第1部分金屬材料失效分析和檢測技術



1概述 002



1.1材料失效分析的作用 002



1.2材料失效分析的程序 003



1.3材料失效分析的發展趨勢 005







2材料失效形式 009



2.1材料的斷裂 009



2.2材料的磨損 011



2.2.1黏著磨損 013



2.2.2磨粒磨損 013



2.2.3疲勞磨損 015



2.3材料的腐蝕 015



2.4材料的變形 016







3材料失效分析方法 018



3.1斷口分析 018



3.2斷口的準備和清理 019



3.3斷口分析技術 019



3.4裂紋分析 020



3.5痕跡分析 020



3.6產物分析 021







4檢測技術——金相分析 022



4.1金相顯微鏡 022



4.1.1光學顯微鏡的構造 022



4.1.2金相顯微鏡的基本原理和主要性能指標 023



4.2光學顯微鏡的使用 026







5檢測技術——硬度分析 029



5.1洛氏硬度計的構造 029



5.2洛氏硬度測試法 030







6檢測技術——SEM分析 032



6.1掃描電子顯微鏡的構造 032



6.2掃描電子顯微鏡的使用 035







第2部分金屬材料失效分析案例



案例1腐蝕失效 038



某工廠氨水槽在使用過程中發生洩漏 038



案例2工藝不合理 043



某工廠供熱管道在使用過程中發生開裂 043



案例3脆性鐵相 049



某企業消防水帶接口在使用過程中發生斷裂 049



案例4上貝氏體 054



某建築企業混凝土泵車的舉升臂發生斷裂 054



案例5螺紋加工 060



某汽車轉向拉杆發生斷裂 060



案例6鑄造冷速過快 065



燃氣輸送管道斷裂的失效分析 065



案例7導熱不均勻 069



某能源煤化公司鍋爐管出現爆管 069



案例8組織缺陷 074



某公司二沉池齒輪出現斷裂現像 074



案例9球狀鉛相 080



某住戶房屋衛生間淋浴器的彎頭對絲發生斷裂 080



案例10枝晶組織 084



某公司娛樂廣場使用風冷熱泵冷（熱）水機組出現銅管開裂 084



案例11Fe-Si雜質相 088



某公司散熱器絲堵斷裂造成漏水現像 088



案例12應力腐蝕 093



某公司滿-液式水源熱泵機組蒸發器發生洩漏 093



案例13晶間應力腐蝕 097



某公司空調波紋連接管發生洩漏 097



案例14疲勞斷裂 102



某公司氮氫氣壓縮機一級連杆螺栓斷裂 102



案例15變質處理 106



某公司油罐車放油閥斷裂分析 106



案例16鉛相 110



某公司供暖用螺紋連接球閥發生斷裂 110



案例17晶間腐蝕 114



某學校教學樓護欄發生斷裂 114



案例18熱處理不當 121



某公司使用的螺栓發生斷裂 121



案例19配合鍵失效 124



某農民使用收割機的柴油發動機發生故障 124



案例20點蝕 128



某中央空調用鋼管出現洩漏 128







附錄金屬顯微組織檢驗方法

材料失效分析早來源於機械零件的損壞或失效，是一門交叉、邊緣、綜合的新興學科，與很多學科和技術交叉。所謂材料失效就是某些機械構件在復雜的服役環境下，構件的組織、結構的變化引起其尺寸、形狀、性能發生變化，進而失去材料本身應有的功能，也可以稱之為事故或者故障。失效分析就是利用先進的技術手段對失效零件的組織、結構、表面宏觀痕跡、化學成分等方面進行診斷，主要包括觀察過程、診斷過程、分析過程、預測或預防過程。失效分析對提高機械產品質量和確保機械構件安全運行發揮越來越大的作用，對高科技的飛快發展具有重要的現實意義。機械裝備由於失效引起的損失在中外歷史上是驚人的。據不完全統計，我國在近十年期間，農用噴霧器一項，每年因腐蝕報廢1000萬隻，損失2；礦山機械零部件由於早期失效造成的損失每年達。通過失效分析，找出造成機械裝備失效的原因，采取改進措施，可防止重大事故的發生，提高產品質量，減少損失，產生相當可觀的經濟效益。



《金屬材料失效分析》內容包括金屬材料失效基礎知識、失效分析檢測技術及方法、金屬材料失效分析案例和相關國家標準，主要講解了多種金屬材料失效形式、形貌、特點、破損機制、分析手段；各種失效形式包括機械力破損、腐蝕性破損和高溫破損等；介紹了失效特征、失效機制、斷口形貌、成分分析手段等。典型案例中主要介紹了鋼鐵合金、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等材料的失效分析。



本書是在筆者從事十多年金屬材料失效分析基礎上，結合該領域科研工作的研究成果而編寫的。濟南市工程質量與安全生產監督站袁國良工程師編寫第1～3章，楊曉潔高級工程師編寫第4～6章和第2部分的案例1～11、13、16、17、20，楊軍工程師編寫第2部分的案例12、14、15、18、19。全書由楊曉潔統稿。



特別感謝山東大學周英勤老師和吳東亭老師，山東建築大學袁興棟副教授，山東省產品質量檢驗研究院李守泉研究員、馬洪濤研究員和崔岩、於曉陽、張勇亭、王振明、李楊，山東建築大學的研究生王澤力以及其他給予指導和幫助的同仁，在此表示衷心的感謝。山東省產品質量檢驗研究院在金屬材料構件失效分析領域有較強能力，多年來一直開展相關工作，具備了對金屬材料的宏觀、微觀檢測分析能力，能夠繫統地分析金屬材料及機械零部件失效的原因。



謹以此書獻給所有幫助、支持我們的社會各界和同行朋友，由於編者水平有限，雖經一再校閱，書中可能仍有疏漏之處，敬請讀者提出寶貴意見和建議。







編者



2018年4月