構件在使用過程中發生各種形式失效現象的特征及規律進行分析研究，從中找出產生失效的主要原因及防止失效的措施

失效形式有以下四種形式：

(1)變形失效。a彈性變形失效、b塑性變形失效

(2)斷裂失效。a韌性斷裂失效、b脆性斷裂失效、c疲勞斷裂失效

(3)腐蝕失效。a局部(點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞)、b全面(均勻、不均勻) 

(4)磨損失效。

根據失效分析的目的和要求，一般還要進行實驗研究。本文主要圍繞實驗研究講以下幾個方面的檢驗。

1、宏觀檢驗

用肉眼或放大鏡檢驗金屬表面，縱橫斷面、斷口上的各種組織和缺陷的方法叫做宏觀檢驗。通過宏觀檢驗能揭示金屬的全貌，顯示其組織的不均勻性和各種缺陷的形態、分布，對顏色、腐蝕、斷裂裂紋的萌生位置及裂紋的走向等都能迅速而準確地識別出來。進行斷口的宏觀分析。能得到斷裂表面整體的概貌特征，并在一定程度上了解破壞的原因?？纱_定失效件斷裂的裂紋產生位置，裂紋的擴展方向，判別斷裂的類型，構件所承受的應力類型，環境介質、溫度對構件斷裂的影響，變形程度及磨損情況。

常用的宏觀檢驗方法有酸浸試驗、塔形試驗以及硫印試驗等。

(1 )酸浸試驗

酸浸試樣制備時取樣部位及數量按有關標準進行,并嚴防因溫度升高而引起組織變化。切取試樣用鋸、剪、氣割和砂輪切割等方式；當用氣割試樣時，必須將熱影響區除去，以免影響檢驗結果。試樣檢驗面可用車、刨、磨和金相砂紙磨制(02號砂紙)，使表面粗糙度不低于3.2，并用汽油、酒精、苯等清洗去油。

酸浸試驗方法有三種。

第一種是熱酸浸蝕試驗法。

主要用于表面缺陷、夾雜物、偏析區等被浸蝕劑有選擇性地浸蝕，表現出可看得見的浸蝕特征。酸蝕試驗效果決定于浸蝕劑成分;浸蝕的溫度;浸蝕時間及浸蝕面的光潔度。

第二種是冷酸浸蝕試驗法。

冷酸浸蝕試驗法是檢查鋼的宏觀組織和缺陷的一種簡易方法。冷酸浸蝕是采用室溫下的酸溶液浸蝕和擦蝕樣面，以顯示試樣的缺陷。通常，對于不使用熱酸浸蝕的鋼材或工件(例如工件已加工好，不便切開，又不得損壞工件的表面粗糙度)，以及有些組織缺陷用熱酸不易顯現，有些奧氏體不銹鋼用熱鹽酸不易腐蝕時，均可用冷酸浸蝕法進行試驗。

第三種電解酸蝕法。

電解酸蝕法，就是用15%~20%(容積比)工業鹽酸水溶液電解試樣表面的試驗方法。這種方法的優點是可以用較稀(15%~20%)的鹽酸水溶液在室溫下進行浸蝕，可以縮短腐蝕時間，大大地改善勞動條件和衛生環境。此外，因電解腐蝕后鹽酸的性質改變不大，一般可循環使用，節約酸液，用電解法顯示試樣的宏觀組織及缺陷比熱酸浸蝕法更清晰。

(2)塔形試驗

塔形試驗是用以檢驗發紋不同深度的分布的一種特殊試驗:由于檢驗的試樣制成“塔”的形狀即三級階梯形，故通常稱為塔形試驗。

塔形試驗一般均分為三個階梯。試樣加工的要求、基本與熱酸浸試樣相同。試樣檢驗前，也要進行熱酸，浸，其酸浸液、酸浸規范基本上與熱酸浸試驗相同，只是一.般浸蝕程度略輕，否則會對其后的檢驗和鑒別造成不利影響。酸浸后，在各個階梯上會出現一些具有一定長度和一定深度的細小裂紋，即發紋。最后用肉眼或不大于10倍的放大鏡進行檢查和鑒別。發紋是沿軋制方向分布的，具有一定長度和深度的細小裂紋。一般由于該裂紋很窄，光線射不到底，故只能看到有深度的黑色線條。順光時，個別較寬的發紋，可以看到灰暗色的底部。

(3)硫印試驗

硫在鋼中以硫化物的形式存在(FeS、 MnS)，硫化鐵與鐵共晶溫度為989°C，呈網狀分布于晶界，在熱壓力加工時極易產生“熱脆"現象，直接影響鋼材質量。硫印的目的就是要顯示硫在鋼中的分布和偏析程度。硫印就是利用稀硫酸與鋼中的硫發生反應，生成硫化氫氣體。硫化氫再與印相紙乳劑層中的溴化銀作用，在印相紙上生成棕色硫化銀沉淀。根據硫化銀棕色斑點的數量、大小、色澤深淺及分布的均勻性，來評定碳鋼、低中合金鋼的質量。

宏觀檢驗的方法有多種，各自有它們的特點及適用范圍。

酸浸試驗對疏松、偏析、流線、裂紋等最適用；塔形發紋檢驗一般用 于有特殊用途的材料或高級優質材料上，用來檢驗它們在各個部位上的發紋多少和分布；硫印試驗是用來測定鋼錠或鋼材上硫的分布，同時也可以間接地對其他元素的分布概況和趨勢進行推測和估計。各種方法在使用上各有側重，可單獨使用也可同時并用，相互補充，以期達到準確測試的目的。

2、微觀檢驗

宏觀檢驗能夠獲得很多信息，但要了解更多的細節和情況還必須再進行微觀觀察。

通過對斷口的微觀分析,除可以進一步澄清斷裂的途徑、斷裂的性質，環境介質及溫度對斷裂的影響外，還能進一步確定斷裂的原因及其斷裂機理等詳細情況。對斷口進行顯微分析時，可使用光學顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、俄歇電子能譜儀、離子探針、X射線衍射儀等儀器來研究。

3、金相檢驗

金相檢驗是一種常規的實驗分析方法。它在失效分析中能提供被檢材料的大概種類和組織狀況。從檢驗出的顯散組織來推斷或證實被檢材料制造過程中經歷的工藝過程，以及執行這些工藝是否屬正常，同時還可提供失效件在發生事故時是否發生塑性變形等情況，以及失效件在使用過程中無意造成的熱處理效果等。反映出失效件在工作條件下發生的腐蝕(大致可以定性和對腐蝕程度的半定量)、磨損、氧化和嚴重的表面加工硬化等，并可初步確定其程度。從失效件上存在的裂紋，通過光學金相，大致可看出裂紋的發生及延伸分布的特征以及裂紋兩側的顯微組織，來判斷裂紋的性質，從而可提供失效件裂紋的產生原因;夾雜物的類型、級別及分布;相的類型、大小及分布。

4、無損檢驗

在進行斷裂部件的性能測定時，需從斷裂件上取樣，這是有損檢驗。為了對原有構件的缺陷及裂紋分布情況做一次了解，應該首先進行無損探傷。

無損探傷有了解表面裂紋的著色探傷、磁粉探傷、探測內部缺陷及裂紋分布的超聲探傷、X光探傷、渦流探傷等方法。

超聲波探測深度可達幾米，特別適用于檢查零件內部的裂紋、氣孔、夾渣、砂眼、疏松、未焊透等，能準確測出缺陷的位置、大小和形狀。但是，它不能用于奧氏體鋼的鑄件和焊縫等粗晶材料和復雜形狀或表面粗糙的工件檢測。近年來，超聲波廣泛用來檢驗金屬材料的質量，并逐步成為金屬材料預檢或正式檢驗的手段。

渦流探傷能對表面或表皮下的缺陷及全部導電材料進行檢驗，可實現自動記錄和高速檢驗，適于連續監測，但難以確定缺陷的種類。X射線探傷能夠探查材料內部的變化和體積型缺陷，如氣孔、夾渣、縮孔、疏松等，能提供永久性的照片記錄。但是，射線照相方法，不能用于檢測鍛件和型材中的缺陷。

磁粉探傷適用于探測鐵磁性材料和工件的缺陷，如鍛件、焊縫、型材、鑄件等，并確定缺陷的位置，大小和形狀，但難以確定缺陷的深度。該方法不適用于探測非鐵磁性材料，如奧氏體鋼、銅、鋁等缺陷。

滲透探傷的應用范圍更加廣泛,可以用于探測所有金屬材料和致密性非金屬材料的缺陷，能確定缺陷的位置，大小和形狀，但不能確定缺陷的深度。該方法不能用于探測疏松的多孔性材料的缺陷。

5、化學成分分析

在失效分析中,化學成分分析是必不可少的。它能為失效分析提供有用的信息。如由于選材錯誤所造成的失效，只需要用化學成分分析就能得到結果。

利用X射線和熒光分析、能譜分析、俄歇分析、電子探針、離子探針、激光探針等方法，對金屬的表面或內部的成分進行分析和研究。在進行化學我分分析時，宏觀化學成分分析最常用，對于特殊情況，可采用微區化學成分分析。

X射線分析技術是失效分析的有效技術之一。粉末照相法能識別基體金屬腐蝕產物，耐火材料和礦物中的各種相。用X射線衍射和熒光分析能對化學成分作定性和定量分析，能測定基體和析出的相以及它們間的取向、電化學萃取的第二相粒子、表面沉淀和腐蝕產物的成分和結構。X射線衍射法還能對材料的晶格參數、晶體缺陷、殘余內應力進行測量。然而，由于它不是像顯微鏡那樣直觀可見的觀察，也無法把形貌觀察與晶體結構分析微觀同位地結合起來，其分析樣品的最小區域僅在毫米數量級，不能進行微米及納米級的微區選擇分析。

下表是常用實驗分析方法的性能與用途比較。

6、力學性能測定

對零部件進行失效分析常要測定材料的硬度和力學性能。由于硬度的測量簡便易行，對失效分析常常是最有用的手段之一，可用于估計金屬材料的拉伸強度，估計熱處理是否合乎質量要求，檢驗由于過熱、脫碳、滲碳、滲氮和加工硬化等所引起的軟化和硬化等。

力學性能測定常要進行金屬的拉伸試驗及沖擊試驗，以便于比較。有時還需要做一些比使用溫度稍高或稍低的力學性能測量,以便對零部件在服役中是否有超溫情況作出判斷。此外還需考慮特殊性能測定，如疲勞試驗、應力腐蝕試驗、韌脆轉變溫度測定、斷裂韌性測定等。

在鋼材的初步檢驗中,用簡單的彎曲試驗就能查明材料是韌性還是脆性的。硬度測量能指示鋼材的抗拉強度。但對鑄鐵和大多數非鐵金屬材料還不能用彎曲和硬度測量來評估，而只能用拉伸來測量,這是因為他們還沒有建立起硬度與拉伸強度的對應關系。一般非鐵金屬如鋁、銅及其合金的塑性較大，用簡單彎曲不能反映脆性或塑性的程度。與說明書的數據比較時，應注意到試樣取向與材料加工方向之間的關系。通常，橫向試樣的拉伸強度比縱向的小些。

一般來說，由于拉伸強度不足而引起損壞的例子并不多見。因此，力學性能測試主要起到復檢的作用和確定排除力學性能引起損壞的顧慮。

7斷裂力學分析

失效分析應用斷裂力學測量的目的，在于通過斷裂韌性的測試和分析,確定一個部件安全使用所能容納的裂紋尺寸，以及確定含有裂紋部件的壽命。前者判斷部件成品材料的斷裂韌度是否合理，如不合理必須設法提高該部件的斷裂韌度，以免同樣的失效重復發生;后者在于判斷現有裂紋的部件還能使用多久，而不至于誤判它過早的退役。斷裂力學是從有韌口的實際情況出發來考慮切口效應和裂紋擴展的速率。

目前常用的評價斷裂韌性的方法有：平面應變斷裂韌度(K1c) 測試、動態撕裂試驗(DT) 、J積分斷裂判據(J1c) 、裂紋張開位移(COD)測試和動態斷裂韌度(K1d) 測試。