1 概述1 1.1 金属构件的失效及失效分析 1 1.2 失效分析的意义 2 1.2.1 促进科学技术的发展 2 1.2.2 提高装备及其构件的质量 2 1.2.3 具有高经济效益和社会效益 3 1.3 金属构件的失效形式及失效原因 3 1.3.1 金属构件的失效形式 3 1.3.2 引起失效的原因 4 1.4 失效分析与其他学科的关系 5 1.5 失效分析的历史发展与国内外失效分析的状况 7 1.5.1 失效分析的历史发展的三阶段 7 1.5.2 国内外失效分析状况 7 1.6 失效分析工作者的主要任务和应具备的基本素质 9 复习思考题 9 2 失效分析基础知识10 2.1 金属构件中可能引起失效的冶金缺陷 10 2.1.1 铸态金属组织缺陷 10 2.1.2 金属锻造及轧制件缺陷 13 2.1.3 夹杂物及其对钢性能的影响 16 2.1.4 金属焊接组织缺陷 19 2.1.5 钢铁热处理产生的组织缺陷 24 2.2 力学计算基本概念 25 2.2.1 传统强度理论及其适用范围 25 2.2.2 断裂力学基本概念 29 2.3 环境作用机理 38 2.3.1 电化学反应 38 2.3.2 高温氧化 42 复习思考题 47 3 金属构件常见失效形式及其判断49 3.1 变形失效 49 3.1.1 金属构件的弹性变形失效 49 3.1.2 金属构件的塑性变形失效 51 3.1.3 高温作用下金属构件的变形失效 53 3.2 断裂失效 55 3.2.1 断裂失效的分类 56 3.2.2 韧性断裂 58 3.2.3 脆性断裂 63 3.2.4 疲劳断裂 68 3.3 腐蚀失效 80 3.3.1 腐蚀的类型 81 3.3.2 均匀腐蚀 83 3.3.3 点腐蚀与缝隙腐蚀 84 3.3.4 晶间腐蚀 89 3.3.5 电偶腐蚀 93 3.3.6 氢腐蚀 96 3.3.7 应力腐蚀开裂 98 3.3.8 腐蚀疲劳 106 3.4 磨损失效 107 3.4.1 磨损的类型 108 3.4.2 磨料磨损 108 3.4.3 黏着磨损 111 3.4.4 冲蚀磨损 114 3.4.5 微动磨损 117 3.4.6 腐蚀磨损 120 3.4.7 疲劳磨损 124 3.4.8 提高耐磨性的途径 126 复习思考题 126 4 失效分析的思路、程序和基本技能128 4.1 失效分析思路和逻辑方法 128 4.1.1 失效分析思路的重要性 128 4.1.2 构件失效过程及其原因的特点 129 4.1.3 失效分析思路的方向性及基本原则 130 4.1.4 几种失效分析思路简介 132 4.1.5 几种常用的逻辑推理方法 135 4.2 失效分析的程序 136 4.2.1 接受任务明确目的要求 136 4.2.2 调查现场及收集背景资料 136 4.2.3 失效件的观察、检测和试验 138 4.2.4 确定失效原因并提出改进措施 139 4.3 失效件的保护、取样及试样清洗、保存 140 4.3.1 失效件的保护 140 4.3.2 失效件的取样 140 4.3.3 试样的清洗 140 4.3.4 试样的保存 141 4.4 常规测试技术 141 4.4.1 测试技术选用原则 141 4.4.2 化学成分分析 142 4.4.3 力学性能测试 147 4.4.4 金相检验 148 4.4.5 无损检测 162 4.4.6 残余应力测试 168 4.4.7 物化性能测试 168 4.5 失效分析的几种基本技能 171 4.5.1 断口分析 171 4.5.2 裂纹分析 173 4.5.3 痕迹分析 176 4.5.4 模拟试验 178 4.6 电子显微镜研究法 179 4.6.1 透射电子显微镜 179 4.6.2 扫描电子显微镜 182 4.7 腐蚀性能测试 184 4.7.1 现场试验 185 4.7.2 实验室试验 185 4.8 磨损性能测试及仪器设备 190 复习思考题 191 5 失效分析实例193 5.1 设计或材料因素为主引起的失效实例 193 实例1 锅炉过热管蠕胀开裂 193 实例2 醇胺贫富液换热器列管腐蚀穿漏 195 实例3 常减压蒸馏装置常压塔上层塔盘及条阀应力腐蚀开裂 197 实例4 钎杆的疲劳断裂 198 实例5 电动凿岩机机芯齿轮脆性断裂 200 5.2 制造因素为主引起的失效实例 201 实例6 进口万吨级远洋货轮主机曲轴断裂 201 实例7 直馏柴油加氢反应器泡罩开裂 204 实例8 950型轧钢机主传动轴断裂 206 实例9 消声器轴向开裂 207 实例10 斜拉桥钢索断裂 208 实例11 304型不锈钢熔盐槽晶间腐蚀 210 实例12 冷轧辊的热处理失效 212 5.3 环境作用因素为主引起的失效实例 213 实例13 不锈钢钢管爆裂 213 实例14 催化裂化再生器壳体开裂 215 实例15 矿浆泵磨损 216 实例16 球磨机磨球疲劳磨损 217 实例17 圆锥式破碎机衬板磨料磨损 220 5.4 使用不当引起的失效实例 222 实例18 味精结晶罐顶盖挡罩小圆环穿晶型应力腐蚀开裂 222 实例19 废热锅炉壳体局部变形 224 实例20 乙烯裂解炉炉管断裂 226 实例21 氨冷凝器传热管腐蚀泄漏 228 实例22 不锈钢混合机爆炸 230 实例23 胺化反应釜应力腐蚀开裂 233 5.5 其他原因引起的失效实例 235 实例24 二氧化碳钢瓶应力腐蚀失效 235 实例25 煤气发生炉水夹套鼓包分析 238 实例26 净化装置中压废热锅炉减温器入口法兰密封垫开裂 240 参考文献242