失效分析知识详解

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失效分析是一门新兴发展中的学科，近年开始从军工到普通企业普及。在提高产品质量、技术开发、改进、产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义，是根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。方法分为有损分析，无损分析，物理分析，化学分析等。​
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+ h' @% x9 k% W" I. j1 简介​

早期失效率高的原因是产品中存在不合格的部件；晚期失效率高的原因是产品部件经长期使用后进入失效期。机械产品中的磨合、 电子元器件的老化筛选等就是根据这种失效规律而制定的保证可靠性的措施。失效按其工程含义分为暂失效和永久失效、突然失效和渐变失效，按经济观点分为正常损耗失效、本质缺陷失效、误用失效和超负荷失效。产品的种类和状态繁多，失效的形式也千差万别。因此对失效分析难以规定统一的模式。失效分析可分为整机失效分析和零部件残骸失效分析，也可按产品发展阶段、失效场合、分析目的进行失效分析。失效分析的工作程序通常分为明确要求，调查研究，分析失效机制和提出对策等阶段。失效分析的核心是失效机制的分析和揭示。​

& {# h0 U$ I/ |9 ~( }2 C0 B" z  B6 G9 m2 原理​
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失效机制是导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。此过程的诱发因素有内部的和外部的。在研究失效机制时，通常先从外部诱发因素和失效表现形式入手，进而再研究较隐蔽的内在因素。在研究批量性失效规律时，常用数理统计方法，构成表示失效机制、失效方式或失效部位与失效频度、失效百分比或失效经济损失之间关系的排列图或帕雷托图，以找出必须首先解决的主要失效机制、方位和部位。任一产品或系统的构成都是有层次的，失效原因也具有层次性，如系统－单机－部件（组件）－零件（元件）－材料。上一层次的失效原因即是下一层次的失效现象。越是低层次的失效现象，就越是本质的失效原因。​
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3 基本概念​
- I! A3 r& u' i, K0 J, U& F
! Y. J2 m% N: L7 h. J6 \3.1 失效和失效分析​

产品丧失规定的功能称为失效。​
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. @' P& n8 }' d: e: f$ |/ R* n判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。​
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+ w! Q/ U; a0 R: h1 s( |, d3.2 失效和事故​
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$ n% K* a/ {* v6 ^' b, H失效与事故是紧密相关的两个范畴，事故强调的是后果，即造成的损失和危害，而失效强调的是机械产品本身的功能状态。失效和事故常常有一定的因果关系，但两者没有必然的联系。​
$ d& Z0 L2 O2 s; I$ V" S. l4 [
3 f4 x. Y, J4 r3.3 失效和可靠​

失效是可靠的反义词。产品的可靠度R(t）是指规定条件下、规定时间t内还能满足规定功能概率。累积失效概率F(t）就是时间t内的不可靠度，即F(t)=1-R(t)。​

/ ^  m- M9 a$ T0 i) r0 x! a$ |3.4 失效件和废品​

% `0 r7 S4 F, S失效件是指进入商品流通领域后发生故障的零件，而废品则是指进入商品流通领域前发生质量问题的零件。废品分析采用的方法常与失效分析方法一致。​
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3.5 失效学​
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9 ^1 Q9 M8 i( w, l7 j2 L研究产品失效的诊断、预测和预防理论、技术和方法的交叉综合的分支学科。失效学与相关学科的边界还不够明确，它是一个发展中的新兴学科。​

" c, \4 Q. B/ |; V3 C* a4 分类​
- @$ v4 e# d' e6 ]
( J7 G% h6 l. h  x2 I4.1 按功能分类​
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由失效的定义可知，失效的判据是看规定的功能是否丧失。因此，失效的分类可以按功能进行分类。例如，按不同材料的规定功能可以用各种材料缺陷（包括成分、性能、组织、表面完整性、品种、规格等方面）来划分材料失效的类型。对机械产品可按照其相应规定功能来分类。​
% ^. ]) H5 h8 u+ F2 _8 H# J
8 ], X1 R) z" `4.2 按材料损伤机理分类​
* Y$ O: T" I( f9 \1 `# k: C# f
根据机械失效过程中材料发生变化的物理、 化学的本质机理不同和过程特征差异,​
4 z) V7 b8 M! B
9 H0 P! v6 ~$ k1 W, S4.3 按机械失效的时间特征分类​

（1）早期失效 可分为偶然早期失效和耗损期失效；​
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9 W$ f& O* W/ ~4 s3 e7 Q（2）突发失效 可分为渐进（渐变）失效和间歇失效。​

2 Z$ v4 k, x  a: {  G) d4.4 按机械失效的后果分类​
; W  k8 H5 n; d2 m7 Y" n* R
0 H0 C7 Z0 \- U* H. k% }（1）部分失效​

（2）完全失效​
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（3）轻度失效​
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8 S- V" f$ l/ M. `8 m（4）危险性（严重）失效​
: z1 D! w- M5 _' d" e: `& t
（5）灾难性（致命）失效​

失效分析的分类一般按分析的目的不同可分为：​
+ I& h+ p7 x. N, ]
（1）狭义的失效分析：主要目的在于找出引起产品失效的直接原因；​

（2）广义的失效分析：不仅要找出引起产品失效的直接原因，而且要找出技术管理方面的薄弱环节；​

（3）新品研制阶段的失效分析：对失效的研制品进行失效分析；​

（4）产品试用阶段的失效分析：对失效的试用品进行失效分析；​

( U( |; a8 F1 Z5 ~5 q（5）定型产品使用阶段的失效分析：对失效的定型产品进行失效分析；​
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! \) W  y( Q3 w（6）修理品使用阶段的失效分析：对失效的修理品进行失效分析。​
- ]( }6 ~9 O. E, k3 Q
5 意义​

8 b8 j2 }# y' t+ k- @% ]产品质量是企业的生命线。提高产品质量、延长零部件的使用寿命，是企业的立足之本。​
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零件失效分析意义：​
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' k% p" F' {% l- p$ _# A减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生，保障产品质量，提高产品竞争力。​

分析机械零件失效原因，为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。​

为企业技术开发、技术改造提供信息，增加企业产品技术含量，从而获得更大的经济效益。​
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6 g5 @4 k  Q' ^+ a+ A) d  i/ S6 失效分析工作流程​

6 Q% Y7 C! G* w# o) F（1）失效机械的结构分析​
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" q+ k0 B2 r6 Y9 T失效件与相关件的相互关系，载荷形式、受力方向的初步确定​

( H3 }6 a) N# y6 u6 ]+ o; _（2）失效件的粗视分析​

用眼睛或者放大镜观察失效零件，粗略判断失效类型（性质）。​
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（3）失效件的微观分析​
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" s5 v! n$ A5 g4 H8 z7 ?用金相显微镜、电子显微镜观察失效零件的微观形貌，分析失效类型（性质）和原因。​

（4）失效件材料的成分分析​
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用光谱仪、能谱仪等现代分析仪器，测定失效件材料的化学成分。​

（5）失效件材料的力学性能检测​

用拉伸试验机、弯曲试验机、冲击试验机、硬度试验机等测定材料的抗拉强度、弯曲强度、冲击韧度、硬度等力学性能。​
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* [3 P9 ^( y7 r/ D* ~, ^* q* ^1 D（6）应力测试、测定：用x光应力测定仪测定应力​

  w$ ]( V) J/ V用x光应力测定仪测定应力​

9 \- d/ q$ H6 z* g, q% D（7）失效件材料的组成相分析​
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用x光结构分析仪分析失效件材料的组成相。​

, k5 j& [4 U) J# }（8）模拟试验（必要时）​

+ t+ S7 N0 W' g0 f  Q7 \1 @在同样工况下进行试验，或者在模拟工况下进行试验。
. b0 B% A0 Z  f2 j$ s+ T' z" d- }

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失效分析核心是失效机制的分析和揭示

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研究失效机制先从外部诱发因素和失效表现形式入手