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《金属材料失效分析》对一些金属材料失效案例进行了研究分析。简要介绍金属材料失效分析基础知识、失效分析检测技术及方法、金属材料失效分析案例。着重介绍了氨水槽、供热管道、消防水带、混凝土泵车、汽车转向拉杆、燃气输送管道、锅炉管、二沉池齿轮、卫生间淋浴器、风冷热泵冷（热）水机、散热器丝堵、满-液式水源热泵机组、空调等产品的失效形式、断裂形貌、组织结构特点、破损机制和分析手段等；通过对上述产品失效机制的分析和探讨，对相应产品失效程度控制的基本措施和手段提出了建议。

本书可供从事材料失效分析工作、表面工程技术等科研人员、高等院校相关专业的研究人员和师生参考和阅读。

第1部分　金属材料失效分析和检测技术

1　概述 002

1.1　材料失效分析的作用 002

1.2　材料失效分析的程序 003

1.3　材料失效分析的发展趋势 005

2　材料失效形式 009

2.1　材料的断裂 009

2.2　材料的磨损 011

　2.2.1　黏着磨损 013

　2.2.2　磨粒磨损 013

　2.2.3　疲劳磨损 015

2.3　材料的腐蚀 015

2.4　材料的变形 016

3　材料失效分析方法 018

3.1　断口分析 018

3.2　断口的准备和清理 019

3.3　断口分析技术 019

3.4　裂纹分析 020

3.5　痕迹分析 020

3.6　产物分析 021

4　检测技术——金相分析 022

4.1　金相显微镜 022

　4.1.1　光学显微镜的构造 022

　4.1.2　金相显微镜的基本原理和主要性能指标 023

4.2　光学显微镜的使用 026

5　检测技术——硬度分析 029

5.1　洛氏硬度计的构造 029

5.2　洛氏硬度测试法 030

6　检测技术——SEM分析 032

6.1　扫描电子显微镜的构造 032

6.2　扫描电子显微镜的使用 035

第2部分　金属材料失效分析案例

案例1　腐蚀失效 038

某工厂氨水槽在使用过程中发生泄漏 038

案例2　工艺不合理 043

某工厂供热管道在使用过程中发生开裂 043

案例3　脆性铁相 049

某企业消防水带接口在使用过程中发生断裂 049

案例4　上贝氏体 054

某建筑企业混凝土泵车的举升臂发生断裂 054

案例5　螺纹加工 060

某汽车转向拉杆发生断裂 060

案例6　铸造冷速过快 065

燃气输送管道断裂的失效分析 065

案例7　导热不均匀 069

某能源煤化公司锅炉管出现爆管 069

案例8　组织缺陷 074

某公司二沉池齿轮出现断裂现象 074

案例9　球状铅相 080

某住户房屋卫生间淋浴器的弯头对丝发生断裂 080

案例10　枝晶组织 084

某公司娱乐广场使用风冷热泵冷（热）水机组出现铜管开裂 084

案例11　Fe-Si杂质相 088

某公司散热器丝堵断裂造成漏水现象 088

案例12　应力腐蚀 093

某公司满-液式水源热泵机组蒸发器发生泄漏 093

案例13　晶间应力腐蚀 097

某公司空调波纹连接管发生泄漏 097

案例14　疲劳断裂 102

某公司氮氢气压缩机一级连杆螺栓断裂 102

案例15　变质处理 106

某公司油罐车放油阀断裂分析 106

案例16　铅相 110

某公司供暖用螺纹连接球阀发生断裂 110

案例17　晶间腐蚀 114

某学校教学楼护栏发生断裂 114

案例18　热处理不当 121

某公司使用的螺栓发生断裂 121

案例19　配合键失效 124

某农民使用收割机的柴油发动机发生故障 124

案例20　点蚀 128

某中央空调用钢管出现泄漏 128

附录　金属显微组织检验方法

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书摘插图

前言

材料失效分析早来源于机械零件的损坏或失效，是一门交叉、边缘、综合的新兴学科，与很多学科和技术交叉。所谓材料失效就是某些机械构件在复杂的服役环境下，构件的组织、结构的变化引起其尺寸、形状、性能发生变化，进而失去材料本身应有的功能，也可以称之为事故或者故障。失效分析就是利用先进的技术手段对失效零件的组织、结构、表面宏观痕迹、化学成分等方面进行诊断，主要包括观察过程、诊断过程、分析过程、预测或预防过程。失效分析对提高机械产品质量和确保机械构件安全运行发挥越来越大的作用，对高科技的飞快发展具有重要的现实意义。机械装备由于失效引起的损失在中外历史上是惊人的。据不完全统计，我国在近十年期间，农用喷雾器一项，每年因腐蚀报废1000万只，损失2.5亿元；矿山机械零部件由于早期失效造成的损失每年达10亿元。通过失效分析，找出造成机械装备失效的原因，采取改进措施，可防止重大事故的发生，提高产品质量，减少损失，产生相当可观的经济效益。

《金属材料失效分析》内容包括金属材料失效基础知识、失效分析检测技术及方法、金属材料失效分析案例和相关国家标准，主要讲解了多种金属材料失效形式、形貌、特点、破损机制、分析手段；各种失效形式包括机械力破损、腐蚀性破损和高温破损等；介绍了失效特征、失效机制、断口形貌、成分分析手段等。典型案例中主要介绍了钢铁合金、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等材料的失效分析。

本书是在笔者从事十多年金属材料失效分析基础上，结合该领域科研工作的研究成果而编写的。济南市工程质量与安全生产监督站袁国良工程师编写第1～3章，杨晓洁高级工程师编写第4～6章和第2部分的案例1～11、13、16、17、20，杨军工程师编写第2部分的案例12、14、15、18、19。全书由杨晓洁统稿。

特别感谢山东大学周英勤老师和吴东亭老师，山东建筑大学袁兴栋副教授，山东省产品质量检验研究院李守泉研究员、马洪涛研究员和崔岩、于晓阳、张勇亭、王振明、李杨，山东建筑大学的研究生王泽力以及其他给予指导和帮助的同仁，在此表示衷心的感谢。山东省产品质量检验研究院在金属材料构件失效分析领域有较强能力，多年来一直开展相关工作，具备了对金属材料的宏观、微观检测分析能力，能够系统地分析金属材料及机械零部件失效的原因。

谨以此书献给所有帮助、支持我们的社会各界和同行朋友，由于编者水平有限，虽经一再校阅，书中可能仍有疏漏之处，敬请读者提出宝贵意见和建议。

编　者

2018年4月