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第一章概论 1

1.1失效与失效分析 1

1.1.1失效 1

目 录 1

1.1.2失效分析 4

1.1.3失效分析在工程中的地位和作用 6

1.2失效分析的历史发展 10

1.2.1古代失效分析阶段 10

1.2.2近代失效分析阶段 11

1.2.3现代失效分析阶段 12

1.3失效分析作为学科的发展 13

1.3.1断口学 14

1.3.2痕迹学 14

1.3.3失效分析与相关学科的关系 15

1.4.1机电装备失效的分类 17

1.4机电装备失效与失效分析的分类 17

1.4.2失效分析的分类 20

1.5灰色系统与失效分析中的并行工程 20

1.5.1灰色系统 20

1.5.2失效分析中的并行工程 21

1.5.3对失效分析人员的基本要求 23

1.6失效分析的未来发展 23

1.6.1机电失效分析分支学科的建立和完善 24

1.6.2固体材料环境损伤的演化诱致突变及其预测 24

1.6.3新材料断口特征及其规律性 25

1.6.4构件的安全可靠性评估技术 26

1.6.5 电子产品及其控制系统的失效分析 26

1.6.6失效过程的计算机模拟与辅助诊断 27

参考文献 27

2.1痕迹分析 29

2.1.1痕迹分析的作用和意义 29

第二章失效分析的基本理论与技术 29

2.1.2痕迹的分类 30

2.1.3机械接触的损伤痕迹 33

2.1.4电接触损伤痕迹 42

2.1.5热损伤痕迹 47

2.1.6痕迹分析的一般程序 49

2.2裂纹分析 51

2.2.1裂纹分析的力学基础 51

2.2.2首断件的判定 63

2.2.3主裂纹及裂纹源的判断 63

2.3断口分析 65

2.3.1断口的获取与保护 66

2.3.2断口观察的原则 68

2.3.3断口宏观分析 70

2.3.4断口的微观分析 71

2.3.5断口的特殊分析 74

2.3.6断口的定量分析 77

2.4失效评估 77

2.4.1应力—强度分布干涉理论 78

2.4.2当量初始裂纹尺寸概率分布 78

2.4.3影响失效的不确定性因素 79

2.4.4英国PD-6493的质量带标准 80

2.4.5基于初始疲劳质量和裂纹扩展 82

速率的构件寿命估算方法 82

2.5失效分析常用的检测技术及其选用原则 83

参考文献 86

第三章断裂失效分析 87

3.1金属断裂的基本概念与分类 87

3.1.1断裂与断口 87

3.1.2断裂分类 88

3.1.3过载断裂的宏观断口三要素 90

3.1.4断口三要素的应用 92

3.2.1 穿晶韧窝断裂 94

3.2金属断裂的微观机理与典型形貌 94

3.2.2滑移分离 98

3.2.3解理断裂 103

3.2.4准解理断裂 111

3.2.5沿晶断裂 113

3.2.6疲劳断裂 114

3.3疲劳断裂失效分析 130

3.3.1疲劳断裂失效的分类 130

3.3.2疲劳断裂的宏观分析 131

3.3.3疲劳断口的微观分析 134

3.3.4疲劳载荷类型的判断 135

3.3.5低周疲劳断裂的判据 141

3.3.6腐蚀疲劳断裂失效分析 143

3.3.7热疲劳断裂失效分析 148

3.4.1 沿晶断裂失效模式的判别 149

3.4沿晶断裂失效分析 149

3.4.2沿晶断裂失效原因分析 150

3.5断裂失效分析中的裂纹分析 152

3.5.1裂纹分析方法 152

3.5.2裂纹起始位置的分析 154

3.5.3裂纹的宏观形貌 155

3.5.4裂纹的走向 161

3.5.5裂纹的微观形貌 162

3.5.6裂纹周围及裂纹末端情况 163

3.6断裂模式、起源和扩展途径的分析 164

3.6.1断裂模式（性质）的分析 164

3.6.2断裂源位置的分析判断 165

3.6.3断裂扩展方向的分析判别 167

3.7断裂失效原因的分析 168

3.7.1断裂失效原因分析的前提条件 168

3.7.2断裂失效原因分析要点 169

3.7.3断裂失效原因 172

参考文献 173

第四章环境介质作用下的失效分析 175

4.1腐蚀的分类及其破坏形式 176

4.1.1化学腐蚀 176

4.1.2电化学腐蚀 176

4.2金属表面腐蚀损伤分析与判断 177

4.2.1金属表面腐蚀的原因 177

4.2.2大气腐蚀 179

4.2.3接触腐蚀 180

4.2.4缝隙腐蚀 181

4.2.5金属的热腐蚀 182

4.2.6熔盐腐蚀损伤 184

4.3金属腐蚀的形貌特征 184

4.3.1腐蚀的表面形貌特征 184

4.3.2点蚀的形貌特征 185

4.3.3晶间腐蚀的形貌特征 187

4.4.1应力腐蚀的条件 189

4.4应力腐蚀断裂的分析与判断 189

4.4.2应力腐蚀的特点 192

4.4.3应力腐蚀的断口特征 194

4.5氢致破断失效的分析和判断 197

4.5.1氢脆的类型及特点 197

4.5.2氢的来源 198

4.5.3氢在金属中存在的形式与作用 200

4.5.4氢脆的断口特征 201

4.5.6氢脆与应力腐蚀断裂的比较 204

4.5.5金属零件氢脆断裂失效性质判别 204

4.6液态金属致脆 206

4.6.1液态金属致脆的特点 207

4.6.2液态金属致脆机制 208

4.6.3发生液态金属致脆的主要途径 210

4.7材料的环境行为 211

参考文献 213

第五章磨损失效分析 215

5.1机械的表面特征 216

5.2机械的表面接触 218

5.2.1机械表面之间的实际接触情况 218

5.2.2接触应力 224

5.2.3影响接触应力的主要因素 229

5.3磨损过程 229

5.4粘着磨损 231

5.4.1粘着磨损机理 232

5.4.2粘着磨损的特点与分类 233

5.4.3影响粘着磨损的因素 234

5.5磨粒磨损 236

5.5.1磨粒磨损过程与特征 236

5.5.2影响磨粒磨损失效的主要因素 238

5.6疲劳磨损 239

5.6.1表面疲劳磨损的特点和形貌特征 239

5.6.2影响疲劳磨损的因素 240

5.7腐蚀磨损 241

5.7.1氧化磨损 242

5.7.2微动磨损 242

5.7.3氢致磨损 251

5.8磨损失效分析方法 251

参考文献 253

第六章非金属构件的失效分析 254

6.1高分子材料的基本特性 255

6.1.1材料与制件在结构上的不均匀性 255

6.1.2非金属材料的粘弹性 256

6.2非金属断口的成像显示技术 256

6.3非金属构件失效的基本类型 258

6.4直接加载下的瞬时断裂 259

6.4.1脆性断裂 260

6.4.2韧性断裂 261

6.5.1非金属构件的疲劳断裂 264

6.5疲劳断裂与蠕变断裂 264

6.4.3韧—脆转变 264

6.5.2蠕变断裂 265

6.6环境应力开裂 267

6.7磨损磨耗 268

6.8非金属断口形貌 269

6.8.1表面粗糙度 269

6.8.2疲劳断口镜面区的疲劳条带 272

6.8.3粗糙区“河流状”花样 273

6.8.4断口表面粗糙度的周期性变化 273

6.9高分子材料及构件的老化 275

6.9.1老化的基本类型 275

6.9.2水在老化中的作用 279

6.10树脂基复合材料及其构件的失效分析 280

6.10.1缺陷及损伤的检查与成像显示技术 280

6.10.2树脂基复合材料失效的基本类型 283

6.10.3单向层合板的失效 284

6.10.4多向层合板的失效 289

6.10.5静态与循环载荷下的异同点 292

6.10.6复合材料失效分析的要点 294

参考文献 297

第七章电子元器件失效分析 299

7.1电子元器件失效分析技术与方法 299

7.1.1宏观光学观测分析技术 300

7.1.2电性能测试分析技术 300

7.1.3试验应力分析技术 302

7.1.4金相分析技术 305

7.1.5微观形貌观察检测分析技术 307

7.1.6其他分析技术 315

7.2电子元器件失效分析的几种主要方法 316

7.2.1排除法 316

7.2.2综合分析法 317

7.2.3模拟验证法 318

7.3 电子元器件失效分析基本程序与注意事项 319

7.3.1电子元器件失效分析基本程序 320

7.3.2电子元器件失效分析注意事项 322

7.4电子元器件基本失效模式及其机理 322

7.4.1半导体器件基本失效模式及机理 323

7.4.2半导体器件几种典型失效模式及其机理 331

7.4.3元件基本失效模式及机理 350

7.4.4其他电子元器件失效模式及机理 359

7.5电子元器件失效分析的几个基本特点 362

7.5.1分析失效原因的多样性 362

7.5.2失效机理的复杂性 362

7.5.3失效模式的隐蔽性 363

7.5.4失效分析手段的微观性 364

7.6电子元器件失效分析发展动向和展望 364

参考文献 366

8.1断口定量分析在失效分析中的作用 368

第八章疲劳断口的定量分析 368

8.2疲劳断口定量分析的主要技术和方法 369

8.3疲劳断口的几何特征及其物理意义 371

8.3.1疲劳弧线 371

8.3.2疲劳条带 371

8.3.5疲劳瞬断区大小 372

8.4疲劳弧线／条带间距的测定方法 372

8.3.4临界裂纹长度 372

8.3.3疲劳沟线 372

8.4.1实体光学显微镜 373

8.4.2扫描电子显微镜 373

8.4.3透射电子显微镜复型 374

8.5断口反推疲劳裂纹扩展寿命 375

8.6断口反推原始疲劳质量 384

8.7断口反推疲劳应力 389

8.7.1利用疲劳裂纹扩展长度及瞬断区来推算 390

疲劳应力 390

8.7.2利用疲劳条带间距确定失效件的疲劳应力 392

8.8疲劳断口反推的其他应用 396

8.8.1断裂先后顺序判断 396

8.8.2疲劳断裂性质的辅助判断 399

8.9疲劳断口定量分析的发展 401

参考文献 403

第九章失效分析思路和方法 405

9.1失效分析思路的基本内涵 405

9.2机械失效过程及其原因的一些特点 408

9.3思考途径的方向 411

9.4几种典型的失效分析思路 414

9.5失效分析方法论 420

9.6失效分析的一般程序和要点 429

9.7机械事故检查中肇事失效件的判断方法 439

参考文献 448

10.1历史上的事故致因理论和分析方法 449

第十章失效致因理论和预防对策 449

10.1.1多米诺骨牌理论 450

10.1.2多重原因论（多因素论）和分支事件链 451

10.1.3能量转移论 452

10.1.4系统理论 454

10.1.5轨迹交叉论 457

10.1.6墨菲定理 459

10.2事件链分析方法 460

10.3.1材料失效的累积损伤致因论 462

10.3产品失效致因论 462

10.3.2材料失效的性能退化致因论 464

10.3.3材料失效的复杂环境致因论 467

10.3.4产品失效的原始缺陷致因论 472

10.4管理失控的失效致因理论 474

10.5失效起因链模型和失效起因链分析方法 479

10.6预防产品失效的对策 483

参考文献 488