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第一章概论1

1.1失效与失效分析1

1.1.1失效1

目 录1

1.1.2失效分析4

1.1.3失效分析在工程中的地位和作用6

1.2失效分析的历史发展10

1.2.1古代失效分析阶段10

1.2.2近代失效分析阶段11

1.2.3现代失效分析阶段12

1.3失效分析作为学科的发展13

1.3.1断口学14

1.3.2痕迹学14

1.3.3失效分析与相关学科的关系15

1.4.1机电装备失效的分类17

1.4机电装备失效与失效分析的分类17

1.4.2失效分析的分类20

1.5灰色系统与失效分析中的并行工程20

1.5.1灰色系统20

1.5.2失效分析中的并行工程21

1.5.3对失效分析人员的基本要求23

1.6失效分析的未来发展23

1.6.1机电失效分析分支学科的建立和完善24

1.6.2固体材料环境损伤的演化诱致突变及其预测24

1.6.3新材料断口特征及其规律性25

1.6.4构件的安全可靠性评估技术26

1.6.5 电子产品及其控制系统的失效分析26

1.6.6失效过程的计算机模拟与辅助诊断27

参考文献27

2.1痕迹分析29

2.1.1痕迹分析的作用和意义29

第二章失效分析的基本理论与技术29

2.1.2痕迹的分类30

2.1.3机械接触的损伤痕迹33

2.1.4电接触损伤痕迹42

2.1.5热损伤痕迹47

2.1.6痕迹分析的一般程序49

2.2裂纹分析51

2.2.1裂纹分析的力学基础51

2.2.2首断件的判定63

2.2.3主裂纹及裂纹源的判断63

2.3断口分析65

2.3.1断口的获取与保护66

2.3.2断口观察的原则68

2.3.3断口宏观分析70

2.3.4断口的微观分析71

2.3.5断口的特殊分析74

2.3.6断口的定量分析77

2.4失效评估77

2.4.1应力—强度分布干涉理论78

2.4.2当量初始裂纹尺寸概率分布78

2.4.3影响失效的不确定性因素79

2.4.4英国PD-6493的质量带标准80

2.4.5基于初始疲劳质量和裂纹扩展82

速率的构件寿命估算方法82

2.5失效分析常用的检测技术及其选用原则83

参考文献86

第三章断裂失效分析87

3.1金属断裂的基本概念与分类87

3.1.1断裂与断口87

3.1.2断裂分类88

3.1.3过载断裂的宏观断口三要素90

3.1.4断口三要素的应用92

3.2.1 穿晶韧窝断裂94

3.2金属断裂的微观机理与典型形貌94

3.2.2滑移分离98

3.2.3解理断裂103

3.2.4准解理断裂111

3.2.5沿晶断裂113

3.2.6疲劳断裂114

3.3疲劳断裂失效分析130

3.3.1疲劳断裂失效的分类130

3.3.2疲劳断裂的宏观分析131

3.3.3疲劳断口的微观分析134

3.3.4疲劳载荷类型的判断135

3.3.5低周疲劳断裂的判据141

3.3.6腐蚀疲劳断裂失效分析143

3.3.7热疲劳断裂失效分析148

3.4.1 沿晶断裂失效模式的判别149

3.4沿晶断裂失效分析149

3.4.2沿晶断裂失效原因分析150

3.5断裂失效分析中的裂纹分析152

3.5.1裂纹分析方法152

3.5.2裂纹起始位置的分析154

3.5.3裂纹的宏观形貌155

3.5.4裂纹的走向161

3.5.5裂纹的微观形貌162

3.5.6裂纹周围及裂纹末端情况163

3.6断裂模式、起源和扩展途径的分析164

3.6.1断裂模式（性质）的分析164

3.6.2断裂源位置的分析判断165

3.6.3断裂扩展方向的分析判别167

3.7断裂失效原因的分析168

3.7.1断裂失效原因分析的前提条件168

3.7.2断裂失效原因分析要点169

3.7.3断裂失效原因172

参考文献173

第四章环境介质作用下的失效分析175

4.1腐蚀的分类及其破坏形式176

4.1.1化学腐蚀176

4.1.2电化学腐蚀176

4.2金属表面腐蚀损伤分析与判断177

4.2.1金属表面腐蚀的原因177

4.2.2大气腐蚀179

4.2.3接触腐蚀180

4.2.4缝隙腐蚀181

4.2.5金属的热腐蚀182

4.2.6熔盐腐蚀损伤184

4.3金属腐蚀的形貌特征184

4.3.1腐蚀的表面形貌特征184

4.3.2点蚀的形貌特征185

4.3.3晶间腐蚀的形貌特征187

4.4.1应力腐蚀的条件189

4.4应力腐蚀断裂的分析与判断189

4.4.2应力腐蚀的特点192

4.4.3应力腐蚀的断口特征194

4.5氢致破断失效的分析和判断197

4.5.1氢脆的类型及特点197

4.5.2氢的来源198

4.5.3氢在金属中存在的形式与作用200

4.5.4氢脆的断口特征201

4.5.6氢脆与应力腐蚀断裂的比较204

4.5.5金属零件氢脆断裂失效性质判别204

4.6液态金属致脆206

4.6.1液态金属致脆的特点207

4.6.2液态金属致脆机制208

4.6.3发生液态金属致脆的主要途径210

4.7材料的环境行为211

参考文献213

第五章磨损失效分析215

5.1机械的表面特征216

5.2机械的表面接触218

5.2.1机械表面之间的实际接触情况218

5.2.2接触应力224

5.2.3影响接触应力的主要因素229

5.3磨损过程229

5.4粘着磨损231

5.4.1粘着磨损机理232

5.4.2粘着磨损的特点与分类233

5.4.3影响粘着磨损的因素234

5.5磨粒磨损236

5.5.1磨粒磨损过程与特征236

5.5.2影响磨粒磨损失效的主要因素238

5.6疲劳磨损239

5.6.1表面疲劳磨损的特点和形貌特征239

5.6.2影响疲劳磨损的因素240

5.7腐蚀磨损241

5.7.1氧化磨损242

5.7.2微动磨损242

5.7.3氢致磨损251

5.8磨损失效分析方法251

参考文献253

第六章非金属构件的失效分析254

6.1高分子材料的基本特性255

6.1.1材料与制件在结构上的不均匀性255

6.1.2非金属材料的粘弹性256

6.2非金属断口的成像显示技术256

6.3非金属构件失效的基本类型258

6.4直接加载下的瞬时断裂259

6.4.1脆性断裂260

6.4.2韧性断裂261

6.5.1非金属构件的疲劳断裂264

6.5疲劳断裂与蠕变断裂264

6.4.3韧—脆转变264

6.5.2蠕变断裂265

6.6环境应力开裂267

6.7磨损磨耗268

6.8非金属断口形貌269

6.8.1表面粗糙度269

6.8.2疲劳断口镜面区的疲劳条带272

6.8.3粗糙区“河流状”花样273

6.8.4断口表面粗糙度的周期性变化273

6.9高分子材料及构件的老化275

6.9.1老化的基本类型275

6.9.2水在老化中的作用279

6.10树脂基复合材料及其构件的失效分析280

6.10.1缺陷及损伤的检查与成像显示技术280

6.10.2树脂基复合材料失效的基本类型283

6.10.3单向层合板的失效284

6.10.4多向层合板的失效289

6.10.5静态与循环载荷下的异同点292

6.10.6复合材料失效分析的要点294

参考文献297

第七章电子元器件失效分析299

7.1电子元器件失效分析技术与方法299

7.1.1宏观光学观测分析技术300

7.1.2电性能测试分析技术300

7.1.3试验应力分析技术302

7.1.4金相分析技术305

7.1.5微观形貌观察检测分析技术307

7.1.6其他分析技术315

7.2电子元器件失效分析的几种主要方法316

7.2.1排除法316

7.2.2综合分析法317

7.2.3模拟验证法318

7.3 电子元器件失效分析基本程序与注意事项319

7.3.1电子元器件失效分析基本程序320

7.3.2电子元器件失效分析注意事项322

7.4电子元器件基本失效模式及其机理322

7.4.1半导体器件基本失效模式及机理323

7.4.2半导体器件几种典型失效模式及其机理331

7.4.3元件基本失效模式及机理350

7.4.4其他电子元器件失效模式及机理359

7.5电子元器件失效分析的几个基本特点362

7.5.1分析失效原因的多样性362

7.5.2失效机理的复杂性362

7.5.3失效模式的隐蔽性363

7.5.4失效分析手段的微观性364

7.6电子元器件失效分析发展动向和展望364

参考文献366

8.1断口定量分析在失效分析中的作用368

第八章疲劳断口的定量分析368

8.2疲劳断口定量分析的主要技术和方法369

8.3疲劳断口的几何特征及其物理意义371

8.3.1疲劳弧线371

8.3.2疲劳条带371

8.3.5疲劳瞬断区大小372

8.4疲劳弧线／条带间距的测定方法372

8.3.4临界裂纹长度372

8.3.3疲劳沟线372

8.4.1实体光学显微镜373

8.4.2扫描电子显微镜373

8.4.3透射电子显微镜复型374

8.5断口反推疲劳裂纹扩展寿命375

8.6断口反推原始疲劳质量384

8.7断口反推疲劳应力389

8.7.1利用疲劳裂纹扩展长度及瞬断区来推算390

疲劳应力390

8.7.2利用疲劳条带间距确定失效件的疲劳应力392

8.8疲劳断口反推的其他应用396

8.8.1断裂先后顺序判断396

8.8.2疲劳断裂性质的辅助判断399

8.9疲劳断口定量分析的发展401

参考文献403

第九章失效分析思路和方法405

9.1失效分析思路的基本内涵405

9.2机械失效过程及其原因的一些特点408

9.3思考途径的方向411

9.4几种典型的失效分析思路414

9.5失效分析方法论420

9.6失效分析的一般程序和要点429

9.7机械事故检查中肇事失效件的判断方法439

参考文献448

10.1历史上的事故致因理论和分析方法449

第十章失效致因理论和预防对策449

10.1.1多米诺骨牌理论450

10.1.2多重原因论（多因素论）和分支事件链451

10.1.3能量转移论452

10.1.4系统理论454

10.1.5轨迹交叉论457

10.1.6墨菲定理459

10.2事件链分析方法460

10.3.1材料失效的累积损伤致因论462

10.3产品失效致因论462

10.3.2材料失效的性能退化致因论464

10.3.3材料失效的复杂环境致因论467

10.3.4产品失效的原始缺陷致因论472

10.4管理失控的失效致因理论474

10.5失效起因链模型和失效起因链分析方法479

10.6预防产品失效的对策483

参考文献488