一、失效分(fen)析的(de)定義
對裝備及(ji)其構件在使用(yong)(yong)過程中(zhong)(zhong)發(fa)生各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)失(shi)(shi)效現(xian)象的(de)(de)(de)特(te)征及(ji)規律進行分析研究，從中(zhong)(zhong)找(zhao)出產(chan)生失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)原(yuan)因及(ji)防止失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)措施，稱(cheng)為失(shi)(shi)效分析。 失(shi)(shi)效分類 材料在各(ge)種(zhong)工程應用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)失(shi)(shi)效模(mo)式(shi)主(zhu)(zhu)要(yao)由斷裂(lie)(lie)、腐蝕、磨損(sun)和(he)變形(xing)等，其中(zhong)(zhong)斷裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)危害性最大。
1. 彈性變形失效
當應力或溫(wen)度引(yin)起材料可(ke)恢(hui)復的彈性(xing)變形(xing)大到(dao)足以(yi)影響裝備正常發揮預定的功能時，就出現彈性(xing)變形(xing)失效(xiao)。
2. 塑(su)性變(bian)形失效
當受載荷的(de)材料產生不可恢復(fu)的(de)塑性變(bian)形(xing)大到足以影響裝(zhuang)備正(zheng)常發揮預定的(de)功能時，就出現塑性變(bian)形(xing)失(shi)效(xiao)。
3. 韌性斷(duan)裂失(shi)效
材(cai)料(liao)在(zai)斷(duan)裂(lie)之(zhi)前產生顯著的宏觀塑(su)性變形的斷(duan)裂(lie)稱(cheng)為韌性斷(duan)裂(lie)失(shi)效。
4. 脆(cui)性斷(duan)裂失(shi)效
材料(liao)在斷裂(lie)之(zhi)前沒(mei)有發生或很少(shao)發生宏觀(guan)可見的塑性變形(xing)的斷裂(lie)稱為脆性斷裂(lie)失效。
5. 疲勞斷裂失效(xiao)
材料在交變載(zai)荷作用下(xia)，經過一定的周(zhou)期后所發生的斷裂稱為疲勞(lao)斷裂失(shi)效。
6. 腐蝕失效
腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是材(cai)料(liao)表面與服(fu)役環境發(fa)(fa)生物(wu)理(li)或化學的(de)反應，使材(cai)料(liao)發(fa)(fa)生損壞或變質的(de)現象，材(cai)料(liao)發(fa)(fa)生的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)使其不能發(fa)(fa)揮正常的(de)功能則(ze)稱為腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)有多種形式，有均(jun)(jun)勻(yun)遍及材(cai)料(liao)表面的(de)均(jun)(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和只在局部(bu)地方出現的(de)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)又分為點腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、晶間(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、應力腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)開(kai)裂、腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)疲(pi)勞等(deng)。
7. 磨損失效
當材(cai)料(liao)(liao)表現(xian)相互接(jie)觸或材(cai)料(liao)(liao)表面與流體接(jie)觸并作相對(dui)運動時，由于物(wu)理(li)和化學的(de)作用(yong)，材(cai)料(liao)(liao)表面的(de)形狀、尺寸或質量發生變化的(de)過程，稱(cheng)為(wei)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)。由磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)而(er)導(dao)致構(gou)件功能喪失，稱(cheng)為(wei)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)失效。磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)有多種形式，其中常見(jian)粘著磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、磨(mo)料(liao)(liao)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、沖擊(ji)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、微動磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、疲(pi)勞磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)等。
二、失效原(yuan)因分析
1. 設計不合理
其中結(jie)構(gou)(gou)(gou)或形(xing)狀不(bu)(bu)合理，材(cai)料存在(zai)缺口、小圓弧(hu)轉角、不(bu)(bu)同(tong)形(xing)狀過(guo)渡(du)區等(deng)(deng)高應(ying)(ying)力(li)區，未(wei)(wei)能(neng)恰當設(she)計(ji)引起(qi)的(de)失(shi)效(xiao)比較常見(jian)。總(zong)之(zhi)，設(she)計(ji)中的(de)過(guo)載荷(he)、應(ying)(ying)力(li)集中、結(jie)構(gou)(gou)(gou)選(xuan)擇不(bu)(bu)當、安全系數過(guo)小(追求輕巧(qiao)和高速(su)度(du))及(ji)(ji)(ji)配合不(bu)(bu)合適(shi)等(deng)(deng)都會(hui)導(dao)致構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)及(ji)(ji)(ji)裝備(bei)失(shi)效(xiao)。構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)及(ji)(ji)(ji)裝備(bei)的(de)設(she)計(ji)要(yao)(yao)有足夠的(de)強度(du)、剛度(du)、穩(wen)定(ding)性，結(jie)構(gou)(gou)(gou)設(she)計(ji)要(yao)(yao)合理。 分析設(she)計(ji)原因(yin)引起(qi)的(de)失(shi)效(xiao)尤(you)其要(yao)(yao)注(zhu)意(yi)：對復(fu)雜(za)構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)未(wei)(wei)作可靠的(de)應(ying)(ying)力(li)計(ji)算；或對構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)在(zai)服役中所承受的(de)非正常工(gong)作載荷(he)的(de)類型及(ji)(ji)(ji)大小未(wei)(wei)作考慮；甚至(zhi)于(yu)對工(gong)作載荷(he)確定(ding)和應(ying)(ying)力(li)分析準確的(de)構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)來說，如果(guo)只(zhi)考慮拉伸強度(du)和屈(qu)服強度(du)數據(ju)的(de)靜載荷(he)能(neng)力(li)，而(er)忽視了脆(cui)性斷裂、低(di)循環疲(pi)勞、應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕及(ji)(ji)(ji)腐(fu)蝕疲(pi)勞等(deng)(deng)機理可能(neng)引起(qi)的(de)失(shi)效(xiao)，都會(hui)在(zai)設(she)計(ji)上造成(cheng)嚴(yan)重的(de)錯誤。
2. 選材(cai)(cai)不當及材(cai)(cai)料缺(que)陷
金(jin)屬裝(zhuang)備及構件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)選(xuan)擇要(yao)遵(zun)循(xun)使用性(xing)(xing)(xing)原(yuan)則(ze)、加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)原(yuan)則(ze)及經濟性(xing)(xing)(xing)原(yuan)則(ze)，首(shou)先要(yao)考(kao)(kao)慮(lv)遵(zun)循(xun)使用性(xing)(xing)(xing)原(yuan)則(ze)。使在特定(ding)環(huan)境中的(de)(de)(de)構件(jian)(jian)(jian)，對(dui)可預見的(de)(de)(de)失效(xiao)形式要(yao)為(wei)其(qi)選(xuan)擇足夠(gou)的(de)(de)(de)抵抗失效(xiao)的(de)(de)(de)能(neng)力(li)。如對(dui)韌性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)可能(neng)產生(sheng)的(de)(de)(de)屈服變形或斷裂，應該選(xuan)擇足夠(gou)的(de)(de)(de)拉伸強(qiang)度和屈服強(qiang)度；但(dan)對(dui)可能(neng)產生(sheng)的(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)斷裂、疲勞(lao)及應力(li)腐(fu)蝕(shi)開裂的(de)(de)(de)環(huan)境條件(jian)(jian)(jian)，高強(qiang)度的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)往往適(shi)得其(qi)反。在符合使用性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)原(yuan)則(ze)下(xia)選(xuan)取的(de)(de)(de)結構材(cai)(cai)料(liao)，對(dui)構件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)成(cheng)形要(yao)有好的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)。在保(bao)證構件(jian)(jian)(jian)使用性(xing)(xing)(xing)能(neng)、加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)要(yao)求的(de)(de)(de)前題下(xia)，經濟性(xing)(xing)(xing)也是必須考(kao)(kao)慮(lv)。
3. 制(zhi)造工藝不合理
金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備及(ji)其(qi)構(gou)件(jian)往往要經過(guo)機加工(gong)（車、銑、刨、磨(mo)、鉆等(deng)(deng)）、熱冷(leng)變形(xing)(xing)（沖(chong)、壓、卷、彎等(deng)(deng)）、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)制造(zao)工(gong)藝過(guo)程。若工(gong)藝規范制訂不(bu)(bu)(bu)合理(li)，則金屬設備或(huo)構(gou)件(jian)在這(zhe)些加工(gong)成形(xing)(xing)過(guo)程中(zhong)，往往會留(liu)下(xia)(xia)各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)缺陷。如(ru)(ru)機加工(gong)常出現的(de)(de)(de)圓(yuan)角(jiao)過(guo)小、倒(dao)角(jiao)尖銳、裂紋、劃痕(hen)；冷(leng)熱成形(xing)(xing)的(de)(de)(de)表面凹凸不(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)直度、不(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度和(he)裂紋；在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時可能產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫表面缺陷(咬邊、焊(han)(han)(han)(han)縫凹陷、焊(han)(han)(han)(han)縫過(guo)高)、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)裂紋、焊(han)(han)(han)(han)縫內部缺陷(未焊(han)(han)(han)(han)透、氣孔、夾渣)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)熱影響區更因在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)過(guo)程經受的(de)(de)(de)溫度不(bu)(bu)(bu)同，使(shi)其(qi)發生(sheng)組織(zhi)轉(zhuan)變不(bu)(bu)(bu)同，有(you)可能產(chan)(chan)生(sheng)組織(zhi)脆化和(he)裂紋等(deng)(deng)缺陷；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)錯(cuo)位、不(bu)(bu)(bu)同心度、不(bu)(bu)(bu)對中(zhong)及(ji)強(qiang)行(xing)組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)留(liu)下(xia)(xia)較大的(de)(de)(de)內應力等(deng)(deng)。所(suo)有(you)這(zhe)些缺陷如(ru)(ru)超過(guo)限度則會導致構(gou)件(jian)以(yi)及(ji)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早期失效。 使(shi)用操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當和(he)維修不(bu)(bu)(bu)當 使(shi)用操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當時金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備失效的(de)(de)(de)重要原因之一，如(ru)(ru)違章操作(zuo)，超載、超溫、超速(su)；缺乏經驗、判(pan)斷錯(cuo)誤；無知和(he)訓練不(bu)(bu)(bu)夠；主觀臆測、責任心不(bu)(bu)(bu)強(qiang)、粗心大意等(deng)(deng)都(dou)是不(bu)(bu)(bu)安全的(de)(de)(de)行(xing)為。某時期統計260 次(ci)壓力容器(qi)和(he)鍋爐事(shi)(shi)故(gu)中(zhong)，操作(zuo)事(shi)(shi)故(gu)194 次(ci)，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備是要進行(xing)定期維修和(he)保養的(de)(de)(de)，如(ru)(ru)對裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備的(de)(de)(de)檢查、檢修和(he)更換(huan)不(bu)(bu)(bu)及(ji)時或(huo)沒有(you)采取適當的(de)(de)(de)修理(li)、防護措(cuo)施，也會引起(qi)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早期失效。
