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金属断裂与失效分析 （刘尚慈 编） 第一章 概述 失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。 失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。 第二章 金属断裂失效分析的基本思路 §2—1 断裂失效分析的基本程序 一、现场调查 二、残骸分析 三、实验研究 （一） 零件结构、制作工艺及受力状况的分析 （二） 无损检测 （三） 材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析 （四） 断口分析 （五） 断裂力学分析 以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应 力强度因子 K 作为应力场的主要参量。 KI ＝ Yσ （π α ）1/2 脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：KI ＜KIC 对一定尺寸裂纹，其失稳 “临界应力”为：σc ＝KIC / Y （π α ）1/2 应力不变，裂纹失稳 “临界裂纹尺寸”为：αc ＝（KIC / 2 Yσ ） /π 中低强度材料，当断裂前发生大范围屈服时，按弹塑性断裂 力学提出的裂纹顶端张开位移[COD （δ）]作为材料的断裂韧性 参量，当工作应力小于屈服极限时： δ＝（8σ α/πE ）lnsec(πσ/2σ ) s s 不发生断裂的条件为：δ＜ δ （临界张开位移） C J 积分判据：对一定材料在大范围屈服的情况下，裂纹尖端应 力应变场强度由形变功差率 J 来描述。张开型裂纹不断裂的判据 1 为： J＜JIC KIC——断裂韧性；KISCC——应力腐蚀门槛值 （六）模拟试验 四、综合分析 分析报告的内涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服 役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤ 零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影 响因素；⑧预防措施及改进建议等。 五、回访与促进建议的贯彻 §2—2 实效分析的基本思路 一、强度分析思路 二、断裂失效的统计分析 三、断裂失效分析的故障树技术 第三章 金属的裂纹 §3—1 裂纹的形态与分类 裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。裂纹经变形后，局部磨钝 是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征 也可能降低。 发纹：钢中的夹杂物或带状偏析等在锻压或轧制过程中，沿 锻轧方向延伸所形成的细小纹缕。发纹的两侧没有耦合特征，两 侧及尾端常有较多夹杂物。 裂纹一般是以钢中的缺陷（发纹、划痕、折叠等）为源发展 起来的。 一、按宏观形态分为： （1）网状裂纹 （龟裂纹），属于表面裂纹。产生的原因，主 要是材料表面的化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与 中心不一致；或者在加工过程中发生过热与过烧，晶界性能降低 等，导致裂纹沿晶界扩展。如： 2 ① 铸件表面裂纹：在 1250～1450℃形成的裂纹，沿晶界延伸， 周围有严重的氧化和脱