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上篇 基础篇 1

第一章 概论 1

1.1失效分析的历史与发展 1

1.1.1古代失效分析 1

1.1.2近代失效分析 2

1.1.3现代失效分析 3

1.1.4现代失效分析在中国的发展 3

1.1.5现代失效分析的发展方向 5

1.2失效分析的作用 9

1.2.1全面质量管理中的重要环节 9

1.2.2可靠性工程中重要的技术基础 9

1.2.3安全工程的重要技术保证 9

1.2.4维修工程的理论基础和指导依据 9

1.2.5科技进步的强大推动力 9

1.2.6用户手中强有力的武器 10

1.3失效分析的相关术语 10

1.3.1通用术语 10

1.3.2断裂失效相关术语 11

1.3.3腐蚀失效相关术语 14

1.3.4磨损失效相关术语 15

1.3.5变形失效相关术语 15

1.4失效的基本模式 15

1.5失效分析的人员要求 16

1.5.1失效分析人员的基本素质 16

1.5.2失效分析人员的专业要求 17

参考文献 17

第二章 失效分析思路和方法 18

2.1失效分析思路的基本内涵 18

2.2失效过程及其原因的几个特点 19

2.3思考方向 19

2.4几种典型的失效分析思路 21

2.4.1“撒大网”逐个因素排除 21

2.4.2 FTA 21

2.4.3逻辑推理 22

2.5逻辑推理方法 23

2.5.1归纳推理 23

2.5.2演绎推理 23

2.5.3类比推理 24

2.5.4选择性推理 24

2.5.5假设性推理 25

2.6失效分析的一般程序和要点 25

2.7事故调查中肇事件的判断方法 27

2.7.1残骸的分类 27

2.7.2判断产品事故的模式 28

2.7.3判断事故发生的时机 28

参考文献 29

第三章 失效分析的基本理论与技术 30

3.1痕迹分析 30

3.1.1痕迹分析的作用和意义 30

3.1.2痕迹的分类 30

3.1.3机械损伤痕迹 31

3.1.4电损伤痕迹 36

3.1.5热损伤痕迹 38

3.1.6化学损伤痕迹 39

3.1.7其他损伤痕迹 39

3.1.8痕迹分析的一般程序 40

3.2裂纹分析 40

3.2.1裂纹分析方法 41

3.2.2裂纹走向分析 41

3.2.3裂纹的宏观形貌 44

3.2.4裂纹的微观形貌 47

3.2.5裂纹周围及裂纹末端情况 47

3.3断口分析 48

3.3.1断口分析的作用及意义 48

3.3.2断裂分类 48

3.3.3断口分析基本内容与方法 50

3.3.4断裂机理与典型形貌 54

3.3.5不同断裂失效模式的断口特征 58

3.3.6断裂失效原因的分析 65

3.4失效分析常用检测技术 68

3.4.1失效分析选用检测技术原则 68

3.4.2金相分析 69

3.4.3材料成分结构分析 69

3.4.4力学性能测试 70

3.4.5无损检测 70

3.5其他相关失效分析技术 71

3.5.1失效分析技术介绍 71

3.5.2含缺陷零件安全评估 71

3.5.3有限元在失效分析中的应用 72

参考文献 74

下篇 应用篇 76

第四章 变形与过载断裂失效分析 76

4.1变形失效 76

4.1.1弹性变形失效 76

4.1.2塑性变形失效 78

4.1.3失稳变形失效 83

4.2过载断裂 87

4.2.1断口三要素典型特征 87

4.2.2断口三要素的影响因素 89

4.2.3断口三要素的应用 93

4.3案例分析 94

4.3.1 1Cr18Ni9Ti弹簧垫圈回弹变形失效 94

4.3.2 18Cr2Ni4WA螺桩塑性伸长变形失效 95

4.3.3散热器壳体局部失稳变形 96

4.3.4铂膜热敏电阻器热胀冷缩变形断裂失效 97

4.3.5液压柱塞泵传动轴扭转过载断裂 98

4.3.6信号器膜片回火脆性开裂 99

参考文献 100

第五章 疲劳断裂失效分析 102

5.1疲劳断裂失效的分类 103

5.2疲劳断裂的宏观分析 104

5.3疲劳断口的微观分析 104

5.4疲劳载荷类型的判断 106

5.4.1反复弯曲载荷引起的疲劳断裂 106

5.4.2拉-拉（拉-压）载荷引起的疲劳断裂 109

5.4.3扭转载荷引起的疲劳断裂 110

5.5低周疲劳断裂失效分析 111

5.6高周疲劳断裂失效分析 112

5.6.1高周疲劳 112

5.6.2高低周复合疲劳 113

5.7腐蚀疲劳断裂失效分析 114

5.8热疲劳断裂失效分析 115

5.9微动疲劳断裂失效分析 116

5.10案例分析 118

5.10.1高压涡轮整体叶盘叶根裂纹分析 118

5.10.2动力涡轮导向器裂纹分析 120

5.10.3高压涡轮叶片掉块与裂纹分析 122

5.10.4钛合金中央件耳片断裂分析 123

5.10.5油箱端盖裂纹分析 124

参考文献 125

第六章 环境介质作用下的失效分析 126

6.1腐蚀的基本概念与分类 126

6.2金属腐蚀损伤特征 128

6.2.1腐蚀表面的基本形貌特征 128

6.2.2大气腐蚀 131

6.2.3接触腐蚀 131

6.2.4缝隙腐蚀 132

6.2.5金属的热腐蚀 133

6.2.6熔盐腐蚀损伤 133

6.2.7腐蚀产物的去除 134

6.3应力腐蚀断裂失效分析 135

6.3.1应力腐蚀的条件 136

6.3.2应力腐蚀的特点 138

6.3.3应力腐蚀的断口特征 139

6.3.4不锈钢的腐蚀与应力腐蚀 141

6.4氢脆断裂失效分析 143

6.4.1氢脆的类型及特点 143

6.4.2氢的来源 144

6.4.3氢在金属中存在的形式与作用 145

6.4.4氢脆的断口特征 145

6.4.5氢脆断裂失效判据 147

6.4.6氢脆与应力腐蚀断裂的区别 148

6.5液态金属致脆 149

6.5.1液态金属致脆的特点 149

6.5.2液态金属致脆机制 150

6.5.3发生液态金属致脆的主要途径 151

6.6案例分析 152

6.6.1卡箍螺栓断裂失效分析 152

6.6.2氧气瓶瓶口裂纹分析 153

6.6.3燃烧室壳体裂纹分析 154

6.6.4 TC4钛合金舵翼开裂分析 155

6.6.5铝合金大梁腐蚀分析 156

参考文献 157

第七章 磨损失效分析 158

7.1磨损的基本概念与分类 158

7.2磨粒磨损 158

7.2.1概念与影响因素 158

7.2.2典型案例：轴承磨损分析 159

7.3赫着磨损 159

7.3.1概念与影响因素 159

7.3.2典型案例：齿轮泵动密封装置磨损分析 160

7.4冲蚀磨损 161

7.4.1概念与影响因素 161

7.4.2典型案例：雷达罩涂层磨损分析 162

7.5疲劳磨损 164

7.5.1概念与影响因素 164

7.5.2典型案例：推力球轴承异常磨损分析 165

7.6腐蚀磨损 166

7.7微动磨损 167

7.8磨损失效的分析方法 167

7.8.1磨损失效分析的特点 167

7.8.2磨损失效分析的一般步骤 170

7.9磨损失效的影响因素及预防措施 170

参考文献 170

第八章 断口定量分析 172

8.1概述 172

8.1.1断口定量分析的基本概念 172

8.1.2疲劳断口定量分析的方法 172

8.1.3疲劳断口定量分析的意义 173

8.2疲劳断口定量分析基础技术 173

8.2.1疲劳断口定量分析的特征参数 173

8.2.2疲劳断口定量分析主要模型 176

8.3疲劳特征的测定方法 177

8.4断口反推疲劳裂纹扩展寿命 179

8.4.1疲劳裂纹萌生与扩展过程 179

8.4.2疲劳扩展寿命定量分析的影响因素 181

8.4.3断口反推疲劳扩展寿命的基本过程 182

8.4.4断口反推疲劳扩展寿命举例 183

8.5断口反推原始疲劳质量 185

8.5.1结构原始疲劳质量的概念与意义 185

8.5.2结构原始疲劳质量评估的内涵 186

8.5.3材料原始疲劳质量 187

8.5.4原始疲劳质量评估方法 188

8.6断口反推疲劳应力 189

8.6.1相关参数的确定方法 189

8.6.2断口反推疲劳应力的基本过程 190

8.6.3应用举例 191

8.7疲劳断口反推的其他应用 193

8.7.1断裂先后顺序判断 193

8.7.2失效性质或原因的辅助判断 196

8.7.3用断口定量分析方法评价工艺效果 197

参考文献 197

第九章 非金属材料与构件的失效分析 198

9.1非金属材料的基本概念 198

9.2非金属材料与构件失效分析方法 198

9.2.1表面形貌与污染分析 198

9.2.2界面分析 199

9.2.3成分分析 199

9.3橡胶材料与构件的失效分析 199

9.3.1橡胶材料的常见缺陷 199

9.3.2典型案例分析 201

9.4有机玻璃及其构件的失效分析 204

9.4.1有机玻璃中的银纹 204

9.4.2典型案例分析 204

9.5树脂基复合材料与构件的失效分析 208

9.5.1树脂基复合材料的常见缺陷 208

9.5.2典型案例分析 211

参考文献 213

第十章 电子元器件的失效分析 215

10.1电子元器件失效分析技术 215

10.1.1电子元器件及其失效 215

10.1.2电子元器件失效分析涉及的主要技术 216

10.2电阻器的失效分析 217

10.2.1电阻器的失效分析方法 217

10.2.2电阻器的主要失效模式 217

10.3电容器的失效分析 218

10.3.1铝电解电容的主要失效模式和失效机理 218

10.3.2钽电解电容的主要失效模式和失效机理 219

10.3.3陶瓷电容器的主要失效模式和失效机理 219

10.3.4其他电容的主要失效模式和失效机理 220

10.4分立器件的失效分析 220

10.4.1半导体分立器件常见的失效模式和失效机理 221

10.4.2功率器件的特点和主要失效模式及其机理 222

10.4.3塑封器件的主要失效模式及其机理 222

10.5集成电路的失效分析 222

10.5.1集成电路的主要失效模式 222

10.5.2集成电路的主要失效机理 223

10.6微波器件的失效分析 224

10.6.1 GaAs器件的主要失效模式及机理 224

10.6.2硅微波器件的主要失效模式及机理 225

10.6.3微波组件的主要失效模式及机理 226

10.7其他电子元器件的失效分析 226

10.7.1光电子器件的失效分析 226

10.7.2电真空器件的主要失效模式及机理 228

10.7.3石英晶体谐振器的主要失效模式及机理 229

10.7.4磁性器件的主要失效模式及机理 229

10.8案例分析 230

10.8.1电阻器失效分析案例 230

10.8.2电容器件失效分析案例 230

10.8.3分立器件失效分析案例 232

10.8.4集成电路失效分析案例 233

10.8.5微波器件失效分析案例 234

参考文献 235