复旦大学：《材料失效分析 Materials Failure Analysis》课程教学资源（课件讲稿）第一章 材料失效分析概论（主讲：杨振国）

第一章材料失效分析概论 1.1概述 12材料失效分析的基本内容 1.3失效模式与失效机理的相互关系 14材料失效分析的主要特点 1.5材料失效分析程序及要求 16材料失效分析学科发展史

1.1 概述 1.2 材料失效分析的基本内容 1.3 失效模式与失效机理的相互关系 1.4 材料失效分析的主要特点 1.5 材料失效分析程序及要求 1.6 材料失效分析学科发展史 第一章 材料失效分析概论

1.1概述 1.基本情况 失效事故遍及各个行业,造成经济损失和人员伤亡 巨大,海陆空到处都有,比较典型的失效案例有: √1912年4月14日,英国“泰坦尼克号”豪华邮轮与 冰山相撞后不到3小时就沉没于海中的特大海事事故; √1986年1月28日,美国“挑战者号”航天飞机因O 型橡胶密封圈泄漏导致升空爆炸的特大航天事故; 2015年8月12日,我国天津港危险品仓库因混润剂 缺失引起硝化棉干燥自燃、进而导致硝酸铵爆炸的特大 火灾事故,等等。 ●这些事故触目惊心,损失巨大,故失效问题一直引 起各国政府及学者的广泛关注和研究

1.1 概述 1. 基本情况 ● 失效事故遍及各个行业，造成经济损失和人员伤亡 巨大，海陆空到处都有，比较典型的失效案例有： √ 1912年4月14日，英国“泰坦尼克号”豪华邮轮与 冰山相撞后不到3小时就沉没于海中的特大海事事故； √ 1986年1月28日，美国“挑战者号”航天飞机因O 型橡胶密封圈泄漏导致升空爆炸的特大航天事故； √ 2015年8月12日，我国天津港危险品仓库因湿润剂 缺失引起硝化棉干燥自燃、进而导致硝酸铵爆炸的特大 火灾事故，等等。 ● 这些事故触目惊心，损失巨大，故失效问题一直引 起各国政府及学者的广泛关注和研究

1.1概述 ●国际工程界有普遍共识:各种失效所引起的经济损 失占到各国GDP的2~4% 以我国为例,最近二年GDP分别是:9909万亿元 (2019)、101.59万亿元(2020);若以4%估算 2019年的经济损失是396万亿元、2020年则是4.06 万亿元。可见,失效导致经济损失巨大、造成人员伤亡, 而且影响社会安定! ●因此,失效分析赋予失效分析工作者重要的社会责 任和担当,并且带来很大的社会经济效益,重要性是不 言而喻的

1.1 概述 ● 国际工程界有普遍共识：各种失效所引起的经济损 失占到各国GDP的 2~4%。 以我国为例，最近二年GDP分别是：99.09万亿元 (2019)、 101.59万亿元（2020）；若以4%估算， 2019年的经济损失是3.96万亿元、2020年则是4.06 万亿元。可见，失效导致经济损失巨大、造成人员伤亡， 而且影响社会安定！ ● 因此，失效分析赋予失效分析工作者重要的社会责 任和担当，并且带来很大的社会经济效益，重要性是不 言而喻的

1.1概述 2.失效分析的作用 ●材料失效分析是以材料为载体,通过综合分析找到 产品失效的根本原因,并提出有效措施防止同类事故的 重复发生。它的作用及意义主要有: (1)查明事故的根本原因,确定事故的主要责任; (2)防止同类事故重复发生,保障人员财产安全 (3)吸取经验教训,提高管理水平和人员素质; (4)促进材料的技术进步,从理论上指明方向

1.1 概述 2. 失效分析的作用 ● 材料失效分析是以材料为载体，通过综合分析找到 产品失效的根本原因，并提出有效措施防止同类事故的 重复发生。它的作用及意义主要有： （1）查明事故的根本原因，确定事故的主要责任； （2）防止同类事故重复发生，保障人员财产安全； （3）吸取经验教训，提高管理水平和人员素质； （4）促进材料的技术进步，从理论上指明方向

1.2材料失效分析的基本内容 1.失效的定义 (1)《新华词典》的定义* √丧失功效或效力。 *《新华词典》,1982,p757 (2)国标GB3187-82:可靠性基本名词术语及定义 √失效:产品丧失规定的功能,对可修复产品可以 称为故障

1.2 材料失效分析的基本内容 1. 失效的定义 （1）《新华词典》的定义* √ 丧失功效或效力。 *《新华词典》，1982，p757. （2）国标GB3187-82: 可靠性基本名词术语及定义 √ 失效 ：产品丧失规定的功能，对可修复产品可以 称为故障

1.2材料失效分析的基本内容 (3)《材料大辞典》的定义* √失效,又称复合材料的破坏,指复合材料在经过 某些物理、化学过程后(如载荷作用、材料老化、温 度和湿度变化等)发生了尺寸、形状、性能的变化而 丧失了规定的功能。 *师昌绪主编.材料大辞典.化学工业出版社,1994,p851

1.2 材料失效分析的基本内容 （3）《材料大辞典》的定义* √ 失效，又称复合材料的破坏，指复合材料在经过 某些物理、化学过程后（如载荷作用、材料老化、温 度和湿度变化等）发生了尺寸、形状、性能的变化而 丧失了规定的功能。 * 师昌绪主编. 材料大辞典. 化学工业出版社, 1994，p851

1.2材料失效分析的基本内容 (4)《美国金属学会手册》的定义* √《 ASM Handbook》的定义是:服役的任何结构 件出现以下三种状态之一时即为失效: (1)完全不能修复时; (2)仍可以使用,但不能满意地达到规定的功能时; (3)受到严重损伤,不能继续安全可靠地使用时。 x ASM Handbook. Vol 11: Failure Analysis and Prevention (10th Ed. ASM International, 2002, p2884

* ASM Handbook. Vol.11: Failure Analysis and Prevention (10th Ed.). ASM International, 2002, p2884. 1.2 材料失效分析的基本内容 （4）《美国金属学会手册》的定义* √ 《ASM Handbook 》的定义是：服役的任何结构 件出现以下三种状态之一时即为失效： （1）完全不能修复时； （2）仍可以使用，但不能满意地达到规定的功能时； （3）受到严重损伤，不能继续安全可靠地使用时

12材料失效分析的基本内容 2.失效的新定义* 失效是产品因外观形态或微观结构发生变化而不能 达到设计规定的功能。 截面分离 电子缺陷 零维缺陷 外观 局部损伤 微观线状缺陷 形态变形过量 结构面内缺陷 体型缺陷 表面变性 组织退化 *杨振国.论失效分析的本质及其内在关系.理化检验-物理分册 2013,49(S2):1-3.(第五届全国失效分析学术会议大会特邀报告)

2. 失效的新定义* √ 失效是产品因外观形态或微观结构发生变化而不能 达到设计规定的功能。 电子缺陷 零维缺陷 线状缺陷 面内缺陷 体型缺陷 组织退化 微观 结构 截面分离 局部损伤 变形过量 表面变性 外观 形态 1.2 材料失效分析的基本内容 * 杨振国. 论失效分析的本质及其内在关系. 理化检验-物理分册. 2013, 49 (S2): 1-3. （第五届全国失效分析学术会议大会特邀报告）

1.2材料失效分析的基本内容 3.材料失效分析的内容 ●材料失效分析的目的是确定失效模式、失效形式、失 效缺陷、失效机理与失效原因的相互关系以及解决对策, 它有六项内容: (1)明确失效模式( failure mode) (2)确定失效形式( failure form) (3)鉴别失效缺陷( failure defect) (4)鉴定失效机理( failure mechanism) (5)判定失效原因( failure cause) (6)提出解决对策( countermeasure)

3. 材料失效分析的内容 1.2 材料失效分析的基本内容 ● 材料失效分析的目的是确定失效模式、失效形式、失 效缺陷、失效机理与失效原因的相互关系以及解决对策， 它有六项内容： （1）明确 失效模式（failure mode） （2）确定 失效形式（failure form） （3）鉴别 失效缺陷（failure defect） （4）鉴定 失效机理（failure mechanism） （5）判定 失效原因（failure cause） （6）提出 解决对策（countermeasure）

12材料失效分析的基本内容 4.失效模式新分类 (1)失效模式(宏观尺度) √构件失效后的外观表现形式,即可观察且可测量的 失效的宏观形貌特征,也就是失效的类型。 比如:脆性断裂、疲劳开裂、接触磨损、超载变 形等

4. 失效模式新分类 1.2 材料失效分析的基本内容 （1）失效模式（宏观尺度） √ 构件失效后的外观表现形式，即可观察且可测量的 失效的宏观形貌特征，也就是失效的类型。 比如：脆性断裂、疲劳开裂 、接触磨损、超载变 形等