3.2.2 失效分析的基本原則

1.整體觀念原則

在進行失效分析時，要樹立整體觀念，要把“產品—環境—人”當作一個整體系統來考慮。盡可能地設想產品或零部件能出哪些問題，環境會帶來哪些問題，人為因素會有哪些，列出失效因素，以及由其導致的與失效有關的結果，然后根據調查資料和檢測結果，核對排查列出的問題，這樣重要的因素將不會遺漏。如果孤立地對待失效件或局限于某個小環境，往往使問題得不到解決。

例如，輸電線路中的塔基，安裝運行3年多后，發現用于固定連接主結構的角鋼斷裂，斷面貫穿4個螺栓孔，如圖3-12所示。檢測分析發現，該角鋼使用Q345B材料，螺栓孔周圍材料有裂紋和顯著塑性變形，如圖3-13所示。由于Q345B材料嚴重變形后塑性降低、材料脆化，加上有螺栓孔的部位，有效承載截面小，因此沿螺栓孔發生脆性開裂，如圖3-14所示。分析螺栓孔周圍材料塑性變形原因，發現距該塔基5m處有一條矸石運輸線路，路上的運輸車輛都是4軸自卸車，而且24h不間斷運輸，輸電線塔基不斷接受車輛通過時的振動，經測量，塔基處不均勻沉降的最大高度差達437mm，塔基傾斜。同時，不斷的振動，也使得用于固定主結構的螺栓松動，螺栓孔變形，最終導致主角鋼斷裂。由以上分析可見，如果不和使用環境聯系起來，就得不到正確的失效結論。

圖3-12 斷裂的角鋼

圖3-13 螺栓孔周圍材料有裂紋和顯著塑性變形

2.從現象到本質的原則

零部件的失效特征表明它有一定的失效現象。從現象開始，找到產生現象的原因，才是失效的本質問題。例如，在斷口上發現貝紋花樣，很容易得出疲勞斷裂的結論，這僅僅是一個現象論斷，為什么發生疲勞斷裂，其形成的原因才是解決問題所需要的。

例如，汽車才行駛1000km，發動機曲軸即斷裂成三截，如圖3-15所示，斷口形貌如圖3-16所示，由于斷面上有貝紋花樣，因此屬于疲勞斷裂，很顯然問題沒有解決。通過對斷口所處的位置和該處的工藝狀態檢查發現，斷口邊緣與機械加工倒角重合，如圖3-17所示，經測量倒角半徑太小，不符合圖樣技術要求；圖樣技術要求還要求該處實施感應淬火，經檢測該處處于感應淬火起始區邊緣，感應淬火區沒有覆蓋該處，這種情況使得材料硬度低，抗疲勞性能不足。汽車行駛過程中，由于路面不平，汽車振動，發動機受到交變載荷作用，較小的倒角半徑使得斷裂部位應力集中程度太大，加上材料抗疲勞性能差，從而導致疲勞斷裂發生。

圖3-14 沿螺栓孔脆性開裂

圖3-15 斷裂的發動機曲軸

圖3-16 斷口形貌

圖3-17 斷口邊緣與加工刀痕

3.動態原則

動態原則是指產品或零部件周圍的環境、條件或位置處于變化中，不斷變化的使用參數達到一定程度會導致產品或零部件失效。也就是說失效是動態發展的結果，經歷了孕育成長、發展至失效的動態過程，發生腐蝕失效時一般可以用這個原則來分析。

例如，采用純銅材料制造的輸油管斷裂，如圖3-18所示。由于管路有彎曲，彎曲部位則處于應力變化中。管內介質為長效潤滑油，而長效潤滑油為了增加抗磨性，需要加入極壓添加劑，該添加劑中會含有一定數量的氯離子，應力和含氯離子工作環境的不斷變化、累積，使用約半年即在彎曲的頂點處發生沿晶型應力腐蝕開裂，斷口邊緣的沿晶開裂特征如圖3-19所示。

圖3-18 斷裂的輸油管

圖3-19 斷口邊緣的沿晶開裂特征

4.兩分法原則

兩分法原則也稱為一分為二的原則。這是一個認識論的原則，本意是不論什么事，既要看到好的一面，也要想到壞的一面。在失效分析工作中，也會遇到這類問題，也需要用兩分法去看待，要對其中的事物、事件或相關的人證、物證用兩分法去看待。如對進口產品、名牌產品不要盲目地認為沒有缺點，實際檢測分析中確實也發現很多名牌產品、進口產品不合格問題。例如，在對水泥泵車拉桿斷裂分析時，拉桿材料是丹麥進口的WELDOX700E板材，在對失效件化學成分檢測時發現，化學成分中Ti不符合給定的技術要求，由此可知，進口名牌產品也同樣存在質量問題的可能。

在具體事件上，如不銹鋼材料，一方面，它的優點是耐酸堿腐蝕，但另一方面，如果環境中有氯離子存在，當遇輕微拉應力作用時就會導致應力腐蝕。還有，低碳鋼Q235，雖然它在潮濕空氣的環境中耐蝕性不是很好，但是在濃硫酸環境中卻有很好的耐蝕性，儲存濃硫酸的罐體就采用Q235，濃硫酸的氧化性很強，與Fe形成致密的鈍化膜，就起到隔絕反應物的作用。因此，對構件或材料進行失效分析時也要有一分為二，具體事物具體分析的原則。

5.立體性原則

這也是一個哲學問題，本意是客觀事物總是在不同的時間和空間內變化，用在失效分析上就是：同一產品或零部件，在不同的服役階段、不同的使用環境就會有不同的失效性質或特點。

同一產品或零部件，在不同的服役階段失效，有不同的失效性質或特點。例如：所有機電設備的失效率和時間的關系都服從“浴盆曲線”，意思是構件在服役初期和后期最容易發生失效，中期的失效率相對低得多；還有汽車部件齒輪，如果產品質量有問題，在相同的行車環境中就會發生早期斷齒；如果產品質量沒有問題，使用壽命到達后，也會在輕微的振動下發生斷齒、疲勞、磨損等失效。

同一產品或零部件，在不同的使用環境中，也會具有不同的失效性質和特點。例如：304不銹鋼管道，同樣是在少量氯離子環境下使用，在內壁介質存在不流動狀態的條件下，少量氯離子會導致局部點腐蝕的發生，這時，管壁以穿孔泄漏為失效形式，如圖3-20所示；而在振動或輕微拉應力環境條件下，少量氯離子則容易導致應力腐蝕開裂，管道則以開裂或斷裂為失效形式，如圖3-21所示。

圖3-20 點腐蝕失效形態

圖3-21 應力腐蝕失效形態

除上述基本原則外，在實際分析中要注意抓關鍵問題，盡可能用比較方法、歷史方法、邏輯方法，進行信息分析、綜合和歸納，找出失效原因和預防措施。