(li)分析(xi)準確的(de)(de)(de)(de)構件來說，如果只考慮拉(la)伸強(qiang)度和(he)屈(qu)服強(qiang)度數據的(de)(de)(de)(de)靜載(zai)荷(he)能力(li)，而忽視了(le)脆(cui)性斷(duan)裂(lie)、低(di)循環疲(pi)勞、應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)及(ji)(ji)腐蝕(shi)疲(pi)勞等機理(li)可(ke)能引(yin)起的(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)，都會在設計(ji)(ji)(ji)上造成嚴重的(de)(de)(de)(de)錯誤。 

 2. 選材不當及(ji)材料缺(que)陷 

  金屬裝備及構(gou)(gou)件的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)選擇要遵循使用性(xing)(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則(ze)(ze)、加工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)原(yuan)(yuan)則(ze)(ze)及經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則(ze)(ze)，首(shou)先要考慮(lv)遵循使用性(xing)(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則(ze)(ze)。使在特定環境中的(de)(de)構(gou)(gou)件，對(dui)(dui)(dui)可預見(jian)的(de)(de)失效形(xing)式要為其選擇足夠的(de)(de)抵抗失效的(de)(de)能(neng)力。如對(dui)(dui)(dui)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)可能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)屈(qu)服(fu)變形(xing)或斷(duan)裂，應(ying)(ying)該選擇足夠的(de)(de)拉伸強度(du)和(he)屈(qu)服(fu)強度(du)；但對(dui)(dui)(dui)可能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)(xing)斷(duan)裂、疲勞及應(ying)(ying)力腐蝕(shi)開裂的(de)(de)環境條件，高強度(du)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)往往適(shi)得(de)其反。在符(fu)合(he)使用性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)原(yuan)(yuan)則(ze)(ze)下選取的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)材(cai)料(liao)(liao)，對(dui)(dui)(dui)構(gou)(gou)件的(de)(de)成形(xing)要有(you)好的(de)(de)加工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。在保證構(gou)(gou)件使用性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)、加工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)要求的(de)(de)前(qian)題下，經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)(xing)也是必須考慮(lv)。

 3. 制造工藝不合理 

  金(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備及其(qi)構件往(wang)往(wang)要(yao)(yao)經(jing)過(guo)(guo)機(ji)(ji)加(jia)工（車、銑、刨、磨、鉆等(deng)(deng)）、熱(re)冷變(bian)形（沖、壓、卷、彎(wan)等(deng)(deng)）、焊(han)(han)接(jie)(jie)、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)制造工藝(yi)過(guo)(guo)程(cheng)。若工藝(yi)規范(fan)制訂(ding)不(bu)(bu)(bu)合理(li)(li)，則金(jin)屬設備或構件在這些(xie)加(jia)工成形過(guo)(guo)程(cheng)中，往(wang)往(wang)會(hui)留下(xia)各種各樣的(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)(xian)。如機(ji)(ji)加(jia)工常出現的(de)(de)(de)(de)圓(yuan)角過(guo)(guo)小、倒角尖(jian)銳、裂紋(wen)(wen)(wen)、劃痕；冷熱(re)成形的(de)(de)(de)(de)表(biao)面凹凸不(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度(du)和(he)(he)裂紋(wen)(wen)(wen)；在焊(han)(han)接(jie)(jie)時可能產(chan)生的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫表(biao)面缺陷(xian)(xian)(咬邊(bian)、焊(han)(han)縫凹陷(xian)(xian)、焊(han)(han)縫過(guo)(guo)高(gao))、焊(han)(han)接(jie)(jie)裂紋(wen)(wen)(wen)、焊(han)(han)縫內部缺陷(xian)(xian)(未(wei)焊(han)(han)透、氣孔、夾(jia)渣)，焊(han)(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區(qu)更因在焊(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)經(jing)受的(de)(de)(de)(de)溫度(du)不(bu)(bu)(bu)同(tong)，使其(qi)發生組織(zhi)轉變(bian)不(bu)(bu)(bu)同(tong)，有(you)可能產(chan)生組織(zhi)脆(cui)化和(he)(he)裂紋(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)缺陷(xian)(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)錯位、不(bu)(bu)(bu)同(tong)心度(du)、不(bu)(bu)(bu)對(dui)中及強行(xing)(xing)組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下(xia)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)內應(ying)力等(deng)(deng)。所有(you)這些(xie)缺陷(xian)(xian)如超(chao)過(guo)(guo)限度(du)則會(hui)導(dao)致構件以及裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早期失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)。 使用操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當(dang)和(he)(he)維修不(bu)(bu)(bu)當(dang) 使用操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當(dang)時金(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)(yao)原因之一，如違(wei)章操(cao)作(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫、超(chao)速；缺乏經(jing)驗、判斷錯誤；無知(zhi)和(he)(he)訓練不(bu)(bu)(bu)夠；主觀臆(yi)測(ce)、責任心不(bu)(bu)(bu)強、粗心大(da)意等(deng)(deng)都(dou)是不(bu)(bu)(bu)安全的(de)(de)(de)(de)行(xing)(xing)為。某時期統(tong)計260 次壓力容器和(he)(he)鍋(guo)爐事故中，操(cao)作(zuo)事故194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備是要(yao)(yao)進行(xing)(xing)定期維修和(he)(he)保養的(de)(de)(de)(de)，如對(dui)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備的(de)(de)(de)(de)檢(jian)查、檢(jian)修和(he)(he)更換不(bu)(bu)(bu)及時或沒有(you)采(cai)取(qu)適當(dang)的(de)(de)(de)(de)修理(li)(li)、防護措施，也會(hui)引(yin)起裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早期失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)。