【正文】 機的一級渦輪葉片發(fā)生了斷裂。同時此型發(fā)動機沒有防 “飛轉 ”措施。發(fā)動機的非包容性破壞事故，蘇聯(lián)事故調(diào)查人員的結論是因我國使用不當而引起發(fā)動機包容性事故。在出現(xiàn)機械零、部件的失效和由于機械原因導致事故時，多是將失效件送國外或國內(nèi)其他系統(tǒng)的分析部門進行失效分析，但由于利益、責任問題和對民航的維護、使用特點的不了解，經(jīng)常得到不正確的結論。但由于技術人員不足和管理水平不高在 80年代未和 90年代初多次出現(xiàn)較嚴重的航空事故。粟牧懷　 、組織結構與性能間的關系。掌握材料化學成分、組織結構與性能之間的關系。所以要了解工程材料選用選用原則、要求，在學習、研究中增強目的性。工程材料的選用原則工程材料學的最終目的：四、提高失效抗力的方法（從材料角度）第 3節(jié) 采用局部復合強化，克服薄弱環(huán)節(jié)。細晶組織，盡量減少缺陷和內(nèi)應力。(三 )控制軋制鋼、銅、鋁。提高純度，如鋼鐵中 S、 P…(二 )微合金化后果一般不像斷裂失效和腐蝕失效那么嚴重，然而近年來卻發(fā)現(xiàn)一些來自磨損的災難性事故。 失效形式多，機理復雜，占較大比率。與周圍介質(zhì)發(fā)生 化學 或 電化學作用 。多屬高溫低應力沿晶蠕變斷裂。工程上疲勞斷裂約占失效總數(shù)的 80％以上。 (2)脆性斷裂失效： (二 )斷裂失效(1)塑性斷裂失效：斷裂前有一定塑料變形，一般是非災難性的。 三、失效類型(一 )變形失效因此對各種服役條件下的工件失效，應作具體分析，找出失效方式和失效抗力指標。 總之，工件失效的原因是復雜的，它是各種因素共同作用的結果。 （四）安裝 據(jù)文獻統(tǒng)計，在 260起壓力容器失效中，屬于操作不當而造成的失效竟占 74． 6％。如焊接時產(chǎn)生氣孔、未焊透、焊接裂紋等均會造成工件在使用過程中早期失效。分析認為，是由于彈簧在熱處理時加熱溫度過高引起淬火裂紋所致。2．熱處理 文獻報告表明，工模具失效大部分是熱處理不當造成的。磨削深度過大或冷卻不充分，使表面出現(xiàn)回火組織使表面硬度降低，甚至形成磨削裂紋；零件表面加工粗糙，造成應力集中。 (3)鍛造或軋制：鍛造工藝不當，會產(chǎn)生各種缺陷，如過熱、過燒、鍛造或軋制裂紋、流線分布不良及折疊等。 (1)冶煉：冶煉工藝較差，會使鋼中有較多的氧、氫、氮，并形成非金屬夾雜物，不僅使材料變脆，甚至還會成為疲勞源。失效分析表明，是由于選用錳碳比很低的 ASTMA283鋼，在低溫使用，導致儲油罐殼發(fā)生脆性斷裂。 德國阿連茲技術中心 (AZT)曾對 1200次蒸汽輪機電站失效原因進行統(tǒng)計分析，其中設計及結構引起的事故占 17． 5％，這說明了設計與失效之間的密切關系。 在未經(jīng)周密的計算，或構件形狀復雜，及很難進行應力計算時就從事設計，也將引起工件早期失效。 工件外形設計不合理或結構上存在問題，將引起應力集中。再者，還與使用環(huán)境等很多因素有關，可概括為四個方面：（一） 設計 應從強度計算、結構形式、選材、使用條件和環(huán)境的影響等多個 方面 周密考慮 安全使用壽命問題。如軋機支架：除剪切力、拉應力外，還有疲勞，過渡角等因素。所以必須分析失效原因，提出預防措施，這就發(fā)展了新學科 —— 失效分析學。但有些場合失效會造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至危及生命安全，如鍋爐材料，特別是航空航天、核工業(yè)、大型工程等。工程材料失效分析一、概念與意義 失效 ：工程上所使用的工件在使用過程中失去所規(guī)定的功能。第 2節(jié) 以典型的工程材料為例 ，學習材料（重點是金屬材料）所表現(xiàn)出的宏觀性能的內(nèi)在本質(zhì)，為提高材料性能、開發(fā)新材料、材料選擇、使用打基礎。不僅學習各種材料的分類、基本特性、制備方法、用途，而且學習材料性能與組成、組織結構、制備工藝之間的內(nèi)在聯(lián)系、作用機理。目前已建立起計算機化的各種材料性能數(shù)據(jù)庫和計算機輔助選材系統(tǒng)，并進一步向智能化方向發(fā)展 ,從而提高了工程技術的用材水平。由于電子計算機及應用技術的高度發(fā)展，使得人們可以按照指定的性能進行材料設計正逐步成為現(xiàn)實。7．材料的設計及選用計算機化現(xiàn)正在開展高壓力及沖擊波對材料性能影響的試驗研究，理論上預測氫在幾千萬大氣壓下將轉變?yōu)榻饘賾B(tài)，它在室溫時就具有超導性，它的實現(xiàn)還有待于高壓條件的創(chuàng)建。研究這些變化規(guī)律，將有利于改善材料性能和開發(fā)新材料。又如 WCu 熱沉材料。 一般材料顯然滿足不了這一要求。一般復合材料中分散相是均勻分布的，但在有些情況下，常常希望同一件材料兩側具有不同的功能，又希望兩側結合得完美，從而不至于在苛刻條件下因性能不匹配而發(fā)生破壞。近年來 功能梯度材料發(fā)展很快，其性能是原來的均質(zhì)材料和一般復合材料所不具備的，梯度功能材料將有巨大的應用潛力。從材料看，除了硅半導體外，化合物半導體受到越來越多的重視。功能材料是 90年代材料研究與生產(chǎn)中最活躍的領域。另外，非晶態(tài)的硅太陽能電池，光電轉換率可達 15％，有很大進一步實用化研究價值。由于驟冷，金屬中的合金元素 偏析程度降低，沒有晶界， 從而可提高合金化程度，而 不致產(chǎn)生脆性相 。金剛石薄膜可用于高速電子計算機的微芯片；高分子分離膜已在水處理、化工生產(chǎn)、高純物質(zhì)制備等方面獲得了應用；高溫超導薄膜將開辟超導技術的新領域。纖維結構材料是復合材料中的主要增強組分，它決定了復合材料的關鍵性能；纖維中的晶須，其強度和剛度可接近理論強度值；碳纖維、有機高分子纖維和陶瓷纖維均有廣闊的應用前景。有很大的比表面積和比表面能，熔點低，擴散速度快，燒結溫度下降，強度高而塑性好，具有良好的綜合性能。 3．低維材料正在擴大應用如玻璃樹脂基的第一代復合材料，碳纖維增強樹脂基的第二代復合材料，第三代復合材料則是正在發(fā)展的金屬基、陶瓷基及碳基復合材料。2．結構材料趨向于復合化 盡管金屬材料采用了一系列強韌化措施及發(fā)展了非金屬材料，如高分子材料和陶瓷材料 ,但由于單一材料存在難以克服的某些缺點，如脆性、彈性模量低、比強度不足等。例如，合金成分的物理冶金設計，微量元素的加入與控制，特殊組織結構的控制等，可大幅度提高材料的性能。這種材料與發(fā)展空間技術、核能、海洋開發(fā)等工業(yè)有著極其密切的關系。按照其基本成分分類見圖 1－ 1。 功能材料 以特殊的物理、化學性能為主 ,如那些要求有電、光、聲、磁、熱等功能和效應的材料。 如機器零件（軸承、彈簧等部件）、工模具、量具、工業(yè)加熱爐內(nèi)的構件、飛機發(fā)動機渦輪葉片、高分子材料中的粘結劑、防宇宙射線的宇航服（芳香族聚酰胺纖維）、鎳氫電池中的儲氫合金 ………… 工程材料按其性能特點分為結構材料和功能材料兩大類?！豆こ滩牧蠈W》第 1章 序 論第 1節(jié) 概述一、工程材料 什么是工程材料？印象中工程材料是哪類材料？是否聯(lián)想到：建筑工程、橋梁、企業(yè)建設所用到的材料？ 實際上工程材料的含義遠非如此， 凡與 工程 有關的材料均謂之 工程材料 。 結構材料 以力學性能為主 ,兼有一定的物理、化學性能。 總之，工程材料包括了與工農(nóng)業(yè)、國防尖端技術等各行各業(yè)有關的所有材料。二、新材料發(fā)展趨勢1．繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料 指具有高強度、高韌性、耐高溫、耐低溫、抗腐蝕、抗輻射等性能的材料。新材料是依靠新技術和新工藝發(fā)展的。面向 21世紀，金屬材料仍占主導地位。所以把不同的材料進行復合以得到優(yōu)于原組分性能的新材料，就成為結構材料發(fā)展的一個重要趨勢。復合材料在航空、航天工業(yè)和汽車工業(yè)中獲得了廣泛的應用，在化工設備和其它方面也有較多的應用。包括零維 (超微粒 )、一維 (纖維 )和二維薄膜材料，可用于作結構材料和功能材料。通過化學反應、氣相沉積等方法，可制出亞微米級和納米級 (1100mm)的金屬或陶瓷 粉末 。某些超微粒功能材料，可成為高效吸波材料。一維 材料最突出的是光導纖維，可用于作通信工程材料。二維 的薄膜材料發(fā)展迅速，金剛石薄膜和有機高分子薄膜十分誘人，高溫超導薄膜也尤為突出。4．非晶 (亞穩(wěn)態(tài) )材料日益受到重視70年代通過快冷技術 (106℃ ／ s)而獲得非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)合金材料。非晶態(tài)合金具有高強度、耐腐蝕等特點，某些非晶態(tài)鐵基合金具有很好的磁學性能，用作變壓器比硅鋼片的鐵損低 2／ 3。在工程應用中，通過 激光束表面處理 可在工件表面獲得非晶態(tài)，具有高耐磨性和耐蝕性。5．功能材料迅速發(fā)展 功能材料 是當代新技術中能源技術、空間技術、信息技術和計算機技術的物質(zhì)基礎。例如，由于超大容量信息通信網(wǎng)絡和超高計算機的發(fā)展，對集成電路的要求越來越高，促進集成度逐年增加。又如有關磁記錄和磁光記錄材料、高溫超導材料、光電轉換材料等都將有進一步的發(fā)展。航天飛機推進系統(tǒng)中超音速燃燒沖壓式發(fā)動機，燃燒氣體溫度超過2023℃ ；燃燒室壁另一側又要經(jīng)受作為燃料的液氫的冷卻作用，溫度為－200℃ 。于是，人們想到將金屬和陶瓷聯(lián)合起來使用，用陶瓷去對付高溫，用金屬來對付低溫。但是，用傳統(tǒng)的技術將金屬和陶瓷結合起來時，由于二者的界面熱力學特性匹配不好，在極大的熱應力下還是會遭到破壞。在陶瓷和金屬之間通過連續(xù)地控制內(nèi)部組成和微細結構的變化，使兩種材料之間不出現(xiàn)界面，從而使整體材料具有耐熱應力強度和機械強度也較好的新功能。6．特殊條件下應用的材料在低溫、高壓、高真空、高溫以及輻射條件下，材料的結構和組織將會轉變，并由此引起性能變化。例如，在高壓下的結構材料，由于原子間距離縮短，材料將由絕緣體轉變?yōu)閷щ婓w， Nb3Sn、 Nb3Ce和 Nb3Si等超導體均在高壓下合成。另外，對太空、深海洋等工程技術所用的材料也將繼續(xù)深入研究。通過電子計算機的應用以及量子力學、系統(tǒng)工程和統(tǒng)計學的運用，可以在微觀與宏觀相結合的基礎上進行材料設計和選用，使之最佳化。三、工程材料 學有些場合使用的零件失效不會造成很大的損失（彈簧）。 為什么本課程學習材料失效？二、失效原因失效原因并不是簡單的設計、計算問題。 設計中的錯誤主要表現(xiàn)為：設計中的過載荷、外形上的應力集中、焊接或裝配不當，沒有考慮使用條件和環(huán)境的影響等。如尖角、過渡角太小、凹槽和缺口布置或設計不當?shù)?。例如汽輪機葉片，由于設計不當，經(jīng)常發(fā)生共振損壞。 （二）選材 主要原因，如 ，引起大火，損失 850萬美元。 材料的生產(chǎn)經(jīng)冶煉、鑄造、鍛造、軋制等階段，這些過程中造成的缺陷往往會導致早期失效。 (2)鑄造：鑄造工藝不當，可產(chǎn)生鑄造缺陷；鑄件中由于碳化物、氮化物和硫化物等沿晶界的析出，會引起鑄件產(chǎn)生沿晶斷裂。 （三）加工 1．冷加工 加工工藝不當。例如某廠購進一批 DAL載重汽車，使用兩年后，約有 4％的發(fā)動機曲軸發(fā)生斷裂，經(jīng)分析，是由于加工質(zhì)量不符合規(guī)定而造成的早期失效。例如，天津機車車輛廠用 60Si2Mn鋼生產(chǎn)的熱成型彈簧，裝車使用后不久就產(chǎn)生了斷裂。3．焊接 焊接缺陷引起失效的例子也很多。另外，焊接所引起的殘余應力也會引起零件的早期失效。又如前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故是由于電站工作人員粗暴違反反應堆裝置的操作規(guī)程，導致了這場大災難。但每一失效事故，都有一個導致失效的主要原因。失效分析時應做到設計、材料、工藝相結合；結構強度與材料強度相結合；宏觀規(guī)律與微觀機理相結合；規(guī)律性試驗與生產(chǎn)實際相結合。彈性 變形、 塑性 變形、 蠕變 變形。突發(fā)性 。(3)疲勞斷裂：最終斷裂是 瞬時 的，因此 危害性較大 。(4)蠕變斷裂失效：最終斷裂是 瞬時 的。(三 )腐蝕失效 其中應力腐蝕、氫脆和腐蝕疲勞等是突發(fā)性失效，而點腐蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕和大部分均勻腐蝕失效不是突發(fā)性的。(四 )磨損失效磨損失效主要有： 粘著磨損、磨粒磨損、接觸疲勞磨損、微動磨損、氣蝕 等幾種失效形式(一 )冶金質(zhì)量問題微量雜質(zhì)元素對金屬材料性能影響很大。提高強韌性。(四 )強韌化工藝如板條狀位錯型馬氏體的應用、亞溫淬火、超細晶粒處理、形變熱處理和復合熱處理、超高溫淬火、碳化物的微細化處理、高碳鋼和滲碳鋼的短時加熱淬火等。(五 )采用局部復合強化例如中碳合金結構鋼淬火、低溫回火后滾壓；合金滲碳鋼經(jīng) CN共滲淬火、低溫回火后滾壓，都可提高其疲勞極限?！?提高材料的 使用性能 、 經(jīng)濟性 ，最終準確、合理地使用材料。一、使用性能能夠安全可靠工作所必備的性能第 3節(jié) 工程材料的選用原則二、工藝性能制備過程中各種工藝過程是否易實現(xiàn)第 4節(jié) 材料化學成分、組織結構與性能之間的關系化學成分： Fe－ A