3.2.3 失效分析的基本方法

1.系統(tǒng)方法

系統(tǒng)方法又稱為相關(guān)性方法，就是把失效模式、失效特征、服役條件、材質(zhì)情況、制造工藝和過程、使用維護情況等放在一個研究系統(tǒng)中，從總體上加以考慮的方法。分析研究失效原因是否與設計、材質(zhì)、制造、使用維護等有關(guān)，并根據(jù)檢測結(jié)果，尋找失效原因。

該方法通常適用于失效原因比較復雜、難以判定的失效分析中，例如，疲勞斷裂、韌性斷裂，僅從斷口特征上看，難以確定失效的主要原因。圖3-22為一個緊固系統(tǒng)中5個螺栓發(fā)生疲勞斷裂，這5個螺栓斷口特征相似，究竟是制造工藝和過程相似導致的，還是使用環(huán)境一致導致的？判斷它們的失效原因就需要采用系統(tǒng)方法綜合考慮。通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)還有5個螺栓，屬于韌性斷裂斷口，特征也相似，兩種斷口對應分布，理化檢測確認材質(zhì)合格，加工尺寸符合要求，最終通過斷口分布規(guī)律，并綜合工作過程中對應的應力狀態(tài)，確定這些螺栓屬于安裝不當，造成受力不平衡導致疲勞斷裂。

圖3-22 特征相似的疲勞斷口

2.抓主要矛盾方法

抓主要矛盾方法就是抓失效中起主要作用的因素，如斷裂失效中斷裂源及其導致因素。該方法適用于失效原因簡單、目標比較明確的失效分析。如某鑄件在使用過程中發(fā)生斷裂，在斷口疲勞裂紋源處已經(jīng)明顯看到有鑄造缺陷存在，如圖3-23所示，疲勞裂紋源起始于鑄造缺陷，所以抓主要矛盾，鑄造缺陷是構(gòu)件在交變載荷作用下產(chǎn)生疲勞裂紋而導致斷裂的主要原因。

圖3-23 疲勞裂紋源處的鑄造缺陷

3.比較方法

選擇一個沒有失效而且能與失效系統(tǒng)一一對比的系統(tǒng)，通過兩者之間的比較，從中找出差異，這樣將有利于盡快找出失效原因。

例如，20鋼異徑管，安裝后打壓時在變徑處開裂，如圖3-24所示。制造工藝要求為變徑處800℃熱縮成形。在直管部分和變徑部分取樣比較發(fā)現(xiàn)，直管部分顯微組織為等軸的鐵素體+珠光體，如圖3-25所示；變徑處顯微組織中的鐵素體晶粒則明顯拉長，有顯著的冷塑性變形特征，如圖3-26所示。比較的結(jié)果說明異徑管沒有按照工藝要求進行熱縮成形，變徑成形溫度低于20鋼再結(jié)晶溫度（約660℃），冷塑性變形后又沒有再結(jié)晶退火，材料在冷塑性變形狀態(tài)下存在較大的殘余應力，材料脆性大，打壓時引起變徑處脆性開裂。

4.歷史方法

歷史方法實際上也是經(jīng)驗的方法，它的客觀依據(jù)是物質(zhì)世界的運動變化和因果制約性，就是根據(jù)產(chǎn)品或零部件在同樣的服役條件下過去表現(xiàn)的情況和變化規(guī)律，來推斷現(xiàn)在失效的可能原因。這主要依賴過去失效資料的積累，運用歸納法和演繹法來分析失效原因。

例如，應力腐蝕、晶間腐蝕、冷脆等都是依賴歷史資料的積累，通過對材料性能的反復驗證來完成的。

5.邏輯方法

邏輯方法就是根據(jù)背景資料（設計、材料、制造的情況等）和失效現(xiàn)場調(diào)查資料以及分析、測試獲得的信息進行分析、比較、綜合、歸納，做出判斷和推論，進而得出失效原因，主要適用于失效構(gòu)件的材料、工藝改進。

例如，柴油發(fā)動機齒圈的材料和工藝都照搬德國道依茨圖樣，用在民用重載車上不失效，用在軍用車上就斷齒，通過分析軍用車和民用車的使用狀態(tài)差別推斷失效原因，齒圈的性能不滿足軍用車使用環(huán)境，最終采用改進齒圈熱處理工藝或更換材料和工藝的方法減少這類事故的發(fā)生。

圖3-24 變徑處800℃熱縮成形后開裂的異徑管

圖3-25 直管部分的顯微組織

圖3-26 變徑處的顯微組織