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失效分析作為一門不斷發(fā)展中的綜合性學(xué)科，其價值和作用遠(yuǎn)不止對產(chǎn)品在使用中發(fā)生的失效進(jìn)行事后分析，它能夠貫穿產(chǎn)品的全壽命周期，從設(shè)計、研制、組裝到運(yùn)行、維護(hù)、管理等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行事前分析、事中分析和事后分析，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性的全面評定。更重要的是，它在新產(chǎn)品設(shè)計、新材料研發(fā)、現(xiàn)有材料改性、加工工藝改進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量控制、可靠性提高、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化、運(yùn)維策略制定，以及安全監(jiān)督管理等各個環(huán)節(jié)，從理論上指明了改進(jìn)的方向，通過創(chuàng)新驅(qū)動，服務(wù)于新質(zhì)生產(chǎn)力。

 

然而，現(xiàn)有的失效分析體系有待拓展和完善。一方面，大量的失效案例在充實(shí)和豐富失效分析內(nèi)容的同時，對現(xiàn)有體系也提出了新的要求，以應(yīng)對各種復(fù)雜失效問題的分析和預(yù)防。另一方面，隨著材料技術(shù)和加工工藝的不斷進(jìn)步，越來越多的高性能工程材料應(yīng)用于不同工業(yè)領(lǐng)域，其失效機(jī)理變得復(fù)雜又多樣。以新型復(fù)合材料和納米材料為例，它們憑借其獨(dú)特的性能在許多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。然而，其失效行為采用現(xiàn)有的失效分析體系難以解釋。改性的高密度聚乙烯塑料無需纖維增強(qiáng)，就能替代金屬材料作為特種管道，目前已規(guī)?；瘧?yīng)用于核電站三回路管道、城市燃?xì)夤艿?、防腐蝕輸送管道等工業(yè)領(lǐng)域。但是，在實(shí)際使用中，一些新的失效現(xiàn)象如性能的劣化、退化、脆化、老化等逐漸顯現(xiàn)，需要開展深入的研究和分析。因此，現(xiàn)有的失效分析體系需要充實(shí)和完善，以提供更完整的分析體系，這是工程上的迫切需求，也是技術(shù)進(jìn)步的必然。

 

對此，筆者探究了現(xiàn)有失效分析體系存在的問題，以促進(jìn)其完善和發(fā)展。首先，評述了失效的多種定義，在此基礎(chǔ)上提出了失效的新定義，以深刻理解失效的本質(zhì)。然后，給出了失效模式的新分類，闡明失效模式的物理含義和特點(diǎn)。采用提出的畸變失效模式取代以往常用的變形失效模式，論述畸變與變形的本質(zhì)區(qū)別及其內(nèi)在聯(lián)系，使失效分析能夠涵蓋和解釋更復(fù)雜的失效現(xiàn)象。隨后，引入“五要素”概念，即失效模式、失效形式、失效缺陷、失效機(jī)理和失效原因，構(gòu)建出失效分析新體系，失效形式的嵌入使得該體系更加完整。接著，闡述了失效模式與失效機(jī)理的區(qū)別，強(qiáng)調(diào)失效機(jī)理是失效分析的關(guān)鍵。最后，給出金屬材料失效模式與失效機(jī)理相互關(guān)系的新表述，揭示出不同的失效機(jī)理對應(yīng)于不一樣的失效原因。

 

1.失效的新定義

 

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是由不同類型的構(gòu)件通過合理搭配連接而成的。構(gòu)件（component）是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中具備特定功能的可更換單元。它既可以是不可拆分的單一零件，也可以是由多個零件連接而成且不會發(fā)生相對運(yùn)動的組合體。就管路系統(tǒng)而言，直管用來輸送介質(zhì)，彎管用于改變介質(zhì)流向，變徑管用作調(diào)整介質(zhì)流速，多通管用做介質(zhì)分流，不同的構(gòu)件賦予不同的功能。

 

構(gòu)件是由各類工程材料制成的，材料是保障其安全使用的基礎(chǔ)。然而，構(gòu)件在使用過程中可能出現(xiàn)意外失效的情況。其原因可能源于設(shè)計環(huán)節(jié)的不合理、材料的品質(zhì)一般、加工與制造過程中的工藝失誤、安裝過程中的不規(guī)范操作等原始缺陷，也可能是在使用過程中因腐蝕、磨損、疲勞、蠕變、輻照等因素而產(chǎn)生的次生缺陷。失效分析是用來確定材料缺陷產(chǎn)生的源頭，通過對缺陷特有的“指紋”或“基因”進(jìn)行深入的分析，最終能夠追溯并找到失效的根本原因。

 

從材料學(xué)視角來看，失效的本質(zhì)是一個值得探究和思考的基本問題。只有深刻理解失效的物理含義，才能真正洞察失效的本質(zhì)，揭示失效的源頭及其演變過程，找到失效的根本原因，從而針對性地采取整改措施，防止同類失效的再次發(fā)生。

 

然而，在當(dāng)前公開的眾多文獻(xiàn)中，失效的定義往往因主體不同而有所差異。不同行業(yè)的學(xué)者基于各自的研究領(lǐng)域，對失效有著不一樣的定義和認(rèn)識。

 

《新華字典》是從社會學(xué)角度來定義失效的：“失效意味著喪失功效”。這個定義簡潔明了，易于理解，但沒有將失效與材料聯(lián)系起來。

 

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3187—1994《可靠性、維修性術(shù)語》中對失效是這樣定義的：“產(chǎn)品終止完成規(guī)定功能的能力這樣的事件”。這一定義在一定程度上與材料聯(lián)系了起來，因?yàn)樗杏行蔚漠a(chǎn)品是由材料制成的，不包括無形的軟件產(chǎn)品。

 

鐘群鵬院士作為我國失效分析學(xué)科創(chuàng)始人之一，其主編的《材料失效診斷、預(yù)測和預(yù)防》一書中對失效的定義為：“機(jī)電產(chǎn)品喪失功能的現(xiàn)象稱為失效”，這個定義與材料直接聯(lián)系在一起。而已故材料學(xué)大師師昌緒院士主編的《材料大辭典》中對失效的定義則是，“失效，又稱復(fù)合材料的破壞，指復(fù)合材料在經(jīng)過某些物理、化學(xué)過程后（如外力作用、材料老化、溫度和濕度變化等）發(fā)生了尺寸、形狀、性能的變化而喪失了規(guī)定的功能”。此定義適用于復(fù)合材料，但并不能涵蓋所有材料。

 

同樣，國外對失效的定義也有不同的認(rèn)識。最具權(quán)威性的定義出自美國金屬學(xué)會手冊（ASM Handbook）。2021年更新出版的《美國金屬學(xué)會手冊 第11卷：失效分析與預(yù)防》中給出如下的定義。

 

任何服役的構(gòu)件，若有以下3種狀態(tài)之一時，即判定為失效。

 

（1）已經(jīng)完全不能運(yùn)行。

 

（2）仍可以運(yùn)行，但不能滿意地執(zhí)行其設(shè)計規(guī)定的功能。

 

（3）已經(jīng)嚴(yán)重惡化，變得不可靠或繼續(xù)使用變得不安全。

 

該定義是基于服役中的構(gòu)件可能出現(xiàn)的3種不安全狀態(tài)提出的，這3種狀態(tài)分別是完全失效、部分失效以及即將失效。

 

由上述內(nèi)容可以看出，在不同領(lǐng)域中，對于失效的含義存在著不同的理解，且其定義差異性較大。因此，為了實(shí)現(xiàn)對失效概念的統(tǒng)一認(rèn)識，有必要從材料本身的特性出發(fā)，對失效進(jìn)行更科學(xué)、準(zhǔn)確的定義。筆者從材料學(xué)角度出發(fā)，給出如下的失效新定義：“失效是指產(chǎn)品因外觀形態(tài)或微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而不能滿意地完成設(shè)計規(guī)定的功能”，失效新定義的內(nèi)涵如圖1 所示。這個定義意味著，只要產(chǎn)品（構(gòu)件）的外觀形態(tài)或微觀結(jié)構(gòu)二者之一發(fā)生變化，如不能滿足設(shè)計規(guī)定的功能，則判定為失效。

 

具體而言，外觀形態(tài)是指構(gòu)件失效后的宏觀形貌及其損傷現(xiàn)象，采用肉眼、相機(jī)或手機(jī)可以觀察和識別。外觀形態(tài)反映了構(gòu)件失效后的表現(xiàn)形式，其形貌特征對于判定構(gòu)件的失效類型相當(dāng)重要，一般分成以下4種狀況。

 

（1）完全斷裂：構(gòu)件截面發(fā)生整體分離，留下斷口。

 

（2）局部損傷：由腐蝕、磨損、疲勞、蠕變、輻照等因素引起構(gòu)件的局部損壞，表現(xiàn)為凹坑、磨痕、孔洞、裂紋、銀紋等缺陷；嚴(yán)重時也會斷裂，留下斷口。

 

（3）變形過大：薄壁構(gòu)件、傳動部件、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件等發(fā)生過大的變形，影響其完成預(yù)定的功能，嚴(yán)重時也會斷裂，留下斷口。

 

（4）表面變性：電子器件等表面污染、變色等現(xiàn)象。雖然沒有可見的斷口，但表面性質(zhì)已發(fā)生明顯的變化，影響其物理性能。

 

微觀結(jié)構(gòu)是一個廣泛的概念，具體含義取決于應(yīng)用的領(lǐng)域。這里定義的微觀結(jié)構(gòu)，是指構(gòu)件失效時在微納米尺度下材料內(nèi)部的缺陷形態(tài)及其演變過程。由于微觀缺陷尺寸太小，必須借助一些高分辨率顯微分析方法才能觀察清楚，比如掃描電子顯微鏡（SEM）、電子背散射衍射（EBSD）、聚焦離子束（FIB）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）、同步輻射（SR）等，揭示微觀缺陷的產(chǎn)生源頭及其損傷演變過程。這些缺陷按照尺寸大小可以分為以下6類。

 

（1）電子缺陷：電子空穴、電子缺失、電子湮滅、載流子遷移率不均等。

 

（2）零維缺陷：晶體中的空位、異質(zhì)，聚合物主鏈的斷鏈、降解、交聯(lián)等。

 

（3）線狀缺陷：晶體中的刃型位錯、螺型位錯、復(fù)合位錯等。

 

（4）面狀缺陷：晶界、亞晶界、孿晶界、相界等缺陷，以及層錯、分層、微裂紋等。

 

（5）體狀缺陷：夾雜物、氣孔、異物、未熔合、成分偏析等顯微缺陷。

 

（6）組織退化：碳鋼中珠光體的溶解與石墨化，亞晶粒的回復(fù)與再結(jié)晶，高溫材料的蠕變損傷，中子輻照后的材料脆化，高溫下單晶鎳基葉片退化為多晶與表界面元素的互擴(kuò)散，腐蝕介質(zhì)中材料發(fā)生晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等。

 

因此，為了定位構(gòu)件的失效源，解析材料的失效行為，鑒別失效機(jī)理，進(jìn)而確定失效的根本原因，需要綜合運(yùn)用多種表征分析方法。這些分析方法從極大到極小兩個方面，對失效源的缺陷形貌、形態(tài)、成分、結(jié)構(gòu)，以及應(yīng)力分布等進(jìn)行觀察和分析。只有全方位、多層次的剖析，才能確定缺陷產(chǎn)生的源頭及其失效的根本原因。

 

2.失效分析新體系

 

失效分析的目的是找到失效的根源，預(yù)防同類失效的再次發(fā)生。其分析過程必須緊密結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和檢驗(yàn)檢測，在對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和比較后，才能開展綜合性分析。即從宏觀到微觀、從塊體到表面、從無缺陷到有缺陷、從表象到本質(zhì)，根據(jù)邏輯關(guān)系，推理和解析失效的主要影響因素，最終確定失效的根本原因。

 

失效分析并非是簡單的檢驗(yàn)檢測及其測試結(jié)果的對比，而是一項全面、系統(tǒng)且完整的綜合性分析工作。為確保整體分析的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，必須依據(jù)科學(xué)理論，嚴(yán)格遵循主要步驟進(jìn)行規(guī)范操作。在此基礎(chǔ)上，從邏輯關(guān)系層面構(gòu)建起失效模式、失效形式、失效缺陷、失效機(jī)理與失效原因的相互關(guān)系（見圖2）。因而，失效分析的完整流程通常包含5個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：失效模式的初步判定、失效形式的清晰界定、失效缺陷的精準(zhǔn)認(rèn)定、失效機(jī)理的科學(xué)鑒定以及失效原因的正確確定。這5個環(huán)節(jié)在失效分析過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它們相互銜接、相互驗(yàn)證，共同構(gòu)成了一套完整的失效分析新體系。

 

具體而言，失效模式的初步判定是整個分析的起點(diǎn)，它是對失效現(xiàn)象的詳細(xì)觀察和描述，為后續(xù)分析指明大致方向。失效形式的清晰界定則進(jìn)一步明確了具體的分析對象及其缺陷的主要性質(zhì)，為深入探究奠定基礎(chǔ)。失效缺陷的精準(zhǔn)認(rèn)定是整個分析過程中最為關(guān)鍵的一步，它直接關(guān)系到失效分析是否具有實(shí)際意義，必須精準(zhǔn)定位到失效的源頭。失效機(jī)理的科學(xué)鑒定則是通過微區(qū)的表征分析以及其他的介質(zhì)分析、表面分析等，揭示缺陷形成時在材料內(nèi)部發(fā)生的物理、化學(xué)等多方面的損傷變化過程及其產(chǎn)生的原因。而失效原因的正確確定則是失效分析的最終目標(biāo)，它是通過系統(tǒng)完整的綜合分析來決定的，從而為后續(xù)改進(jìn)措施的制定提供可靠的依據(jù)。

 

在這一整體分析過程中，前一個環(huán)節(jié)為后一個環(huán)節(jié)提供指引，后一個環(huán)節(jié)則為前一個環(huán)節(jié)提供實(shí)證和復(fù)現(xiàn)，二者相輔相成。通過這種緊密的銜接與相互驗(yàn)證，失效分析新體系能夠?yàn)槭г虻拇_定提供堅實(shí)的理論依據(jù)和可靠的數(shù)據(jù)支持，從而為解決方案的制定奠定基礎(chǔ)。

 

2.1 失效模式

 

失效模式是構(gòu)件失效后的外觀表現(xiàn)形式。對于結(jié)構(gòu)材料，失效模式指的是構(gòu)件失效后呈現(xiàn)的宏觀形貌特征及其損傷現(xiàn)象，也稱失效類型。對于電子材料，失效模式是指器件失效后的外在表現(xiàn)形式。

 

一般而言，失效模式是對構(gòu)件失效后的表觀現(xiàn)象進(jìn)行大致描述，比如斷裂、腐蝕、磨損等。不論是結(jié)構(gòu)材料還是功能材料，失效模式均相當(dāng)直觀，反映構(gòu)件失效后的表現(xiàn)現(xiàn)象。它既不涉及失效機(jī)理，也不涉及失效原因，僅是失效現(xiàn)象的概要描述，不論及為什么失效。然而，國內(nèi)一些學(xué)者未能正確理解失效模式的物理含義，不恰當(dāng)?shù)貙⑵湟暈槭Х治龅暮诵摹Ｓ械膶⑹Ｊ絼澐譃橐患?、二級、三級、四級等不同級別；也有的將失效機(jī)理和失效原因誤作為失效模式的組成部分；還有的認(rèn)為只要失效模式描述清楚，等于找到了失效原因。這種對失效模式物理概念的混淆，誤導(dǎo)了一些失效分析工作的初學(xué)者。因此，很有必要正本清源，對失效模式的物理含義進(jìn)行科學(xué)解釋，揭示其物理本質(zhì)。

 

事實(shí)上，通過目視檢查或手機(jī)拍照的方式，就可以初步識別失效模式，大致判斷出構(gòu)件屬于哪種類型的失效，無需借助其他的物理分析方法。根據(jù)大量的失效案例呈現(xiàn)的失效形貌特征，工程材料的失效模式一般分為4個大類：斷裂失效模式（fracture failure mode）；腐蝕失效模式（corrosion failure mode）；磨損失效模式（wear fracture failure mode）；畸變失效模式（distortion failure mode）。其中，畸變失效模式是筆者近10年在國內(nèi)外失效分析學(xué)術(shù)會議上提出的。

 

失效模式類型多樣，一般與外力作用、材料性質(zhì)、使用條件、結(jié)構(gòu)型式等有很大關(guān)系。根據(jù)不同學(xué)科的性質(zhì)，失效模式也可以稱為機(jī)械失效模式、材料失效模式、物理失效模式、化學(xué)失效模式、電氣失效模式、電子失效模式、軟件失效模式、衰減失效模式、環(huán)境失效模式、生物失效模式、管理失效模式等。文章聚焦的是與外力密切相關(guān)的、應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械失效模式或材料失效模式。

 

2.1.1 斷裂失效模式

 

斷裂失效模式是指構(gòu)件在外力作用下發(fā)生斷裂引起的失效，形貌特征顯示在斷口上。

 

根據(jù)斷口形貌特征，比如變形程度、凹坑分布、平整度、粗糙度及顏色等，斷裂失效模式進(jìn)一步分為脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂等。這是對斷口形貌特征的進(jìn)一步描述，有時稱為斷裂的二級失效模式。

 

斷裂失效模式是以斷口形貌為分析對象，通過細(xì)致的觀察和分析，初步辨別失效類型，為后續(xù)研究提供大致的分析方向。然而，構(gòu)件發(fā)生意外的失效有時是多因素引起的，因而失效模式呈現(xiàn)混合型形態(tài)。例如，斷口上有斷裂與腐蝕、斷裂與磨損、斷裂與畸變、腐蝕與磨損、磨損與畸變等交互作用留下的復(fù)雜形態(tài)。在這種情況下，失效模式的識別變得困難，稍有不慎，有可能把主因和次因的關(guān)系顛倒。因此，針對多因素引起的失效，失效模式的判定需要結(jié)合運(yùn)行條件和微觀分析，再通過失效機(jī)理的鑒別，最后才能確定是什么樣的失效模式。如果失效模式判定有誤，隨后的研究會遇到極大的麻煩，邏輯關(guān)系不清晰將會對失效原因誤判。這也是現(xiàn)實(shí)中有那么多重復(fù)失效案例發(fā)生的原因。

 

因此，雖然失效模式是宏觀的，識別相對容易，但辨別時仍需觀察細(xì)致，辨識精準(zhǔn)，做到失效模式的判斷正確。

 

2.1.2 腐蝕失效模式

 

腐蝕失效模式是指構(gòu)件與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其表面減薄或穿孔引起的失效。

 

腐蝕失效模式展現(xiàn)的是構(gòu)件在介質(zhì)、環(huán)境等作用下引起的失效現(xiàn)象，不是以外力為主引起的失效。因此，通過觀察構(gòu)件表面凹凸不平形貌及其成分分析，再結(jié)合介質(zhì)分析和材料分析，可以推測其經(jīng)歷的腐蝕過程與腐蝕機(jī)理，進(jìn)而追溯失效的根本原因。

 

2.1.3 磨損失效模式

 

磨損失效模式是指構(gòu)件與另一構(gòu)件或介質(zhì)相互接觸且相對運(yùn)動時，由表面持續(xù)損耗導(dǎo)致形狀和尺寸的改變引起的失效。

 

磨損失效容易理解，識別方便。其失效過程是構(gòu)件間相互接觸且相對運(yùn)動，產(chǎn)生的摩擦磨損改變了表面形狀，最終導(dǎo)致失效。因此，只要細(xì)致觀察構(gòu)件表面的摩擦痕跡和磨損形貌，可以把握磨損的基本規(guī)律及其磨損機(jī)理，進(jìn)而推斷出磨損失效的原因。

 

2.1.4 畸變失效模式

 

斷裂、腐蝕和磨損是工程材料中常見的3種失效模式，這3種模式形貌特殊，辨識清晰，因而獲得了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)同。然而，并非所有構(gòu)件的失效均可以歸結(jié)為3種失效模式之一。譬如，薄壁結(jié)構(gòu)件、大長徑比傳動軸、細(xì)長型構(gòu)件、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件、印制電路板等因彎曲變形過大引起的失效案例相當(dāng)常見，卻難以用上述3種失效模式進(jìn)行解釋。

 

針對這一技術(shù)問題，筆者基于不同領(lǐng)域發(fā)生的大量失效案例開展了深入的分析和比較，提出了一種畸變失效模式?；兪Ｊ皆凇睹绹饘賹W(xué)會手冊 第11 卷：失效分析與預(yù)防》中也有相關(guān)介紹。國內(nèi)部分學(xué)者將其誤譯為變形失效模式（deformation failure mode），這種現(xiàn)象在國內(nèi)許多失效分析的專著、教科書、手冊及論文中隨處可見。把畸變失效誤作為變形失效，原因在于未能準(zhǔn)確理解畸變的物理含義。

 

鑒于畸變失效模式目前尚未被廣泛認(rèn)可，甚至還有誤解，因而有必要對其物理含義進(jìn)行詳細(xì)的闡述。這不僅有助于理解薄壁構(gòu)件和非金屬構(gòu)件失效背后發(fā)生的復(fù)雜物理現(xiàn)象，還為失效分析體系夯實(shí)了基礎(chǔ)理論。

 

畸變失效模式是指構(gòu)件在外力、溫度等因素作用下，因彈性變形過大不能達(dá)到設(shè)計規(guī)定的功能而失效。顧名思義，畸變是一種大變形，是指超過了設(shè)計限定的結(jié)構(gòu)變形的極限值即閾值。從物理學(xué)角度來看，畸變失效是指構(gòu)件在滿足材料強(qiáng)度的前提下，因結(jié)構(gòu)的剛度不足發(fā)生了過大的彈性變形，導(dǎo)致構(gòu)件間連接失去匹配性，最終不能完成設(shè)計規(guī)定的功能而失效。在有些情況下，畸變失效也會引起構(gòu)件的斷裂。例如，在野外作業(yè)的大型起重機(jī)，其吊臂因結(jié)構(gòu)變形過大發(fā)生偏斜，承載應(yīng)力重新分布，從原來的拉彎承載方式轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘澟?fù)雜承載方式，最終導(dǎo)致吊臂斷裂，呈現(xiàn)斷裂與畸變的混合型失效形貌。還有，像復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件和微電子器件，在完全滿足材料強(qiáng)度的條件下，材料因溫度應(yīng)力產(chǎn)生過大的彎曲變形或翹曲變形而失效。

 

事實(shí)上，構(gòu)件的變形包含材料變形和結(jié)構(gòu)變形兩部分，涉及微觀和宏觀兩個層面。材料變形一般屬于微觀層面，是其內(nèi)部原子間平衡位置發(fā)生變化而顯現(xiàn)的變形，它與材料承受的應(yīng)力和彈性模量有關(guān)。當(dāng)然，在過載或高溫等條件下，材料也會出現(xiàn)大變形，如果這樣，可歸為斷裂失效模式。結(jié)構(gòu)變形屬于宏觀層面，反映構(gòu)件的形狀和尺寸發(fā)生較大的形變，其不僅與彈性模量和外力有關(guān)，還與構(gòu)件的橫截面慣性矩、結(jié)構(gòu)間連接型式、幾何形狀及尺寸有著密切的相關(guān)性。同時，變形是一個中性詞，因而有正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)。從正效應(yīng)來看，大多數(shù)金屬構(gòu)件是通過熱變形或冷變形加工成型的，變形在材料的加工、制造中起著重要的作用。例如，金屬板材在軋制過程中，通過冷軋變形提高材料的強(qiáng)度和硬度。在鍛造工藝中，熱加工變形使材料內(nèi)部組織更加致密，可提升材料的力學(xué)性能。然而，某些情況下的變形則帶來負(fù)效應(yīng)。以車間大型吊車操作為例，其橫梁橫跨在兩邊的導(dǎo)軌上，承擔(dān)起吊重物的任務(wù)。如果起吊的物件過重或偏心承載，橫梁的撓度可能超過設(shè)計限定的變形臨界值（閾值）。此時，橫梁的彎曲變形過大，導(dǎo)致兩邊車輪的轉(zhuǎn)角超出限定值，車輪將直接被卡死，吊車因彎曲變形過大失去移動功能而畸變失效。顯然，把變形失效看作是機(jī)械失效模式中的一種是不恰當(dāng)?shù)摹?/span>

 

此外，變形與畸變緊密關(guān)聯(lián)，但二者物理含義明顯不同。變形是材料產(chǎn)生應(yīng)變后的體現(xiàn)?；儎t是變形的極限值，屬于不正常的結(jié)構(gòu)變形，超出了設(shè)計限定的閾值。當(dāng)構(gòu)件的變形超過設(shè)計限定的閾值，如撓度、轉(zhuǎn)角或扭角等，將失去應(yīng)有的功能而失效。從材料學(xué)角度看，變形與畸變的關(guān)系，類似于應(yīng)力與強(qiáng)度的關(guān)系。構(gòu)件承受的應(yīng)力一旦超過材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度，其塑性變形無法恢復(fù)，隨后便是失效。同樣，構(gòu)件在滿足材料強(qiáng)度條件下，因結(jié)構(gòu)的剛度不足，變形超過了畸變的閾值，因彈性變形過大，材料失去設(shè)計規(guī)定的功能而失效。

 

因此，畸變與強(qiáng)度一樣，也是判斷構(gòu)件失效的一種材料準(zhǔn)則。當(dāng)構(gòu)件的彈性變形超過畸變值（設(shè)計限定的閾值）時，由于不能滿意地執(zhí)行設(shè)計規(guī)定的功能而失效。所以，畸變是機(jī)械失效模式中的一種，是工程材料的第四種失效模式。

 

2.2 失效形式

 

失效形式是指構(gòu)件失效后失效缺陷的幾何位置及其損傷特征，是對失效模式下宏觀形貌的具體描述。它包含失效缺陷的大小，單位一般在毫米級與微米級之間，這與傳統(tǒng)的失效形式含義有所不同。

 

通常而言，有些缺陷如夾雜物、凹坑、氣孔、微裂紋等，在構(gòu)件失效后仍然保留在斷口上，有的會缺失。比如，化工廠用工藝管子泄漏前的原始缺陷可能是夾雜物、凹坑、壓痕等，泄漏后缺陷被介質(zhì)沖刷掉。針對此類的失效現(xiàn)象，失效形式的描述顯得相當(dāng)重要，再結(jié)合其他的分析方法，如表面分析、介質(zhì)分析、材料分析、力學(xué)分析等，才能精準(zhǔn)追溯到失效的源頭和起因。舉一個簡單例子，一臺常規(guī)熱交換器的某根管子發(fā)生泄漏，留下了破口，失效形式描述應(yīng)包括但不限于以下一些基本信息。

 

（1）破口位于管子進(jìn)口側(cè)或出口側(cè)的哪個位置，是在管板內(nèi)、管板外，還是在支撐板處。

（2）破口沿著管子環(huán)向的哪個方位，從順時針方向自上而下的角度位置，傾角有多少。

（3）破口的泄漏方式是從管內(nèi)向管外、還是從管外向管內(nèi)。

（4）破口的形貌，如表面光滑、粗糙，或吸附沉積物，破口是準(zhǔn)圓形、橢圓形或其他特別的形狀，其面積和尺寸有多大。

（5）破口邊緣周圍是否有異物，是否發(fā)生變形等。

 

根據(jù)破口失效形式的描述，再結(jié)合熱交換器的工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流速、介質(zhì)、運(yùn)維方式等，才能初步判定破口是由哪些因素產(chǎn)生的，然后確定具體的分析方向。例如采用微區(qū)分析、表面分析、介質(zhì)分析等，為找到破口的產(chǎn)生原因提供指導(dǎo)性意見。需要強(qiáng)調(diào)的是，失效形式不僅包含缺陷的幾何位置和尺寸大小，還包含缺陷本身的性質(zhì)及特點(diǎn)，因而缺陷描述得越具體、越詳細(xì)，后續(xù)的深度分析越有效。

 

此外，失效形式是連接失效模式、失效缺陷及失效機(jī)理的橋梁，通過失效形式，把三者有機(jī)地聯(lián)系起來，相互推理，相互驗(yàn)證，起到銜接、關(guān)聯(lián)的作用。當(dāng)然，對于簡單構(gòu)件，如密封墊片或固定螺母，失效形式等同于失效缺陷。對于大型構(gòu)件的失效，失效形式在失效機(jī)理分析時有重要作用。例如，對于以外力為主的大直徑軋輥及主軸、大型結(jié)構(gòu)件等失效，失效形式包含失效源的具體位置和缺陷性質(zhì)的具體描述，為失效分析提供了關(guān)鍵線索和載體。對于非外力引起的非金屬構(gòu)件的失效，失效形式的描述更為重要。例如，聚合物構(gòu)件在特殊條件下發(fā)生性能老化、微電子器件及功率模塊因溫度引起封裝層開裂，以及復(fù)合材料層合板異種界面因物理性能不匹配而分層等。對于此類構(gòu)件的失效分析，失效形式的詳細(xì)描述對于確定失效的源頭以及產(chǎn)生原因起到關(guān)鍵的作用。

 

2.3 失效缺陷

 

失效缺陷是指引起構(gòu)件開裂或損壞的原始缺陷，例如夾雜物、氣孔、偏析、劃痕、凹陷、凹坑、微裂紋等一些缺陷。其中，夾雜物、氣孔、偏析是材料冶煉時留下的原始缺陷；劃痕和凹陷是構(gòu)件在成形或熱處理時因操作工藝不當(dāng)引入的加工缺陷；凹坑、微裂紋等是構(gòu)件在使用中由介質(zhì)、外力等因素作用產(chǎn)生的服役缺陷。

 

不同類型的缺陷在腐蝕介質(zhì)、疲勞應(yīng)力、流體沖刷等苛刻條件下易成為應(yīng)力集中源，成為材料開裂的源頭。因此，失效缺陷的性質(zhì)鑒別，對于失效原因分析相當(dāng)重要。關(guān)鍵是精準(zhǔn)確定缺陷源頭及其性質(zhì)，而非次生缺陷。比如，在應(yīng)力腐蝕開裂下產(chǎn)生的裂紋往往是形狀不規(guī)則的分叉裂紋，如果不能精確定位裂紋產(chǎn)生的源頭而去分析其他的次生裂紋，其失效分析基本上失去意義。

 

總之，失效形式與失效缺陷存在內(nèi)在聯(lián)系。失效形式涉及的是一個面，包括缺陷位置及其損傷特征，失效缺陷涉及的通常是一個點(diǎn)，失效形式包含失效缺陷，反之不亦然。失效形式為失效機(jī)理、失效原因等提供了分析載體和具體細(xì)節(jié)，比失效缺陷提供了更完整的信息。

 

2.4 失效機(jī)理

 

失效機(jī)理是指構(gòu)件在失效過程中材料所經(jīng)歷的物理、化學(xué)等多方面相互作用的損傷演變過程。它涵蓋了材料從微觀、細(xì)觀到宏觀多層次變化，包括材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變、化學(xué)成分的擴(kuò)散、遷移及反應(yīng)、力學(xué)性能的逐步退化等。這些因素的相互作用，導(dǎo)致構(gòu)件的性能下降，最終不能滿足設(shè)計規(guī)定的性能而失效。

 

以腐蝕失效模式為例，失效機(jī)理有電偶腐蝕、縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等，這些腐蝕機(jī)理的產(chǎn)生原因各不相同，而失效模式卻是相同的。由此可以看出，失效模式是構(gòu)件失效后的外觀表現(xiàn)形式，即失效是什么，是對失效原因的初步判斷。而失效機(jī)理是揭示構(gòu)件在失效過程中材料內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生源頭及其損傷演變過程，即為什么失效，因而失效機(jī)理是確定失效原因的關(guān)鍵。

 

總之，失效機(jī)理涉及材料微區(qū)的缺陷源頭及其損傷演變過程，需要有效地應(yīng)用材料、物理、化學(xué)、力學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科交叉的綜合知識和研究能力進(jìn)行表征分析。材料缺陷產(chǎn)生之初一般是微納米尺度，必須借助電子束、離子束、中子束、同步輻射等高分辨率物理分析方法，才能觀察微納米尺度下的損傷源頭及其損傷過程。就尺寸來說，失效機(jī)理與失效模式的關(guān)系類似于微觀與宏觀的關(guān)系，兩者相差巨大，但又緊密聯(lián)系。比如，疲勞應(yīng)力引起的構(gòu)件失效，其斷口在微觀尺度上留下疲勞輝紋，在宏觀尺度上表現(xiàn)為貝殼紋線，前者需要電子束等才能辨別，后者通過目測識別。只有通過失效機(jī)理分析，才能將外部因素如外力、介質(zhì)、溫度、濕度、環(huán)境等對材料損傷過程的影響，包括組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、表面狀態(tài)、應(yīng)力分布及其變形等損傷過程有機(jī)地聯(lián)系起來。

 

因此，失效機(jī)理鑒定是失效分析過程中最有創(chuàng)新的工作，需要定位精準(zhǔn)，觀察細(xì)致，分析得當(dāng)，這樣才能夠分析清楚材料微區(qū)的損傷演變過程，為找到失效原因提供理論依據(jù)和可靠證據(jù)，堪稱是失效分析研究的核心。

 

2.5 失效原因

 

失效原因是指引起構(gòu)件失效的關(guān)鍵因素，分為根本原因( 主要原因)、次要原因和相關(guān)原因。例如，電化學(xué)腐蝕、疲勞載荷、接觸磨損、外力超載等。準(zhǔn)確判定哪個因素是根本原因，要以失效缺陷為源頭，對缺陷的形態(tài)、組成、成分、相組織、變形等進(jìn)行深入的分析，鑒別出哪種失效機(jī)理，隨后給出不同因素產(chǎn)生的影響，按其影響大小分別列出，明確失效的根本原因、次要原因和相關(guān)原因。

 

3.失效模式與失效機(jī)理相互關(guān)系的新表述

 

一些學(xué)者基于不同領(lǐng)域的失效案例和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，嘗試建立起失效模式、失效機(jī)理與失效原因的相互關(guān)系。美國電力研究協(xié)會（美國電力研究院）率先結(jié)合大量失效案例對火電廠鍋爐系統(tǒng)開展分析和總結(jié)，針對鍋爐系統(tǒng)“四管”的省煤器管、再熱器管、水冷壁管、過熱器管等常見的失效現(xiàn)象，采用斷裂、腐蝕、磨損三種失效模式關(guān)聯(lián)了失效模式、失效機(jī)理與失效原因的相互關(guān)系，為火電行業(yè)管道失效原因的診斷提供了基礎(chǔ)。

 

近十年來，筆者承擔(dān)完成了12個行業(yè)委托的眾多重大失效分析課題，分析了不同的失效機(jī)理，并分享了研究結(jié)果。經(jīng)過認(rèn)真比對、凝練和分類，給出了金屬材料失效模式與失效機(jī)理相互關(guān)系的新表述（見圖3）。在這一新表述中，除了增加許多新的失效機(jī)理外，還采用畸變失效模式取代了變形失效模式。2013年9月，在大連舉行的“第五屆全國失效分析學(xué)術(shù)會議”做的大會報告提出了新表述。2022年7月，在“第九屆國際工程失效分析會議（ICEFA IX）”做的大會主旨報告中又有進(jìn)一步論述，從而為失效分析新體系的建立奠定了基礎(chǔ)。

 

金屬材料失效模式與失效機(jī)理的相互關(guān)系如圖3所示，左側(cè)兩列是失效模式的分級類型。其中，一級失效模式包含斷裂、腐蝕、磨損、畸變4種失效模式，二級失效模式是依據(jù)斷口或缺陷形貌特征對一級失效模式的進(jìn)一步細(xì)化，實(shí)際上就是前述失效形式的一部分。右側(cè)是與4 種失效模式對應(yīng)的不同類型的失效機(jī)理。這些失效機(jī)理顯示出失效過程的多樣化和復(fù)雜化，從微觀上反映了材料性質(zhì)、加載方式、工藝介質(zhì)、環(huán)境條件等多因素作用下的不同損傷過程，顯現(xiàn)出不同條件下的不同失效行為，隱含不一樣的產(chǎn)生原因。需要指出的是，一些相近的失效機(jī)理如腐蝕，在宏觀上卻呈現(xiàn)出相同的腐蝕失效模式。這進(jìn)一步表明，失效模式是失效原因的初步判定，失效機(jī)理與失效原因直接關(guān)聯(lián)在一起，是失效分析的核心。

 

一般而言，失效模式反映了構(gòu)件在宏觀尺度下的失效現(xiàn)象，失效機(jī)理揭示了材料在微觀尺度下的失效行為，二者的尺寸相差了103~106數(shù)量級。顯然，在失效模式與失效機(jī)理之間，還有一個銜接它們的物理參量，尺寸單位介于毫米與微米之間，這就是失效形式。因此，失效形式如同一座橋梁，將兩側(cè)的失效模式與失效機(jī)理連接了起來，失效機(jī)理把失效模式、失效形式、失效原因聯(lián)系了起來。

 

以下就圖3所示的4種失效模式與對應(yīng)的失效機(jī)理的物理含義進(jìn)行概要陳述。

 

3.1 斷裂失效模式與失效機(jī)理

 

斷裂失效模式是與外力有關(guān)的失效現(xiàn)象。

 

依據(jù)斷口的宏觀形貌及其變形狀態(tài)，斷裂失效模式一般分為脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂等4種。

 

（1）脆性斷裂

 

脆性斷裂的形貌特征顯著，斷口上無明顯可見的塑性變形，表面光滑，外觀為齊平式。微觀層面表現(xiàn)為解理型形態(tài)，一些高強(qiáng)合金鋼、厚截面結(jié)構(gòu)件等在特殊環(huán)境下的斷裂常常呈現(xiàn)此特征。對應(yīng)的失效機(jī)理包括解理斷裂、厚截面斷裂、沿晶斷裂、低溫脆斷、輻照脆化、氫脆開裂等。

 

（2）韌性斷裂

 

韌性斷裂亦稱延性斷裂或塑性斷裂，其斷口有明顯可見的塑性變形，表面粗糙，宏觀上為杯錐形變形形貌，微觀上是不平整的韌窩形態(tài)。大多數(shù)碳鋼和低強(qiáng)度合金鋼斷裂時展現(xiàn)此特征，其失效機(jī)理主要有大變形斷裂、韌窩斷裂、塑性斷裂等。

 

處在脆性斷裂與韌性斷裂之間的斷口形態(tài)稱為韌脆性斷裂。斷口上有部分結(jié)晶狀脆性斷裂和部分纖維狀韌性斷裂。例如，在低溫環(huán)境下，普通碳鋼受到?jīng)_擊力作用時，將有韌性斷裂與脆性斷裂混合型斷口形貌。當(dāng)然，韌脆性斷裂的韌脆性面積比例與材料本身的韌性大小及其沖擊力速度有著依賴關(guān)系。

 

（3）疲勞斷裂

 

疲勞斷裂是指構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生低應(yīng)力的脆性斷裂。斷口上有明顯的貝殼紋線，微觀上有疲勞輝紋，記錄了交變應(yīng)力作用下應(yīng)力幅值、應(yīng)力大小及循環(huán)次數(shù)等重要信息。與靜載斷裂相比，疲勞斷裂基本上沒有可見的塑性變形，表面基本平整，呈現(xiàn)脆性斷裂的典型形貌。

 

疲勞斷口通常有3 個特征：一是有裂紋起裂區(qū)、疲勞擴(kuò)展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)；二是裂紋起始于缺陷處或應(yīng)力集中區(qū)，裂紋在這些薄弱處萌生；三是裂紋疲勞擴(kuò)展區(qū)表面平坦，呈現(xiàn)貝殼紋線，斷裂區(qū)有撕裂痕跡，凹凸不平，呈現(xiàn)特有的斷裂形貌。

 

根據(jù)交變應(yīng)力的大小及其使用條件，疲勞斷裂對應(yīng)的失效機(jī)理復(fù)雜多樣，一般包括應(yīng)力疲勞、應(yīng)變疲勞、交變疲勞、高周疲勞、低周疲勞、腐蝕疲勞等。

 

（4）蠕變斷裂

 

蠕變斷裂是指材料在長期恒定高溫、恒定應(yīng)力的作用下，逐漸發(fā)生緩慢的蠕變變形并形成蠕變孔洞，最終引起斷裂。其斷口相對平整，宏觀上有可見的蠕變孔洞及其連體形貌，微觀上蠕變孔洞分布在晶界上，部分也會出現(xiàn)在晶內(nèi)。例如，超超臨界火電機(jī)組主蒸汽管道、航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片等構(gòu)件的蠕變斷裂占有一定比例。高溫下若外力有交替變化，還會出現(xiàn)蠕變與疲勞的交互作用。若接觸的介質(zhì)中含有腐蝕成分，如燃?xì)廨啓C(jī)中的SO2氣氛，形成了腐蝕與氧化、腐蝕與蠕變的交互作用。因此，蠕變斷裂對應(yīng)的失效機(jī)理主要有高溫蠕變、蠕變疲勞、蠕變腐蝕等。

 

3.2 腐蝕失效模式與失效機(jī)理

 

腐蝕失效模式是與化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的失效現(xiàn)象。

 

金屬作為一種結(jié)構(gòu)件，材料內(nèi)部并不完整，性能不太均勻，不同微區(qū)間的物理性能有所差異，因而存在電極電位差，使金屬與介質(zhì)容易相互作用產(chǎn)生腐蝕。

 

按照腐蝕的基本原理，腐蝕一般分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類。

 

（1）化學(xué)腐蝕

 

化學(xué)腐蝕是指材料與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的過程中沒有電流產(chǎn)生。具體來說，它是材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，然后被氧化損耗的一種腐蝕形式。例如，化工廠中氯氣在加熱條件下與鋼鐵直接反應(yīng)，生成氯化鐵，導(dǎo)致構(gòu)件表面不斷損耗、壁厚減薄。其化學(xué)反應(yīng)式為

 

化學(xué)腐蝕主要發(fā)生在高溫氣氛以及與化學(xué)介質(zhì)相接觸的腐蝕環(huán)境中。因此，高溫條件下材料可能遭受高溫氧化、高溫碳化，以及不同金屬在特定腐蝕介質(zhì)中的化學(xué)腐蝕。

 

（2）電化學(xué)腐蝕

 

工程材料中最常見的腐蝕是電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指材料與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的材料損耗現(xiàn)象。此類腐蝕有正負(fù)電極及其電解質(zhì)溶液。例如，鋼鐵在潮濕大氣中的電化學(xué)腐蝕主要是吸氧腐蝕，電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式為

 

陽極反應(yīng)（氧化反應(yīng)）

 

陰極反應(yīng)（還原反應(yīng)）

 

總反應(yīng)方程式為

 

 

在電化學(xué)反應(yīng)過程中，陽極處鐵原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成二價鐵離子Fe2+，陰極處氧與水獲得電子后還原為OH-，先生成氫氧化亞鐵Fe(OH)2，然后，氫氧化亞鐵再與氧和水結(jié)合氧化為氫氧化鐵Fe(OH)3，最終脫水后生成鐵銹Fe2O3。

 

電化學(xué)腐蝕機(jī)理非常復(fù)雜，包括許多不同類型的腐蝕形式。其腐蝕失效機(jī)理主要有均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、流體加速腐蝕、疲勞腐蝕、磨損腐蝕、氫腐蝕、堿腐蝕、微生物腐蝕、熔鹽腐蝕等。

 

3.3 磨損失效模式與失效機(jī)理

 

磨損失效模式是與磨損有關(guān)的失效現(xiàn)象。

 

就動配合構(gòu)件而言，接觸過程中有滾動、滑動、微動等主要磨損行為，各種軸承和齒輪在實(shí)際運(yùn)行過程中往往經(jīng)歷一種或多種磨損行為。磨損失效行為涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域，涵蓋冶金學(xué)、材料學(xué)、表面技術(shù)、機(jī)械學(xué)、固體力學(xué)、潤滑學(xué)、表面化學(xué)、表面物理、摩擦學(xué)等諸多學(xué)科。

 

根據(jù)構(gòu)件的磨損行為和運(yùn)動方式，磨損失效機(jī)理可以分為粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、接觸磨損、滾動磨損、滑動磨損、微動磨損、腐蝕磨損、沖擊磨損、沖刷磨損、沖蝕磨損、電蝕磨損等。

 

3.4 畸變失效模式與失效機(jī)理

 

畸變失效模式是一種與變形過大有關(guān)的失效現(xiàn)象。

 

畸變失效形式多樣。從材料角度看，涉及彈性變形、彈塑性變形、塑性變形、粘彈性變形、高彈性變形及熱變形等。從結(jié)構(gòu)角度看，涉及撓曲變形、彎曲變形、扭曲變形、翹曲變形、屈曲變形（失穩(wěn)褶曲）等。從變形形態(tài)看，畸變表現(xiàn)為尺寸畸變、形狀畸變，以及二者組合的復(fù)合畸變。

 

因此，畸變失效機(jī)理包括彈性變形、彈塑性變形、塑性變形、粘彈性變形、高彈性變形、熱變形、撓曲變形、彎曲變形、扭曲變形、翹曲變形、屈曲變形等。其中，撓曲變形、彎曲變形、扭曲變形、翹曲變形及屈曲變形屬于結(jié)構(gòu)變形，容易引起構(gòu)件形狀與尺寸的顯著改變。

 

4.結(jié)論

 

（1）評述了失效的不同定義，并從材料學(xué)角度提出了失效的新定義。闡述了與失效有關(guān)的外觀形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)的物理含義及其損傷特征，從而深刻理解失效的本質(zhì)。

（2）重新分類失效模式，采用提出的畸變失效模式取代以往常用的變形失效模式。闡述了畸變失效模式的物理含義及其特點(diǎn)，將畸變與斷裂、腐蝕、磨損三種失效模式一起并列，成為工程材料的第四種失效模式，從而涵蓋和解釋更為復(fù)雜的失效現(xiàn)象。

（3）通過引入“五要素”概念，即失效模式、失效形式、失效缺陷、失效機(jī)理和失效原因，構(gòu)建了失效分析新體系，使其成為失效分析的基礎(chǔ)。其中，失效形式的嵌入為該體系提供了堅實(shí)的理論支撐。

（4）論述了失效模式與失效機(jī)理的本質(zhì)區(qū)別及其相互關(guān)系。明確了失效模式是失效現(xiàn)象的外在表現(xiàn)形式，而失效機(jī)理是導(dǎo)致失效模式出現(xiàn)的內(nèi)在根源，是失效現(xiàn)象背后在材料內(nèi)部發(fā)生的物理、化學(xué)等多方面相互作用的損傷變化過程，因而能夠追溯到失效原因的根本。

（5）給出了金屬材料失效模式與失效機(jī)理相互關(guān)系的新表述。不同的失效模式下對應(yīng)不同的失效機(jī)理，而不同的失效機(jī)理與失效原因相聯(lián)系，從而能夠追溯到失效的根本原因。

（6）重塑失效分析體系的目的是構(gòu)建一套系統(tǒng)、完整且高效的綜合性分析方法。通過分析“五要素”及其相互關(guān)系，不僅能夠確保分析結(jié)論快速、準(zhǔn)確，而且解決方案簡單、高效，從而避免同類失效的重復(fù)發(fā)生，進(jìn)而提升產(chǎn)品質(zhì)量及其安全可靠性。