【正文】 紅外分析儀等具有世界先進水平的設備，培養(yǎng)引進了具有博士、碩士及大學學歷具有高級、中級技術職稱的專業(yè)　技術人員開始開展失效分析工作。下面通過幾個實例來看失效分析在適航和維修中的作用。 我國的波音 747一 SP型飛機在 89年時出現(xiàn)了一次機翼前梁腹板的上緣處開裂事件，整個裂紋長達 660毫米。當時斷裂件送制造廠分析，結(jié)論是由于聲音而引起的疲勞裂紋。 2年后 ,在同型號的另一架飛機上的相同位置又發(fā)生了形狀完全相同長度更長的裂紋，送制造廠分析后結(jié)論相同，但適航部門感到這二次故障的現(xiàn)象十分相似，而且考慮到發(fā)生位置的危害性，利用剛剛成立安裝完的設備開展了分析工作。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)裂紋產(chǎn)生的位置是在機翼前緣上梁，并處于發(fā)動機前吊掛處。產(chǎn)生這種裂紋的主應力不是飛行中的應力，而是飛機著陸過程中由于重力引起的瞬間高應力。同時在裂紋起源處找到了產(chǎn)生應力集中的缺陷。整個裂紋上沒有聲音疲勞的斷裂特征。因此我們認為是因構件上有制造而產(chǎn)生的應力集中點，在著陸的載荷的作用下，引起了低循環(huán)疲勞斷裂。為了避免產(chǎn)生此類裂紋，應在結(jié)構設計上改進和避免制造過程中產(chǎn)生應力集中點。此結(jié)論得到波音公司的認可，并采取了必要的防止方法。在某航空公司所執(zhí)管的 BAe一 146飛機上多次發(fā)現(xiàn)輪轂內(nèi)的裂紋。該公司將轂送來希望能確定失效原因。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)在裂紋源區(qū)有較嚴重的晶間腐蝕現(xiàn)象。同時在內(nèi)表面漆層脫落的應力集中的尖角處也存在著程度不同的晶間腐蝕現(xiàn)象。分析后得出因有腐蝕介質(zhì)的流入而引起應力腐蝕疲勞開裂。在一般情況下，輪轂內(nèi)不應接觸到腐蝕性介質(zhì)。只有在清洗飛機或維護不當時可能產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的流入，在缺少漆層保護的應力集中處產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。因此需在維護上注意，避免產(chǎn)生上述現(xiàn)象。我國發(fā)生的 MD一 82飛機主起落架折斷事件，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)此起落架存在著較嚴重的不符合要求的粗大晶粒。分析認為是因缺少道墊處理工序而引起的粗大晶粒。這種粗大晶粒使起落架的抗疲勞性能下降，引起了疲勞斷裂。據(jù)此結(jié)論適航工程部門要求全面檢查，同時派一個工作小組與制造廠進行分析討論產(chǎn)生粗大晶粒的原因和防止方法。在討論中制造廠認為此事件與英國 AIRTOVRS公司所發(fā)生的事件相同，已有結(jié)論，即剎車過急加上節(jié)流閥原因而引起的。但由于我們已經(jīng)進行了詳細的分析，我們例舉了大量的斷口上的證據(jù)來說明與英國事件的不同性。斷口特點的形態(tài)及種種與英國事件的不同性均證實了缺少鍛造后的正火處理。經(jīng)反復討論及又進行了驗證試驗后，制造廠承認了我們的結(jié)論，并開始通過記錄查找原因。為什么會產(chǎn)生這種差錯；產(chǎn)生差錯的起落架有幾件，安裝在那架飛機上；研究這種缺陷對其疲勞性能會有多大影響等工作。并制定了可行的檢查方法，從而從根本上消除這種事故隱患。 近幾年我國使用的飛機多次發(fā)生電子艙、貨艙著火事件，其直接原因是因?qū)Ь€短路的火花而引起的。但適航部門已經(jīng)注意到了這種事件已構成重復性、多發(fā)性故障。并注意到它對航空安全的危害。為此適航部門進行了專項研究經(jīng)研究。發(fā)現(xiàn)機艙內(nèi)的隔音／隔熱墊的外包覆層不阻燃。為此適航部門頒發(fā)了適航管理文件要求各航空公司加強檢查，同時將此問題通報了 FAA，希望FAA協(xié)助徹底解決此問題。從以上幾個例子中可以看出，在使用中發(fā)生了不正常的失效件需對其進行深入的分析。因為任何一個失效件上都帶有大量的信息，它客觀地反映了失效的起始、發(fā)展、變化的全過程．通過對失效件的分析可準確地找出導致失效的原因及外部環(huán)境的影響因素，確定其薄弱環(huán)節(jié)，制定設計、制造、維護、使用中的改進措施，最終達到保證民用航空安全。失效分析結(jié)果反饋到相關部門后，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益及社會效益。二、民航總局適航中心的航空材料分析室成立及組成情況 1992年 9月 26日，民航總局批準由適航中心正式組建航空材料失效分析室（為了方便與航空 界的失 效分析部門聯(lián)系，現(xiàn)稱航空材料失效分析室）。航空材料失效分析室的職責負責民用航空器重要失效件的分析和研究；負責航空產(chǎn)品的失效預防研究；參與民用航空器事故和重大多發(fā)性故障的調(diào)查及分析；參與國內(nèi)外失效分析的合作與交流。航空材料失效分析室的人員狀況根據(jù)航空材料失效分析室的工作特點，需配備有豐富實踐經(jīng)驗技術全面的專業(yè)技術人員。到目前為止，共調(diào)人六名正式分析人員和一名特聘的失效分析專家（退休返聘），六名正式人員 分別具有大學或碩士或博士后學歷及高級或中級技術職稱；分別具有航空制造業(yè)的經(jīng)驗或航空維修業(yè)的經(jīng)驗；受聘于國家勞動部的安全評審專家組成員；受聘于民航總局事故調(diào)查員。航空材料失效分析室的設備在民航總局領導的關心下，在適航司和適航中心領導的幫助下，配置了一套失效分析最常用的分析儀器及設備。設備配置原則是基本分析設備要求全套并具有世界先進水平，特殊分析利用大專院?；蚩蒲袉挝坏脑O備進行。第 2章 鋼的 合金化 基礎為什么從鋼的合金化講起？鋼鐵是最常用最主要的工程材料，在所有金屬材料中人類對鋼鐵的研究時間最長，最深入，最系統(tǒng)。對所有金屬材料合金化的具有普遍意義。所有金屬、合金包括陶瓷材料在組織性能的改善以及性能的提高方面都可借鑒鋼鐵方面的一般規(guī)律和研究成果。重點在于建立鋼的成份－組織－性能關系的一般模型。一、鋼的合金化在鋼中加入合金元素，與鋼中的鐵、碳發(fā)生作用，改善組織結(jié)構和工藝性能，提高使用性能。二、為什么發(fā)展合金鋼？ 改善提高鋼的性能，彌補碳鋼的不足。如有些特殊條件下的使用要求：韌性、耐蝕、抗氧化、耐磨、高溫強度等，車削速度較高的刀具要求紅硬性，大尺寸零件要求高的淬透性 …這時碳鋼已不能滿足要求。鋼的合金化原理內(nèi)容相當廣泛，包括不同合金元素的不同作用，不同合金元素的交互作用，不同合金元素在不同熱處理工藝、 C含量、雜質(zhì)含量條件下的不同行為 …合金化基礎：合金元素與 Fe、 C的基本作用，一般規(guī)律，即共性。主要內(nèi)容分為以下 5個方面：1)鋼中合金元素及其分類。2)合金元素與鋼中鐵和碳的相互作用。3)鋼的強化。4)改善鋼的塑性與韌性的途徑。5)合金元素對鋼的相變和熱處理工藝性能的影響第一節(jié) 鋼中的合金元素及其與鐵和碳的相互作用一、鋼中合金元素的分類鋼中常加入的合金元素有：第二周期：硼、碳、氮；第三周期：鋁、硅；第四周期：鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銅；第五周期：鋯、鈮、鉬；第六周期：鎢；第七周期：稀土元素。硫、磷等元素通常作為有害元素看待，但有時也可當作合金元素 (如在易切削鋼中硫被用來改善切削性能 )。(一 )按照與鐵相互作用的特點分類 合金元素與鐵的相互作用主要是影響鐵的同素異構結(jié)構。Fe的同素異構轉(zhuǎn)變：奧氏體 (A)： C溶于 γ－ Fe，面心立方， C溶解度大；鐵素體 (F)： C溶于 α－ Fe，體心立方， C溶解度小。1)奧氏體形成元素 :如碳、氮、鎳、錳、銅、鈷等。穩(wěn)定和擴大 A區(qū)，優(yōu)先分 布于 A中。2)鐵素體形成元素 :如鉻、硅、釩、鈦、鉬、鎢、鈮、鉭、鋁、鋯等。穩(wěn)定和擴大 F區(qū)，優(yōu)先分布于 F中。但合金元素的實際分布還與加入量和熱處理條件有關。(二 )按照與碳相互作用的特點分類1)非碳化物形成元素：如鎳、銅、硅、鋁、磷等。 易溶入 F或 A中2)碳化物形成元素： 如鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等。 易與 C形成碳化物，但加入數(shù)量較少時也可溶入固溶體 或滲碳體(三 )按照對 A層錯能的影響分類1)提高 A層錯能的元素：如鎳、銅、碳等。2)降低 A層錯能的元素：如錳、鉻、釕、銥等。 A的層錯能低，利于位錯擴展 → 形成層錯 → 滑移困難 → 加工硬化趨勢增大二、鋼中合金元素的分布1．形成非金屬夾雜： 與鋼中的 O、 N、 S、 Si等結(jié)合形成化合物，殘留在鋼中。使塑性、韌性和疲勞強度的降低，還降低耐磨性、耐蝕性，并影響淬透性。其危害性與夾雜物的成分 (性能）、形狀、大小、數(shù)量和分布有關。但 AlN可彌散與鋼中，提高鋼的性能。2．溶入固溶體：溶于 F、 A和 M中。不同元素在不同的組織中溶解度不同。3．形成強化相：4．自由存在：某些合金元素如銀和鉛等，既不溶于鐵中基體中又不與之形成化合物，而以游離狀態(tài)存在于基體中。存在形式?jīng)Q定于？三、合金元素與鐵、碳的相互作用(一 )合金元素與鐵的相互作用按照 合金元素與鐵的相互作用所形成的二元 狀態(tài)圖 的不同形式，可將合金元素分為 兩大類 ：為什么有的合金元素擴大 γ 區(qū)，而有的縮小 γ 區(qū)呢 ? 取決于：點陣類型、原子尺寸、電子結(jié)構和電化學等因素合金元素含量高到形成 σ 相，合金將嚴重發(fā)脆。合金元素與鐵的相互作用的工程實際意義： 為了保證鋼具有良好的耐蝕性 (如不銹鋼 )，需要在室溫下獲得單一相組織，就是運用上述合金元素與鐵的相互作用規(guī)律，通過控制鋼中合金元素的種類和含量，使鋼在室溫條件下獲得單相奧氏體或鐵素體等單一組織來實現(xiàn)。 例如，為了獲得奧氏體型不銹鋼，通常向鋼中加人大量的 Ni、 Mn、 N等奧氏體形成元素；為獲得鐵素體型不銹鋼，通常向鋼中加入大量的 Cr、 Si、 A Mo、 Ti等鐵元素形成元素。 同時向鋼中加入兩類元素時，其作用往往相互抵消。但也有例外，如鉻是鐵素體形成元素，當鋼中含 wcr18% 與鎳同時加入時卻促進奧氏體的形成。(二 )合金元素與碳的相互作用 是形成碳化物，還是形成固溶體？ 取決于形成碳化物的趨勢及其含量。 xC＋ yM＝ MxCy△ G 非碳化物形成元素 ：如鎳、銅、硅、磷、鋁、鈷等。碳化物形成元素 ：如鈦、鈮、鋯、釩、鉬、鎢、鉻、錳等。 非碳化物形成元素易溶入鐵素體和奧氏體等固溶體中；而碳化物形成元素易于溶入碳化物中。如加入少量碳化物形成元素時，它也可以溶入固溶體中，或溶入滲碳體中形成合金滲碳體等，當加入數(shù)量較多時，形成特殊碳化物。 碳化物形成元素在周期表中都是 過渡族元素 （次 d層未排滿）：次 d層越不滿，形成碳化物的趨勢越強，碳化物越穩(wěn)定。 另外，熱處理方式 → 影響擴散條件 → 影響碳化物種類2.碳化物特性碳化物 是鋼中 最重要的強化相 → 提高強度、硬度 。碳素鋼、合金鋼 , 鎳基、鈷基等高溫合金中碳化物的強化作用都占有相當重要的地位。因此，應對碳化物的特性作進一步分析。根據(jù)合金鋼中常見的碳化物種類，主要有以下幾個方面特性：(1)硬度：碳化物具有 高硬度 ，其 形成碳化物的傾向性越強，其硬度越高 。如 TiC，硬度最高。(2) 穩(wěn)定性： 熔點、分解溫度、溶入固溶體難易穩(wěn)定性高 → 難以集聚長大、強化效果好 → 提高回火溫度、高溫使用性能提高回火溫度 ：使基體組織恢復充分，殘余 A少，碳化物彌散，鋼塑性、韌性、強度好。高溫使用 ：在溫度及應力長期作用下不易集聚長大 → 提高材料使用壽命。一般，形成碳化物能力越強的元素，碳化物熔點高，穩(wěn)定性亦大。 Fe3C→M 23C6→M 6C→MC 穩(wěn)定性升高。但碳化物穩(wěn)定，溶入 A的溫度高，自 M中分解出來的溫度亦高，使用鍛造 及熱處理方法改變碳化物相的分布狀況變得困難。穩(wěn)定性又指：碳化物和基體 (固溶體 )之間不易因原子擴散而發(fā)生 合金元素 的再分配 。許多碳化物形成元素同時也是有效的強化固溶體的元素 (如鉻、鉬、鎢等 )。故在經(jīng)過適當?shù)臒崽幚碇螅倘荏w和碳化物間應保持最佳的合金元素含量分配率，以保證高的綜合性能 (如強度與塑性，強度與耐蝕性 )。（ 3）溶解 碳化物具有一定的金屬特性，所以其成分不是很固定，而是常常以其分子式所代表的化合物為基底，固溶各種合金元素。如： Fe3C能溶解大量的合金元素。在回火最初階段所形成的 Fe3C，既有碳化物形成元素溶入，又有非碳化物形成元素溶入；只是在提高回火溫度或延長回火時間時，碳化物形成元素向 Fe3C中固溶越來越多，而非碳化物形成元素固溶越來越少。： 一方面 關系到所形成碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布，而所有這些都會直接影響到鋼的性能 ，如鋼的強度、硬度、耐磨性以及塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能；同時對鋼的 熱處理 亦有較大影響，如奧氏體化的溫度和時間、奧氏體晶粒長大等。另一方面 由于合金元素與碳有著不同的親和力，對相變過程中碳的擴散速度有較大影響；碳化物形成元素阻礙碳的擴散，降低碳原子的擴散速度；弱碳化物形成元素及大多數(shù)非碳化物形成元素則無此作用，甚至某些元素 (如鈷 )還有增大碳原子擴散的作用。因而，合金元素與碳的作用 對鋼的相變有重要的影響 。四、合金元素對奧氏體層錯能的影響(一 )合金元素的影響趨勢目前有關合金元素對奧氏體層錯能的影響規(guī)律尚不完全清楚。但對以下元素的影響趨勢看法一致：鎳、銅和碳提高 A層錯能，錳、鉻、釕和銥降低之。 (二 )奧氏體層錯能對鋼的力學性能影響 層錯能低 → 有利于位錯擴展和形成層錯 → 使橫滑移困難 → 鋼的加工硬化趨勢增大 。所以 A層錯能的高低將會直接 影響到奧氏體鋼的力學行為 。如：高鎳鋼和高錳鋼，雖然錳和鎳都是 A形成元素，單獨加入相當數(shù)量的鎳和錳都可使鋼在室溫下獲得單相 A，但卻發(fā)現(xiàn)鎳鋼易于變形加工；而錳鋼的冷變形性能很差，有很高的加工硬化趨勢與耐磨性。 (三 )奧氏體層錯能對鋼相變行為的影響A層錯能的高低，對 FeNiC合金中 M的形態(tài)有直接影響。通常， A層錯能越低越易于形成板條