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產(chǎn)品發(fā)生失效后，一旦達到不可接受的程度，就要開展失效分析。什么是不可接受的程度？兩個標準，一是產(chǎn)品失效的后果很嚴重，比如產(chǎn)品失效直接造成人身安全、重大財產(chǎn)損、嚴重環(huán)境污染等重大事故，不用說必須要進行失效分析，查明原因，明確責任，針對原因進行改進；二是產(chǎn)品失效的數(shù)量比較多，影響了企業(yè)利潤，對那些多發(fā)的失效就要開展失效分析，查明原因，進行改進。所以失效分析其實是一個從失效模式到失效原因再到失效機理的診斷過程。

 

失效分析方法的熟練運用高度依賴特定領域知識，如電子產(chǎn)品依賴電子學知識、機械產(chǎn)品依賴機械學知識。如果與醫(yī)學進行類比的話，失效分析方法的細分可以類似于醫(yī)院按照疾病種類劃分科室的情況，比如內(nèi)科（疾?。?、外科（疾?。?、腫瘤科等等。失效分析的機構相當于醫(yī)院，失效分析的專家相當于醫(yī)生。想要治好病（失效），必須先根據(jù)病癥（失效模式）查明病因（失效原因），再弄清病理（失效機理），才能對癥下藥（設計、工藝、使用、維修等方面的改進）。

 

失效分析或失效診斷既依賴各專業(yè)學科領域的知識積累，更依賴失效分析機構、失效分析專家的經(jīng)驗積累。如果在一家各方面條件都非常優(yōu)秀的失效分析機構里，長期從事某一領域的失效分析工作，熬成專家，那就是這個領域失效分析的牛人了，牛人再進階，就是神人了。這種情景與“在最好的醫(yī)院、最好的科室成為最好的醫(yī)生”是相通的。

 

雖然失效分析主要靠領域知識、領域機構和領域?qū)＜遥湟簿哂泄残缘姆椒ㄕ摶A。

 

鐘群鵬院士在《機電裝備失效分析預測預防進展——失效學體系的形成和發(fā)展》一文中，以機電裝備失效為例，說明了失效分析從失效模式診斷到失效原因診斷再到失效機理診斷主的逐層深入的鏈條關系，試圖給出失效分析的共性方法論。嗯，鐘群鵬院士就是機械裝備失效分析的神人。

 

1.失效模式診斷

 

失效模式是指失效的表現(xiàn)形式，一般可理解為失效的類型。失效模式診斷是失效分析中首當其沖的重要問題，它對整個失效分析和預防決策來說，具有“定向”的作用。失效模式?？煞譃橐患壥Ｊ健⒍壥Ｊ?、三級失效模式等。

 

表1以機械裝備的斷裂失效和非斷裂失效為例，逐層展開，介紹了不同種類失效的三級失效模式。表1僅僅是示意，實際情形要復雜的多。

 

失效模式的診斷一般要求診斷到二級失效模式，甚至要求診斷到三級失效模式。一般情況下，二、三級的失效模式的診斷比一級失效模式的診斷要難得多，但它們對失效原因的診斷以及失效機理的診斷是不可缺少的。

 

特別需要指出的是，不同的失效模式，進行失效診斷的依據(jù)并不相同，如開展斷裂失效模式診斷的依據(jù)有：

 

（1）失效殘骸 根據(jù)殘骸的軌跡、斷口的宏觀性質(zhì)、斷口的變形順序等首先尋找破壞件（肇事件），然后對首先破壞件的斷口性質(zhì)、裂紋走向、變形情況、痕跡來源、力學性能、顯微組織、工藝過程、熱處理狀態(tài)等進行單項和綜合的分析，對失效模式進行判斷。

 

（2）應力分析 包括應力的來源、性質(zhì)和大小的估算，特別是對首先破壞件的結(jié)構和受力的分析和估算、工況和環(huán)境分析，并與斷口的定性和定量分析相對照，以及與仍在服役件的調(diào)查相結(jié)合進行綜合分析，對失效模式進行判斷。

 

（3）失效模擬 對主要的失效模式和主要的控制或影響參量在實驗室或現(xiàn)場進行模擬試驗，并對模擬失效的斷口與實際（肇事件）斷口進行對比分析，對其失效模式進行判斷。

 

表1 機電裝備斷裂失效和非斷裂失效對應的三級失效模式

 

	一級失效模式	二級失效模式		三級失效模式
斷裂失效	韌性斷裂失效
	脆性斷裂失效
	疲勞斷裂失效	頻 率 高低	高頻疲勞失效 低頻疲勞失效 混頻疲勞失效
		應力大小	高周疲勞失效 低周疲勞失效 高低周復合疲勞失效
		應力來源	機械疲勞失效	彎曲疲勞失效 扭轉(zhuǎn)疲勞失效 拉-拉疲勞失效 接觸疲勞失效
			熱疲勞失效
非斷裂失效	腐蝕失效	均勻腐蝕 電偶腐蝕或雙金屬腐蝕 縫隙腐蝕 孔蝕 晶間腐蝕 選擇性浸出 沖蝕或氣蝕 應力腐蝕和氫損傷
	磨損失效	磨粒磨損失效 黏著磨損失效 疲勞磨損失效 腐蝕磨損失效 微動磨損失效
	變形失效

 

要準確、清晰地開展失效模式診斷大多數(shù)情況下是一件十分困難又不得不做的艱苦工作。以磨損失效和腐蝕失效的診斷為例進行說明。磨損失效模式的診斷一般是依據(jù)：

 

①被磨損表面的形貌和亞表面層組織與性能的變化；

 

②磨屑形貌、磨屑成分組織結(jié)構的變化；

 

③磨損系統(tǒng)中各參量的關系和變化等。

 

但由于磨損本身是一種伴隨著摩擦的存在而存在的摩擦面材料的逐步損失、遷移或變形的過程，雖然一般認為有摩擦就有磨損，但磨損并不等于磨損失效。由磨損到磨損失效實際存在一個由量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化，對于不同的機械、這種轉(zhuǎn)化的分界點是不一樣的。因此，磨損失效的失效點的判定問題，是磨損失效模式的診斷與斷裂失效模式的診斷之間一個明顯的不同，也是磨損失效模式診斷的難題之一。這是磨損失效模式診斷中首先需要解決的問題之一。

 

腐蝕失效過程的影響因素很多、隨機性較強、實驗室研究結(jié)果又與工程實際有較大差距。至今，對于腐蝕失效模式、原因和機理的診斷，基本上仍是唯象和定性的、經(jīng)驗的和統(tǒng)計的方法占支配地位，失效模式的診斷可分為定性診斷和定量診斷。

 

定性診斷是模式診斷的基礎和前提，定量診斷則是模式診斷的深入和發(fā)展。定性診斷的技術和方法主要用于一級失效模式的診斷，而定量診斷技術和方法則主要用于二級或三級失效模式的診斷。

 

定性診斷的技術和方法主要是依據(jù)失效殘骸的分析，特別是肇事件的宏觀斷口分析的結(jié)果，進行判斷。而定量診斷的技術和方法則需要根據(jù)應力分析和失效模擬的結(jié)果進行判斷。只有根據(jù)失效事故的具體情況，合理地選用定性和定量的技術和方法，才能根據(jù)單一的和綜合的判據(jù)，對失效的一、二級甚至三級模式進行正確的、適時診斷。

 

2.失效原因診斷

 

失效原因是指釀成失效事件的直接關鍵因素。失效原因也可分為一級、二級、甚至三級失效原因。

 

一級失效原因，一般指釀成該失效事件的首先失效件（肇事件）失效的直接關鍵因素。按照其處于投付使用過程中的階段或工序，可分為設計原因、制造原因、使用原因、環(huán)境原因、老化原因等。

 

二級失效原因是指一級失效原因中的直接關鍵環(huán)節(jié)，如設計原因中又可分為設計原則、設計思路和方案、結(jié)構形狀和受力計算、選材和力學性能等次級原因。失效原因的診斷是失效分析和預防的核心和關鍵，它不僅是失效預防的針對性和有效性的重要前提和基礎，而且它常與釀成失效事件的責任部門和人員相聯(lián)系。因此，對失效原因診斷應該特別強調(diào)其科學性和公正性。

 

失效原因診斷的思路和方法有不同的分類方法。按診斷采用的方法可以分為理化診斷方法和系統(tǒng)工程診斷方法。理化診斷方法又可分為以失效件（肇事件）的強度、生產(chǎn)工藝、服役條件和設備類別為主的診斷方法等。

 

3.失效機理診斷

 

失效機理的診斷是指對失效的內(nèi)在本質(zhì)、必然性和規(guī)律性的研究，它是人們對失效性質(zhì)認識的理論升華和提高。一個失效事件是外因和內(nèi)因共同作用的結(jié)果。常把應力、溫度、氣氛介質(zhì)等作為影響失效的外因；而把材料的成分、組織、缺陷、性能和它們的表現(xiàn)當作影響失效的內(nèi)因。

 

失效的機理學就是內(nèi)因和外因共同作用而最終導致失效事件發(fā)生的熱力學、動力學和機構學，即研究失效內(nèi)在的必然性和固有的規(guī)律性的學問。拿疾病來作比喻，失效模式相當于病癥，失效原因是生病的原因，而失效機理則相當于病理。

 

一個失效事件，在失效機理尚未揭示的情況下就得出失效模式和原因的診斷結(jié)論意見，很可能是不牢靠的，或者是不科學的，并有可能造成誤判，因此，失效機理的診斷或研究是十分重要的，而且，只有揭示失效的必然性和規(guī)律性，才能真正做到對同類失效事件的有效預防，做到“舉一反三”和“亡羊補牢”。

 

失效機理診斷的基礎是對失效機理的研究。失效機理的研究可分為宏觀失效機理的研究（即失效的熱力學和動力學研究）和微觀失效機理的研究（即失效的微觀機制理論和模型的研究）。按照研究尺度的大小，微觀失效機理的研究又可分為細觀尺度、分子尺度和原子尺度的研究。

 

失效機理研究采用的方法可分為定性的方法和定量的方法。定量的方法又可分為確定型方法和概率型（或模糊型）方法。失效機理研究所采用的模型按所屬學科分為理化模型和物理數(shù)學模型，并可進一步細分為力學模型、物理模型、化學模型、材料學模型、數(shù)學模型以及它們聯(lián)合作用的復合模型，具體的有：界限模型與耐久模型、應力強度干涉模型、反應論模型、失效率模型、最弱環(huán)模型與串聯(lián)模型、繩子模型與并聯(lián)模型、比例效應模型、退化模型或損傷積累模型等，可以看出，失效機理的定量研究的內(nèi)容和范圍十分廣泛和充實。