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失效分析技术方法痕迹分析技术裂纹分析技术断口分析技术失效评估基础XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY-1-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY对失效过程中表面或其他部位留下的痕迹特征进行分析、诊断、鉴别，找出其变化的过程和形成的原因，为失效分析提供线索和证据。这一分析技术在材料失效分析的最初阶段显得尤为重要，且贯穿于失效分析的始终。3.1痕迹与痕迹分析3.2痕迹分类3.3痕迹分析的内容3.4痕迹分析技术3.5痕迹分析的一般程序第3讲痕迹分析技术-2-3.1痕迹与痕迹分析XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01痕迹痕迹失效过程中，环境作用于系统，在系统“表面”留下的标记力、化学、电、磁、热、辐射等机电设备表面形貌（如花样）成分变化（或物质迁移）颜色变化表面组织表面性能表面残余应力表面污染状态-3-3.1痕迹与痕迹分析XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY02痕迹分析痕迹分析的作用为判断失效性质、破坏顺序和肇事失效件提供重要的线索为判断环境与失效件作用提供直接或间接地证据在生产制造、安装、调试、使用、维修等过程中作为检验加工质量的重要手段是表面科学的重要分支，为研究和提高材料表面性能提供重要的方向指导通过一定的检验方法来研究痕迹的共性与特殊性、形成过程及机制、造出造成痕迹的来源，成为寻找失效原因的重要途径。痕迹分析对失效过程中留下的痕迹进行诊断、鉴别，找出其形成过程和原因，为机械失效分析提供线索和证据-4-3.2痕迹分类XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY失效痕迹千变万化，不同的痕迹形成机制各异，因此痕迹分析会涉及到材料、无损检测、腐蚀、摩擦、压力加工、机械、力学、测试技术、数理统计等各个领域。这就要求我们对常见的痕迹分类及其特性有一个较为清楚地认识。分类机械接触痕迹腐蚀痕迹电侵蚀痕迹污染痕迹分离物痕迹热侵蚀痕迹加工痕迹接触部位（表面）在机械力的作用下留下的痕迹由于化学或电化学作用在接触部位（表面）留下的反应产物，表面材料损耗或基体材料变质。在电接触部位或放电部位留下的痕迹各种污染物附着在机械表面留下的痕迹在物理或化学的作用下从接触面上脱落下来的颗粒由于特殊温度场作用在表面留下的痕迹各种加工过程留下的痕迹-5-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹特点塑性变形、材料转移、断裂裂纹的起始点变形不均匀残留或分离产生应变疲劳压入性机械痕迹微动性机械痕迹撞击（冲击）性机械痕迹滑动性机械痕迹滚动性机械痕迹同一接触表面出现各种机械痕迹；不同构件留下相似类型的机械痕迹；机械痕迹的同时性和顺序性是分析机械破坏的重要线索和依据。3.2痕迹分类-6-钢球压铝平面可观察到实际接触点（微凸体接触）XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹3.2痕迹分类-7-确定发生事故(或故障)时机件之间相对工作位置的卡压痕迹；确定仪表指示位置的卡压痕迹；外来物的压入痕迹；反映解体顺序的机件压印痕。机件在工作中被卡死，往往先产生划痕，最后在产生压痕处卡死；飞机坠毁时，在机件上有可能只有压痕，也可能既有压痕又有划痕。残骸机件表面上既有凹陷变形又有贯通凹陷变形的连续划痕时，则划痕产生于凹陷变形之前。如果划痕出现于凹陷变形之后，则划痕通过机件表面的凸凹变形处会出现间断特征。重叠压痕先后顺序的判断，一般是后面的压痕覆盖前面的压痕；最后形成的压痕外形最完整(形象完整、边界范围清楚、特征变形小)；最早形成的压痕外形最不完整；小坑可以建立在大坑上，大坑则可以覆盖小坑。压入性机械痕迹XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹3.2痕迹分类-8-仪表残痕分析举例如果压痕或划痕是由指针在飞机坠地撞击时形成的，则认定指针痕迹的原则有以下两条：比划痕是以指针转轴为圆心的圆弧线；此压痕的延长线必通过指针的转轴。空速表残骸及表盘简化图XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹3.2痕迹分类-9-滑动性机械痕迹滑动性机械痕迹分为：①犁痕(即划痕)：包括犁皱痕迹、犁削痕迹和犁碎痕迹；②粘着痕迹；③摩擦疲劳痕迹。④摩擦腐蚀痕迹(复合型)。典型的磨料磨损形貌图XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹3.2痕迹分类-10-滑动性机械痕迹工具钢-销盘对磨（微片粘至对方）陶瓷颗粒刮铜的变形和刮屑高分子材料的磨损形貌XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹3.2痕迹分类-11-滑动性机械痕迹疲劳磨损形貌XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY01机械接触痕迹3.2痕迹分类-12-滑动性机械痕迹最常见的是犁痕，犁痕的判断，总的来说要从痕迹的起始、末端、沟边和沟底四个部位的宏观和微观特征去鉴别，尤其要重视细微形貌和材料转移特征的鉴别。1）犁痕方向的确定；2）一次性还是多次性的同类划痕；3）相交划痕的先后区分。划痕相交处的特征XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY犁沟划痕方向判断犁沟划痕末端的材料堆积01机械接触痕迹3.2痕迹分类滑动性机械痕迹-13-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY特点腐蚀条件、腐蚀产物、失效或失效的起始点环境具有相关性尺寸变化产生应力疲劳表面形貌变化物性或化学性质变化表面成分变化表面颜色变化表层结构变化腐蚀痕迹可有效地提供失效件与环境之间作用的证据，通过分析可以再现失效过程中环境对失效件的作用。变化特征02腐蚀痕迹3.2痕迹分类由于化学或电化学作用在接触部位（表面）留下的反应产物，表面材料损耗或基体材料变质。-14-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY特点污染物、污染环境、污染途径外来性与失效过程有相关性区分污染物与腐蚀产物加工过程中的污染特殊方法使用过程中的污染维护维修过程中的污染理化检验方法与失效件无物化作用外来性分析方法03污染痕迹3.2痕迹分类各种污染物附着在机械表面留下的痕迹-15-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY特点分离产生、痕迹的产物既可以是从表面分离，也可以是反应产物分离与失效过程有相关性分离过程分离物的产生过程与失效过程的关系分离物的形貌、成分、结构、颜色、物理化学性质等分离物的特种04分离物痕迹3.2痕迹分类在物理或化学的作用下从接触面上脱落下来的颗粒-16-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY特点温度变化、痕迹的产物过热、过烧、熔化表面颜色形貌的变化表层成分结构的变化表层金相组织的变化表层性能的变化特征热冲击、热磨损、低熔点元素的热污染05热损伤痕迹3.2痕迹分类由于特殊温度场作用在表面留下的痕迹如不锈钢从430℃-480℃开始变色，随温度升高，从黄褐色、谈蓝色、蓝色变为黑色，钛合全在350℃以上开始交黄，随温度升高，从黄色、谈蓝色、蓝色变为黄褐色、褐色。-17-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电侵蚀电接触部位、放电部位放电痕迹电接触痕迹机加工痕迹程热加工痕迹检验标记加工痕迹分清正常加工痕迹和非正常加工痕迹迹材料接触面痕迹粘着转移、脱落成为分离物、腐蚀产物、电侵蚀的飞溅或烧蚀、附着物（如污染物、吸附物）的转移。06电侵蚀、加工痕迹3.2痕迹分类在电接触部位或放电部位留下的痕迹各种加工过程留下的痕迹-18-3.3痕迹分析的内容XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY痕迹的形貌分析表面晶体结构分析表面成分和原子状态分析表面残余应力测定表面性能分析痕迹外观几何形状、尺寸印分布、色泽；痕迹区的金相组织形态对原子在表面点阵中的排列方式，点阵类型和结构，点阵应变和点缺陷等进行分析对表面物质进行原子组分、杂质探测、原子状态、结合状态和原子能带结沟等进行分析；表而的初始成分和状态，吸附元素的种类以及表面成分的变化情况等都是必不可少的实验数据资料宏观残余应力的幻定和微观残余应力的测定；残余应力的分布状态（例如残余应力离表面不同深度的分布）。表面性能是多种多样的，对于不同的痕迹及其失效特征，有针对性地分析有关的表面性能，如表面显微硬度、表面电阻、摩擦系数等等通过上述分析，有助于揭示表面失效的特征和原因，并为各种失效机制的分类提供最直观的实验依据。-19-04痕迹分析技术XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY感官检查技术宏观形貌拍摄技术金相检验技术微观形貌分析技术微区成分分析技术污染物分析技术腐蚀产物鉴定技术表面性能测试技术表面残余应力测定技术表面晶体结构和原子状态分析技术痕迹样品的制备和保存技术。-20-05痕迹分析的一般程序XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY寻找、发现、显现提取、固定、显现、记录、保存鉴定痕迹模拟再现试验综合分析结论及建议整机破坏顺序痕迹、零部件的外部痕迹、零部件之间的痕迹、污染物和分离物痕迹采用摄影、复印、制模、静电提取、AC法等提取固定痕迹，用干湿法均可提取残留物对痕迹特征进行针对性检验对于要求较高分分析过程，可以在同类型产品上验证分析痕迹形成条件、过程以及影响因素，痕迹的性质和来源。进而分析痕迹与失效的关系，寻找失效的原因痕迹本身分析结论，推理性结论，与失效相关性结论从起始点开始，全面收集，要有耐心和经验，保持原始状态。由简到繁，从宏观到微观，先定性后定量，依据形貌、成分、组织结构到性能的顺序-21-小结XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY痕迹分析在失效分析中的作用痕迹的分类痕迹分析的内容及分析技术痕迹分析的一般程序-22-