失效的基礎(chǔ)知識

所謂“技術(shù)歸零”，就是針對發(fā)生的質(zhì)量問題，從技術(shù)上按“定位準確、機理清楚、問題復(fù)現(xiàn)、措施有效、舉一反三”的5條要求逐項落實。

其中“定位準確”，就是要求對質(zhì)量問題必須找到最根本的原因。在尋找質(zhì)量問題原因的過程中需要不斷地問為什么。在此過程中，離不開失效分析，失效分析的思路是什么呢？

失效分析的限期往往要求很短，分析結(jié)論要正確無誤，改進措施要切實可行。首先了解關(guān)于失效的基礎(chǔ)知識。

失效

國家標準GB3187-82中定義："失效（故障）"產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，對可修復(fù)的產(chǎn)品通常也稱為故障。規(guī)定的功能是指國家有關(guān)法規(guī)、質(zhì)量標準、技術(shù)文件以及合同規(guī)定的對產(chǎn)品適用、安全和其他特性的要求。它既是產(chǎn)品質(zhì)量的核心，也是產(chǎn)品是否失效的判據(jù)。

失效分析

失效分析是判斷產(chǎn)品的失效模式，查找產(chǎn)品失效機理和原因，提出預(yù)防再失效對策的技術(shù)活動和管理活動。因此，失效分析的主要內(nèi)容包括：明確分析對象，確定失效模式，研究失效機理，判定失效原因，提出預(yù)防措施（包括設(shè)計改進）。

失效分析在工程中的地位和作用

20世紀中葉以來，隨著微電子技術(shù)的異軍突起（電子光學、斷口學、痕跡學、表面科學、電子金相學等迅猛發(fā)展），產(chǎn)品失效的物理、化學過程，已經(jīng)能從微觀方面闡明失效本質(zhì)、規(guī)律和原因。

在此基礎(chǔ)上，失效分析逐步走上了較為系統(tǒng)、綜合、理論化的新階段，并在國民經(jīng)濟和技術(shù)進步中發(fā)揮著日益重要的作用，已為世人所矚目。

失效分析思路的內(nèi)涵

本文以機械失效為例介紹失效分析的思路。

失效分析思路是指導失效分析全過程的思維路線，是在思想中以機械失效的規(guī)律(即宏觀表象特征和微觀過程機理)為理論依據(jù)，把通過調(diào)查、觀察和實驗獲得的失效信息(失效對象、失效現(xiàn)象、失效環(huán)境統(tǒng)稱為失效信息)分別加以考察。

然后有機結(jié)合起來作為一個統(tǒng)一整體綜合考察，以獲取的客觀事實為證據(jù)，全面應(yīng)用推理的方法，來判斷失效事件的失效模式，并推斷失效原因。

因此，失效分析思路在整個失效分析過程中一脈相承、前后呼應(yīng)，自成思考體系，把失效分析的指導思路、推理方法、程序、步驟、技巧有機地融為一體，從而達到失效分析的根本目的。

在科學的分析思路指導下，才能制定出正確的分析程序；機械的失效往往是多種原因造成的，即一果多因，常常需要正確的失效分析思路的指導；對于復(fù)雜的機械失效，涉及面廣，任務(wù)艱巨，更需要正確的失效分析思路，以最小代價來獲取較科學合理的分析結(jié)論。

總之，掌握并運用正確的分析思路，才可能對失效事件有本質(zhì)的認識，減少失效分析工作中的盲目性、片面性和主觀隨意性，大大提高工作的效率和質(zhì)量。因此,失效分析思路不僅是失效分析學科的重要組成部分，而且是失效分析的靈魂。

失效分析是從結(jié)果求原因的逆向認識失效本質(zhì)的過程，結(jié)果和原因具有雙重性。

因此，失效分析可以從原因入手，也可以從結(jié)果入手，也可以從失效的某個過程入手，如“順藤摸瓜”，即以失效過程中間狀態(tài)的現(xiàn)象為原因，推斷過程進一步發(fā)展的結(jié)果，直至過程的終點結(jié)果“；順藤找根”，即以失效過程中間狀態(tài)的現(xiàn)象為結(jié)果，推斷該過程退一步的原因，直至過程起始狀態(tài)的直接原因“；順瓜摸藤”，即從過程中的終點結(jié)果出發(fā)，不斷由過程的結(jié)果推斷其原因“順；根摸藤”，即從過程起始狀態(tài)的原因出發(fā)，不斷由過程的原因推斷其結(jié)果。再如“順瓜摸藤+順藤找根”、“順根摸藤+順藤摸瓜”、“順藤摸瓜+順藤找根”等。

失效分析的主要思路

常用的失效分析思路很多，本文介紹幾種主要思路。

1、 “撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路

一樁失效事件不論是屬于大事故還是小故障，其原因總是包括操作人員、機械設(shè)備系統(tǒng)、材料、制造工藝、環(huán)境和管理6個方面。

根據(jù)失效現(xiàn)場的調(diào)查和對背景資料(規(guī)劃、設(shè)計、制造說明書和藍圖)的了解，可以初步確定失效原因與其中一、兩個方面有密切的關(guān)系，甚至只與一個方面的原因有關(guān)。

這就是5M1E(Man(人)、Machine(機器設(shè)備)、Material(材料)、Method(工藝制作方法)、Management(管理)、Environment(環(huán)境條件))的失效分析思路。

如果失效已確定純屬機械問題，則以設(shè)備制造全過程為一系統(tǒng)進行分析，即對機械經(jīng)歷的規(guī)劃、設(shè)計、選材、機械加工、熱處理、二次精加工、裝配、調(diào)試等制作工序逐個進行分析，逐個因素排除。

加工缺陷、鑄造缺陷、焊接缺陷、熱處理不當、再加工缺陷、裝配檢驗中的問題、使用和維護不當、環(huán)境損傷等11個方面，含有可能引起機械失效的121個主要因素。

上述“撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路,面面俱到，它懷疑一切，不放過任何一個可疑點?！叭龃缶W(wǎng)”思路是早期安全工作中慣用的事故檢查思路，一般不宜采用“撒大網(wǎng)”的辦法，當找不到任何確切線索時，這種方法是一種比較好的辦法。

2、殘骸分析法

殘骸分析法是從物理、化學的角度對失效零件進行分析的方法。如果認為零件的失效是由于零件廣義的“失效抗力”小于廣義的“應(yīng)力”的緣故，而“應(yīng)力”則與零件的服役條件有關(guān)，因此，失效殘骸分析法總是以服役條件、斷口特征和失效的抗力指標為線索的。

零件的服役條件大致可以劃分為靜載荷、動載荷和環(huán)境“載荷”。以服役條件為線索就是要找到零件的服役條件與失效模式和失效原因之間的內(nèi)在聯(lián)系。

但是，實踐表明，同一服役條件下，可能產(chǎn)生不同的失效模式；同樣，同一種失效模式，也可能在不同的服役條件下產(chǎn)生，因此，以服役條件為線索進行失效殘骸的失效分析，只是一種初步的“入門”方法，它只能起到縮小分析范圍的作用。

斷口是斷裂失效分析重要的證據(jù)，它是殘骸分析中斷裂信息的重要來源之一。

但是在一般情況下，斷口分析必須輔以殘骸失效抗力的分析，才能對斷裂的原因下確切的結(jié)論。

以失效抗力指標為線索的失效分析思路，如圖所示，關(guān)鍵是在搞清楚零件服役條件的基礎(chǔ)上，通過殘骸的斷口分析和其它理化分析，找到造成失效的主要失效抗力指標，并進一步研究這一主要失效抗力指標與材料成分、組織和狀態(tài)的關(guān)系。

通過材料工藝變革，提高這一主要的失效抗力指標，最后進行機械的臺架模擬試驗或直接進行使用考驗，達到預(yù)防失效的目的。

圖 以失效抗力指標為線索的失效分析思路示意圖

很明顯，以失效抗力指標為線索的失效分析思路是一種材料工作者常用的、比較綜合的方法。它是工程材料開發(fā)、研究和推廣使用的有效方法之一。

值得指出的是，在不同的服役條件下，要求零件(或材料)具有不同的失效抗力指標的實質(zhì)是要求其強度與塑性、韌性之間應(yīng)有合理的配合。

因此,研究零件(或材料)的強度、塑性(或韌性)等基本性能及它們之間的合理配合與具體服役條件之間的關(guān)系就是這一思路的核心。

而進一步研究失效抗力指標與材料(或零件)的成分、組織、狀態(tài)之間的關(guān)系是提高其失效抗力的有效途徑。