一、失效分析的定義 

  對(duì)裝備及其構(gòu)件在使用過(guò)程中發(fā)生各種形式失效現(xiàn)象的特征及規(guī)律進(jìn)行分析研究，從中找出產(chǎn)生失效的主要原因及防止失效的措施，稱(chēng)為失效分析。 失效分類(lèi) 材料在各種工程應(yīng)用中的失效模式主要由斷裂、腐蝕、磨損和變形等，其中斷裂失效的危害性最大。

 1. 彈性變形失效 

  當(dāng)應(yīng)力或溫度引起材料可恢復(fù)的彈性變形大到足以影響裝備正常發(fā)揮預(yù)定的功能時(shí)，就出現(xiàn)彈性變形失效。 

 2. 塑性變形失效 

  當(dāng)受載荷的材料產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形大到足以影響裝備正常發(fā)揮預(yù)定的功能時(shí)，就出現(xiàn)塑性變形失效。

 3. 韌性斷裂失效 

  材料在斷裂之前產(chǎn)生顯著的宏觀塑性變形的斷裂稱(chēng)為韌性斷裂失效。 

 4. 脆性斷裂失效 

  材料在斷裂之前沒(méi)有發(fā)生或很少發(fā)生宏觀可見(jiàn)的塑性變形的斷裂稱(chēng)為脆性斷裂失效。 

 5. 疲勞斷裂失效 

  材料在交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的周期后所發(fā)生的斷裂稱(chēng)為疲勞斷裂失效。 

 6. 腐蝕失效 

  腐蝕是材料表面與服役環(huán)境發(fā)生物理或化學(xué)的反應(yīng)，使材料發(fā)生損壞或變質(zhì)的現(xiàn)象，材料發(fā)生的腐蝕使其不能發(fā)揮正常的功能則稱(chēng)為腐蝕失效。腐蝕有多種形式，有均勻遍及材料表面的均勻腐蝕和只在局部地方出現(xiàn)的局部腐蝕，局部腐蝕又分為點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕疲勞等。 

 7. 磨損失效 

  當(dāng)材料表現(xiàn)相互接觸或材料表面與流體接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于物理和化學(xué)的作用，材料表面的形狀、尺寸或質(zhì)量發(fā)生變化的過(guò)程，稱(chēng)為磨損。由磨損而導(dǎo)致構(gòu)件功能喪失，稱(chēng)為磨損失效。磨損有多種形式，其中常見(jiàn)粘著磨損、磨料磨損、沖擊磨損、微動(dòng)磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等。 

二、失效原因分析 

 1. 設(shè)計(jì)不合理 

  其中結(jié)構(gòu)或形狀不合理，材料存在缺口、小圓弧轉(zhuǎn)角、不同形狀過(guò)渡區(qū)等高應(yīng)力區(qū)，未能恰當(dāng)設(shè)計(jì)引起的失效比較常見(jiàn)。總之，設(shè)計(jì)中的過(guò)載荷、應(yīng)力集中、結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)、安全系數(shù)過(guò)小(追求輕巧和高速度)及配合不合適等都會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件及裝備失效。構(gòu)件及裝備的設(shè)計(jì)要有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理。 分析設(shè)計(jì)原因引起的失效尤其要注意：對(duì)復(fù)雜構(gòu)件未作可靠的應(yīng)力計(jì)算；或?qū)?gòu)件在服役中所承受的非正常工作載荷的類(lèi)型及大小未作考慮；甚至于對(duì)工作載荷確定和應(yīng)力分析準(zhǔn)確的構(gòu)件來(lái)說(shuō)，如果只考慮拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)的靜載荷能力，而忽視了脆性斷裂、低循環(huán)疲勞、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞等機(jī)理可能引起的失效，都會(huì)在設(shè)計(jì)上造成嚴(yán)重的錯(cuò)誤。 

 2. 選材不當(dāng)及材料缺陷 

  金屬裝備及構(gòu)件的材料選擇要遵循使用性原則、加工工藝性能原則及經(jīng)濟(jì)性原則，首先要考慮遵循使用性原則。使在特定環(huán)境中的構(gòu)件，對(duì)可預(yù)見(jiàn)的失效形式要為其選擇足夠的抵抗失效的能力。如對(duì)韌性材料可能產(chǎn)生的屈服變形或斷裂，應(yīng)該選擇足夠的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；但對(duì)可能產(chǎn)生的脆性斷裂、疲勞及應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的環(huán)境條件，高強(qiáng)度的材料往往適得其反。在符合使用性能的原則下選取的結(jié)構(gòu)材料，對(duì)構(gòu)件的成形要有好的加工工藝性能。在保證構(gòu)件使用性能、加工工藝性能要求的前題下，經(jīng)濟(jì)性也是必須考慮。

 3. 制造工藝不合理 

  金屬裝備及其構(gòu)件往往要經(jīng)過(guò)機(jī)加工（車(chē)、銑、刨、磨、鉆等）、熱冷變形（沖、壓、卷、彎等）、焊接、裝配等制造工藝過(guò)程。若工藝規(guī)范制訂不合理，則金屬設(shè)備或構(gòu)件在這些加工成形過(guò)程中，往往會(huì)留下各種各樣的缺陷。如機(jī)加工常出現(xiàn)的圓角過(guò)小、倒角尖銳、裂紋、劃痕；冷熱成形的表面凹凸不平、不直度、不圓度和裂紋；在焊接時(shí)可能產(chǎn)生的焊縫表面缺陷(咬邊、焊縫凹陷、焊縫過(guò)高)、焊接裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷(未焊透、氣孔、夾渣)，焊接的熱影響區(qū)更因在焊接過(guò)程經(jīng)受的溫度不同，使其發(fā)生組織轉(zhuǎn)變不同，有可能產(chǎn)生組織脆化和裂紋等缺陷；組裝的錯(cuò)位、不同心度、不對(duì)中及強(qiáng)行組裝留下較大的內(nèi)應(yīng)力等。所有這些缺陷如超過(guò)限度則會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件以及裝備早期失效。 使用操作不當(dāng)和維修不當(dāng) 使用操作不當(dāng)時(shí)金屬裝備失效的重要原因之一，如違章操作，超載、超溫、超速；缺乏經(jīng)驗(yàn)、判斷錯(cuò)誤；無(wú)知和訓(xùn)練不夠；主觀臆測(cè)、責(zé)任心不強(qiáng)、粗心大意等都是不安全的行為。某時(shí)期統(tǒng)計(jì)260 次壓力容器和鍋爐事故中，操作事故194 次，占74.5% 。裝備是要進(jìn)行定期維修和保養(yǎng)的，如對(duì)裝備的檢查、檢修和更換不及時(shí)或沒(méi)有采取適當(dāng)?shù)男蘩怼⒎雷o(hù)措施，也會(huì)引起裝備早期失效。