金屬材料的失效形式及失效原因密切相關(guān)，失效形式是材料失效過程的表觀特征，可以通過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行觀察。而失效原因是導(dǎo)致構(gòu)件失效的物理化學(xué)機(jī)制，需要通過失效過程調(diào)研研究及對(duì)失效件的宏觀、微觀分析來診斷和論證。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，金屬制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技以及人們的生活各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，因此金屬材料的質(zhì)量應(yīng)更加值得關(guān)注。

失效模式:設(shè)計(jì)不當(dāng)，材料缺陷，鑄造缺陷，焊接缺陷，熱處理缺陷。

金屬材料失效機(jī)理將失效分為：斷裂失效；變形失效；磨損失效；腐蝕失效等四種類型。

（1）變形失效

所謂變形通常是機(jī)械構(gòu)件在外力作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象。從微觀上講是指金屬材料在外力作用下，其晶格產(chǎn)生畸變。若外力消除，晶格畸變亦消除時(shí)，這種變形為彈性變形；若外力消除，晶格不能恢復(fù)原樣，即畸變不能消除時(shí)，稱這種變形為塑性變形。變形失效是指機(jī)械構(gòu)件在使用過程中產(chǎn)生過量變形，即不能滿足原設(shè)計(jì)要求時(shí)變形量。一般情況下將變形失效分為彈性變形失效和塑性變形失效兩種。彈性變形失效將使機(jī)械構(gòu)件表面不留任何損傷痕跡，僅是金屬材料的彈性模量發(fā)生變化，而與機(jī)械構(gòu)件的尺寸和形狀無關(guān)；塑性變形失效將導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)件表面損傷，其機(jī)械構(gòu)件的形狀與尺寸均發(fā)生變化。

（2）磨損失效

磨損是摩擦作用下物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸分離出磨屑而不斷損傷的現(xiàn)象。

磨損失效是指由于磨損現(xiàn)象的發(fā)生使機(jī)械零部件不能達(dá)到原設(shè)計(jì)功效，即不能達(dá)到原設(shè)計(jì)水平。

磨損失效的類型有：①粘著磨損失效；②磨粒磨損失效；③腐蝕磨損失效；④變形磨損失效；⑤表面疲勞磨損失效；⑥沖擊磨損失效；⑦微振磨損失效等。

（3）斷裂失效

斷裂是指金屬或合金材料或機(jī)械產(chǎn)品在力的作用下分成若干部分的現(xiàn)象。它是個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程，包括裂紋的萌生及擴(kuò)展過程。斷裂失效是指機(jī)械構(gòu)件由于斷裂而引起的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品不能完成原設(shè)計(jì)的功能。

斷裂失效類型有如下幾種：①解理斷裂失效；②韌窩破斷失效；③準(zhǔn)解理斷裂失效；④疲勞斷裂失效；⑤蠕變斷裂失效；⑥應(yīng)力腐蝕斷裂失效；⑦沿晶斷裂失效；⑧液態(tài)或固態(tài)金屬脆性斷裂失效；⑨氫脆斷裂失效；⑩滑移分離失效等。

（4）腐蝕失效

腐蝕是指金屬或合金材料表面因發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的損傷現(xiàn)象。

金屬腐蝕雖然在酸洗、化學(xué)電源、電解加工、金相浸蝕等方面起著有益于人類的作用，但是它在國民經(jīng)濟(jì)上所造成的損失是相當(dāng)嚴(yán)重的。由于腐蝕作用是機(jī)械構(gòu)件喪失原設(shè)計(jì)功能的現(xiàn)象稱為腐蝕失效。腐蝕失效的類型有：①直接化學(xué)腐蝕失效；②電化學(xué)腐蝕失效；③點(diǎn)腐蝕失效；④局部腐蝕失效；⑤沿晶腐蝕失效；⑥選擇性腐蝕失效；⑦縫隙腐蝕失效；⑧生物腐蝕失效；⑨磨損腐蝕失效；⑩氫損傷失效；應(yīng)力腐蝕失效等。

常用手段

金屬材料微觀組織分析：

金相分析

X射線相結(jié)構(gòu)分析

表面殘余應(yīng)力分析

金屬材料晶粒度

成分分析：直讀光譜儀、X射線光電子能譜儀(XPS)、俄歇電子能譜儀(AES)等

物相分析：X射線衍射儀（XRD）

殘余應(yīng)力分析：x光應(yīng)力測定儀

機(jī)械性能分析：萬能試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度試驗(yàn)機(jī)等

金屬材料失效分析方法

為了取得更好的分析效果，失效分析除了要對(duì)產(chǎn)品使用背景做到精確了解，最主要是要輔以一系列其他的檢驗(yàn)方法，如無損檢測、機(jī)械性能試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、化學(xué)分析、X射線分析、斷裂韌性試驗(yàn)、電子能譜分析、模擬試驗(yàn)等。最后將上述分析和試驗(yàn)的結(jié)果與數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并提出改進(jìn)措施，寫出失效分析報(bào)告。

（1）原始資料的收集構(gòu)件服役前的全部經(jīng)歷，構(gòu)件的服役歷史和失效時(shí)的現(xiàn)場情況等。此外，還要從散落的失效殘骸或相關(guān)聯(lián)之樣品中選擇有分析價(jià)值的樣本。

（2）失效樣件的選擇與保存失效樣品是失效分析的第一手資料，是失效分析的依據(jù)，在失效發(fā)生后應(yīng)小心謹(jǐn)慎收集，妥為保存，切記避免污染。

（3）失效樣品分析在失效事故中，一般都要形成斷口、裂紋或其它外觀不良等，因此對(duì)不良部位的分析是失效分析的最重要的分析手段。斷口分析包括宏觀斷口觀察和微觀斷口分析。

（4）其它檢驗(yàn)分析為更好地獲得分析結(jié)果，除了對(duì)關(guān)鍵部位觀察分析之外，還必須進(jìn)行化學(xué)、力學(xué)、物理等試驗(yàn)分析。化學(xué)分析包括常規(guī)的、局部的、表面的和微區(qū)的化學(xué)分析;金相檢驗(yàn);結(jié)構(gòu)分析;模擬試驗(yàn),例如對(duì)溫度、介質(zhì)濃度等環(huán)境因素對(duì)失效的影響的模擬等。

（5）綜合分析失效分析進(jìn)行到一定階段，需要對(duì)從各種檢查和試驗(yàn)所獲得的結(jié)果和基本試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析研究。