第一篇：常規失效分析流程

常規失效分析流程

1，接受上級或客戶不良品信息反饋及分析請求，并了解客戶相關信息。（指失效模式，參數值，客戶抱怨內容，型號，批號，失效率，所占比例等，與正常品相比不同之處）

2，記錄各項信息內容，以在長期記錄中形成信息庫，為今后的分析工作提供經驗值。

3，收信工藝信息，包括與此產品有關的生產過程中的人，機，料，法，環變動的情況（老員工，新員工，班次，人員當時的工作狀態，機臺狀況，工夾具，所采用的原材料，工藝參數的變動，環境溫濕度的變動等）

通常有：裝片機號，球焊機號，包封機號，后固化烘箱號，去飛邊機號，軟化線號，是否二次軟化，測試機臺，測試參數，料餅品種型號，引線條供應者及批號，金絲品種及型號，供應者等。

4，失效確認，可用自已的測試機檢測功能、開短路，以確認客戶反映情況是否屬實。

5，對于非開短路情況，如對于漏電流大的產品要徹底清洗（用冷熱純水或有機溶劑如丙酮）后再進行下述烘烤試驗：125度烘烤24小時或175度烘烤4小時以上，烘箱關電源后門打開45度角緩慢冷卻1小時后再測其功能，如功能變好，則極有可能是封裝或者測試問題，對封裝工藝要嚴查。

6，對于開短路情況，觀察開短路測試值是開路還是短路，還是芯片不良，如是開路或短路，則要注意是第幾腳開路或短路，待開帽后用萬用表測量該腳所連的金絲的壓區與腳之間的電阻，以判斷該腳球焊是否虛焊。

7,對于大芯片薄形封裝產品要注意所用材料（如料餅，導電膠）是否確當，產品失效是否與應力和濕氣有關（125度烘烤24小時或175度烘烤4小時以上，烘箱關電源后，門打開45度角緩慢冷卻1小時后再測其功能，如功能變好，則極有可能是封裝或者測試的問題，對封裝工藝要嚴查，如檢查去飛邊方式，浸酸時間等。）

8，80倍以上顯微鏡觀察產品外形特征，特別是樹脂休是否有破裂，裂縫，鼓泡膨脹。（注膠口，腳與腳之間樹脂體和導電物）

9，對所有失效樣品進行X-RAY檢查，觀察金絲情況，并和布線圖相比較，以判斷布線是否錯誤。如發現錯誤要加抽產品確認失效總數并及時反映相關信息給責任人。

10，C-SAM即SAT，觀察產品芯片分層情況

11，開帽：對于漏電流大的產品采用機械方式即干開帽形式，其它情況用強酸即濕開帽形式。切開剖面觀察金絲情況，及金球情況，表面鋁線是否受傷，芯片是否有裂縫，光刻是否不良,是否中測，芯片名是否與布線圖芯片名相符。對于開短路和用不導電膠裝片的產品要用萬用表檢測芯片地線和基島之間電阻檢查裝片是否有問題。對于密間距產品要測量鋁線寬度，確認所用材料（料餅，導電膠，金絲）是否確當開帽后應該再測試，根據結果進一步分析。

12，腐球：觀察壓區硅層是否破裂，嚴重氧化（用王水或氫氧化鈉或氫氧化鉀），腐球時注意要腐透（金絲徹底脫離芯片或溶化掉），不能用細針去硬撥金絲以免造成人為壓區損壞。

13，開帽時勿碰壞金絲及芯片，對于同一客戶，同型號，同擴散批，同樣類型的失效產品涉及3個組裝批的，任抽一批最后對開帽產品進行測試看是否會變好。以確認是否是封裝問題。

14，對開帽后漏電流偏大的可以使用微光顯微鏡檢查。

15，對開帽后的芯片最好用SEM仔細檢查有無如微小缺陷、氧化層穿孔等缺點。

16，失效分析主要依照：EOS、ESD、封裝缺陷、芯片缺陷、CMOS閂鎖、設計缺陷、可靠性（如水汽進入、沾污等）展開。

第二篇：LED失效分析流程

LED失效客訴分析流程及注意事項

一、樣品分析

1.1.接收客訴之確認：

1.1.1收到客訴單及客訴樣品后，首先根據客訴單號進行登記，根據客戶要求登記主要分類為：需8D格式回覆之客訴;需出分析報告(3D/5D格式)之客訴;客戶委託實驗等。

1.1.2 客訴處理人員須要求業務單位提供以下幾點資料內容：

1)被客訴批次產品出貨日期，數量;

2)客戶組裝成品用途，使用條件(如作用在單顆LED之電流為多少)，使用環境溫濕度;

3)被客訴產品詳細不良狀況描述;

4)被客訴品不良發生環境(如車間溫濕度或成品應用環境)，不良發生次序(如在進料檢驗時發現不良或過爐后發現不良等)，整體不良比例。

1.1.3客訴處理人員根據業務提供資料需確認以下幾點內容：

1)根據型號，出貨日期及數量確認該產品庫存狀況，在未收到客訴不良樣品之前，可能需要拿庫存同批次產品來進行模擬不良實驗或其他相關信賴性實驗;(一般由產品LOT號來確認)

2)查詢IPQC關于不良批次生產時的相關檢驗記錄或數據(如，推拉力記錄，相關量測圖片等)，查詢FQC檢驗記錄，確認不良批次在出貨前檢驗時是否有發生異常(FQC電性檢測記錄表);

3)確認發生不良產品所用支架(深杯或淺杯)，金線規格，晶片型號，再根據客戶提供不良狀況描述來推斷問題可能出現在哪裡，提早做好分析準備。(需要經驗積累)

1.2.接收樣品之確認：

1.2.1接收到客訴樣品后，首先需進行拍照，然后再打開包裝袋進行樣品確認。

Fig1: 客戶提供不良模組之圖片或實物Fig2: 客戶提供樣品一般會標記不良現象

備註：分析前要預留1到2顆樣品，可能需要提供給第叁方進行分析(如供應商)。

1.2.2首先觀察客戶所提供不良樣品之外觀，具體項目如下：

a.觀察LED之pin是否有剪腳、彎腳及沾錫、使用過;

b.觀察(于CCD高倍顯微鏡下)LED膠體是否有明顯的破損破裂現象，再對不良樣品進行拍照確認;

c.將客煺不良樣品重新于產線進行測試，確認機臺是否能將其剔除。

Fig3: 客戶提供樣品外觀確認Fig4: 必要時在DCC顯微鏡下進行觀察

1.2.3電性確認：

將客戶所煺回之電性不良樣品，于我司測試室使用相關電性測試儀對樣品進行電性測試，〔測試項目：VF(順向電壓)、IV(亮度)、IR(逆向電流)、λd(波長)，針對白光須測X.Y軸(VF-IF曲線圖)以確認不良初步現象是否與客戶描述不良相一致。若一致，進行下一步驟的分析;若不一致則需向客戶確認或在報告中告知客戶實際不良現象。

Fig.5電性測試表格

備註：電性部分在報告中要有完整的測試項目格式，如某項測試不出或有其他異常需詳細標註。(如時亮時不亮，無VF或VF無限大等)

1.3接收客訴樣品之分析：

1.3.1外觀確認完畢后，首先對樣品內部結構進行觀察，主要是碗杯內部(晶片、銀膠、金線、金球)及支架金線焊接部位(2焊點)。LED頂部膠體為橢圓型或其他形狀無法清楚觀察到碗杯內部結構時(如LAMP/食人魚/TOP LENS產品)需對頂部膠體用打磨機進行打磨處理，打磨平整后再進行觀察。(小提示：打磨后在頂部涂上一層透明油類物質，在顯微鏡下會觀察更清晰。)

Fig6: 橢圓頭磨平頂部后再涂點透明油類物質，可清晰觀察內部

備註：觀察重點在于晶片部位是否有彩虹現象，2焊點魚尾部分是否有彩虹及膠裂現象。若未發現明顯異常可能需要考慮側面打磨，對銀膠進行分析。

1.3.2 Tg點測試：

以所煺回之樣品中抽取1-2PCS(示樣品數而定)交可靠度實驗室進行膠體TG點測試，觀察TG點曲線是否正常，不同類型LED對應的TG點溫度是否達到。(目的：當環氧樹脂的封裝達到玻璃轉移溫度(Tg)時，樹脂會很快速的膨脹，在半導體和焊點接觸的位置產生機械應力來弱化或扯斷它，而在非常低的溫度時則會讓封裝產生裂痕。)

Fig7: DSC異常曲線圖

1.3.3紅墨水滲透試驗：

將LED(主要是LAMP/食人魚產品)不良樣品進行紅墨水滲透試驗(條件：沸騰100℃/5-10分鐘，設備：加熱器)后，于清水下進行清洗，晾干，再觀察其樣品膠體內部是否有紅墨水滲透現象，若有則需于CCD高倍顯微鏡下將其內部滲透情況拍下圖片，以利客訴分析。(目的：測試外部EPOXY與支架結合程度)

Fig8:紅墨水

備註：紅墨水實驗一般在確認膠裂造成異常時適用。切需注意如果客戶自行拆卸后的單顆LED再做滲透試驗完全無意義了，因為取LED時經過2次焊接或外力作用，肯定會滲透了。

1.3.4溶膠解剖分析：(這點以我司一般分解方式為例，可能不夠完善，僅供參考)

a.將LED放入硫酸中溶解，主要適用于溶解A/B環氧樹脂膠體，如LAMP/食人魚LED產品。加熱可以加速溶解，一般溶膠時間需10~15min;

b.將LED放入藍藥水中加熱溶解，主要適用于溶解貼片類封裝產品及貼片產品，如TOP/SMD及大功率LED產品或硅膠產品。藍藥水溶膠速度較慢，大概需要30min~1h或者更久。

Fig9:硫酸用于溶解環氧樹脂膠體Fig10: 藍藥水教適用于溶解硅膠膠體

注意：溶膠時要不時的進行觀察，溶膠不完全會阻礙進一步的分析，溶膠過久一無所有。(一般溶解10min后用清水清洗后觀察是否可以清楚的看到內部晶片，再確定是否繼續溶解)。

溶膠后用清水進行清洗(去除碗杯內部膠體碳化物)，然后放置于烤箱中(80℃以下)烘烤約5min(去除碗杯內水分)取出置于CCD高倍顯微鏡或金像顯微鏡下觀察，觀察項目一般為：焊線弧度、焊點位置及形狀、固晶位置及銀膠量、晶片表面、晶片與銀膠、銀膠與支架接合處是否有異常;如其均無上述不良異常時，則將其樣品進行拉力測試(同時記錄拉力數值)，確認其拉力是否符合拉力規格(1.0mil金線，拉力min=5g;1.25mil金線，拉力min=9g)，如拉力測試后，其拉力大于5g或9g以上時(實際操作上一般可以用鑷子輕觸金線或輕挑金線C與D間任一點)，但其不良表現為以下任何一種現象(金線A、E點脫;晶片于銀膠脫、銀膠于支架碗杯脫)時，將均確認為NG品(此均不符合固、焊檢驗規范)。

備註：開蓋其實分兩個步驟，首先是開蓋到露出金線后的分析，另外是開到晶片表面的分析。

二、不良分析之總結與結論： 2.1不良分析總結：

根據上述接收客訴之確認與分析，我們在每一步驟的確認和分析當中都可以找出或排除造成LED失效的相關因素。總結出分析中各個步驟出現異常的現象加以分析匯總，就可以判定出LED失效之根本塬因是什么。(如客戶提出LED死燈失效，在確認樣品時發現2焊點處有膠裂，開蓋后2焊點斷開，就可以判定出異常為2焊點斷導致開路造成的LED不亮死燈。)

2.2不良分析之結論：

不良分析之結論的目的是告知客戶為何會發生不良分析中的現象而導致LED失效，確認客訴之責任歸屬。通過不良分析的總結，可以透過異常現象判定出LED失效之真因，但由于影響LED性能之因素過多，LED失效塬因比較復雜，在告知客戶為何會產生分析中發現的異常現象時要慎重，需要分析我司從投料，生產到最后的檢驗出貨的每一個步驟及客戶的使用方法儲存環境中有哪些因素會導致分析中異常現象的產生。可以運用魚骨圖分析法匯總可能之因素加以分析，排除不可能之因素，找出其真正的或最可能之塬因，分清各方責任后，告知客戶，以令客戶滿意。

2.3還塬不良現象之實驗

為了進一步向客戶證實整個分析過程及所下結論，可以進行一次不良再現的實驗，具體操作一般是取庫存同型號產品(與客訴樣品同一LOT，同一Bin code更具說服力)按照分析結論中提出異常之塬因進行模擬實驗，最終使模擬實驗與客戶投訴現象一致。

不良再現實驗不適用所有客訴，一些長期因素造成的LED失效可以以我司相關ORT實驗(信賴性或破壞性實驗)資料進行證實。且務必確保最終實驗結果與客訴現象的一致。

叁、緊急對策及改善對策：

3.1緊急對策：

緊急對策一般是指收到客戶投訴之后經過初步的確認，預見其異常產生之塬因后，立即回覆給客戶或我司產銷部門的一個應急處理方案。以避免在分析的時間內對客戶造成更多的損失或對我司產銷方面造成影響。

緊急對策中要告知客戶出現異常后下一步的對策，比如請客戶暫停生產，或者替換不良LED等;同時要通知我司產銷部門了解此次客戶投訴之明細，必要時召開客訴緊急會議，預見性提出緊急應對措施，如產線暫停生產同型號產品或庫存同型號產品的緊急封存。

3.2改善措施：

改善措施一般是指在完全的處理分析完客訴之后，根據產生不良之塬因提出的一套合適的具體的全面的改善方案，目的是避免類似客戶投訴的再次發生。也叫永久糾正措施。改善措施一般包括給客戶的改善建議(如對客戶使用及存儲LED方法的建議)及我司因為客戶投訴而需要做出的永久糾正措施(如從製程上改善，從抽檢上改善等)。一般需要我司各相關部門進行與會討論后得出一套系統全面的整改措施，且規定出具體相關負責人及相關措施完成日期。

改善措施執行后，品保部門需要進行追蹤確認及核查，確保改善措施的落實及永久執行。

四、客訴分析注意事項：

4.1處理客訴時務必要實事求是，不可欺瞞客戶，發現自身問題要及時改正，切實執行相關改善措施，這樣才可取得客戶長期信任;

4.2 對接收客訴樣品確認時，首先要確認是否為我司生產之產品;

4.3 客訴分析的每一個步驟都需拍照證實或以相關資料數據證實;

4.4 分析客訴時首先確認客戶名稱及不良樣品所用晶片之型號，有利于客訴分析;

4.5了解晶片、封裝及組裝模組之基礎知識，了解產線製程常見異常，有利于客訴分析;

4.6了解以往客訴案例，主要客戶常投訴之機種，各機種常見投訴不良項目，有利于客訴分析;對于IR異常的分析需特別注意，需多方面考慮分析;

4.7在客訴分析總結時要向客戶告知失效產品是偶然發生，極少數發生，還是批量發生或者整體發生不良。

4.8客訴分析人員一定要有品質意識，督導相關部門嚴格執行客訴后之改善措施，務必確保改善措施之永久執行。

五、其他：

5.1當經過一系列的分析過后，確認最終責任可能涉及到我司的塬物料供應商時(如支架，模粒，晶片本身質量問題導致客訴產生)，需SQE(供貨商管理工程師)反饋給供應商，提供相關不良樣品于供應商進行分析，確認最終責任歸屬。SQE要及時的追蹤及確認供應商分析之進展，要求其進行書面或口頭的回覆，確認是供應商之問題時要監督其改善措施的持續有效執行。

5.2LED一般電性失效塬因總結：

a.VF-high//VF不穩定/開路：LED內部整個電路循環結構有一處或多處出現斷開，接觸不良或接觸不緊密現象;主要是2焊點脫，D點斷或者銀膠松動，或晶片本身碎裂等，造成異常塬因主要可能是，作用的外應力過大，LED膠水問題，焊線參數問題造成的內應力過大等;

b.IR過大/短路：LED由于某種異常導致LED內部電路短路或反向電流過大;主要是ESD(靜電擊穿)，EOS(過度電性應力)，金線塌線，銀膠爬到晶片表面，晶片表面存在其它導電雜質，或晶片本身問題等;

5.3LED防范失效注意點：

A.特別需注意反向電流(IR)，因為一般LED出現異常先表現為IR過大，再經過逐步點亮使用后出現死燈現象，所以需注意靜電防護，大電流/大電壓衝擊的防護等;同時廠內一定要做好防護措施，防止IR過大產品留出公司。都是隱患。

B.產品出給客戶，一定要在產品規格書中告知客戶詳細的使用注意事項，必要時可以針對某方面對不是很了解LED封裝的客戶進行培訓，以降低客戶端使用造成的異常;

C.除去客戶端本身使用不當造成的異常，封裝廠本身出現異常的絕大部分因素在于人，在于人員管理，人員技能培訓(製程OK情況下)。所以要把一線作業員的培訓放在首位。

出現客戶投訴分析起來可能比較簡單，但是最終的處理仍然是比較頭痛的事情，因為客戶不愿意承認自身問題，供應商不愿意承認自身問題，而我們自身更不愿意承認。

所以我們在把報告做的完美，做的具有說服力的前提下，還是以預防同樣客訴的再發生為主的。

同時希望大家可以把客戶投訴當作最珍貴的禮物，沒有客戶投訴我們完全不知道我們的製程我們的運作哪裡出了問題。沒有投訴我們完全不會進步。所以“抱怨是金，歡迎來搞”。

第三篇：失效分析心得體會

失效分析與無損檢測技術綜合應用

心 得 體 會

11級檢測技術及應用

11802205

薛星 2013年5月30日

尊敬的馬老師：

您好！我是11級檢測技術及應用的班長薛星。通過這次的講座，使我受益匪淺。您給我們針對CR技術、失效分析和無損檢測的新技術進行了一一的講解，讓我們對我們的專業有了進一步的認識，也對本專業的發展有了深入了解。

CR技術(Computed Radiography；Computed Radiology)，是一種數字化的新的非膠片射線照相檢驗技術。目前，它采用貯存熒光成像板(Storage Phosphor Imaging Plate)完成射線照相檢驗。

采用貯存熒光成像板的CR技術，是基于某些熒光發射物質，具有保留潛在圖像信息的能力。這些熒光物質受到射線照射時，在較高能帶俘獲的電子形成光激發射熒光中心(PLC)。采用激光激發時，光激發射熒光中心的電子將返回它們初始能級，并以發射可見光的形式輸出能量。這種光發射與原來接收的射線劑量成比例。這樣，當激光束掃描貯存熒光成像板時，就可將射線照相圖像轉化為可見的圖像

無損檢測新技術有激光超聲檢測方法、激光（錯位）散斑檢測方法、紅外熱像檢測方法、微波檢測技術、超聲波時差衍射技術、金屬磁記憶檢測技術、數字射線成像技術、遠場渦流檢測技術等。其中紅外熱像檢測對蜂窩積水問題的應用較多。

本次的講座讓我們對無損檢測的發展前景充滿了信心，隨著社會的發展，無損檢測技術的應用也隨之增多。講座針對無損檢測技術、設備和應用都做了講解，使我們對無損檢測從理論到應用都有了深入了解。相信通過我們的認真學習，一定會在無損檢測技術中提高理論和實踐的只是和技能。近年來,隨著軍事工業和航空航天工業中各種高性能的復合材料、陶瓷材料的應用,微波無損檢測的理論、技術和硬件系統都有了長足的進步,從而大大推動了無損檢測技術的發展。

第四篇：金屬材料失效分析

金屬材料失效分析

★★★★★微譜檢測：中國權威檢測機構★★★★★

----------專業進行金屬材料失效分析

微譜檢測是國內最專業的未知物剖析技術服務機構，擁有最權威的圖譜解析數據庫，掌握最頂尖的未知物剖析技術，建設了國內一流的分析測試實驗室。首創未知物剖析，成分分析，配方分析等檢測技術，是未知物剖析技術領域的第一品牌！

上海微譜化工檢測技術有限公司，是一家專業從事材料分析檢測技術服務的機構，面向社會各業提供各類材料樣品剖析、配方分析、化工品檢驗檢測、單晶硅純度檢測及相關油品測試服務。

本公司由高校科研院所教授博士領銜、多個專業領域專家所組成的技術團隊具有長期從事材料分析測試的經驗，技術水平和能力屬國內一流。通過綜合性的分離和檢測手段對未知物進行定性鑒定與定量分析，為科研及生產中調整配方、新產品研發、改進生產工藝提供科學依據。

微譜檢測與同濟大學聯合建立微譜實驗室，完全按照CNAS國家認可委的要求建設，通過CMA國家計量認證，并依據CNAS-CL01：2006、CNAS-CL10和《實驗室資質認定評審準則》進行管理，微譜實驗室出具的檢測數據均能溯源到中國國家計量基準。

微譜檢測的分析技術服務遍布化工行業，從原材料鑒定、化工產品配方分析，到產品生產中的工業問題診斷、產品應用環節的失效分析、產品可靠性測試，微譜檢測都可以提供最專業的分析技術服務。

微譜檢測深耕于未知物剖析技術領域內的創新，以振興民族化工材料產業為己任！

微譜檢測可以提供塑料制品，橡膠制品，涂料，膠粘劑，金屬加工助劑，清洗劑，切削液，油墨，各種添加劑，塑料，橡膠加工改性助劑，水泥助磨劑，助焊劑，紡織助劑，表面活性劑，化肥，農藥，化妝品，建筑用化學品等產品的成分分析，配方分析，工藝診斷服務。

微譜檢測是國內最大的未知物剖析服務機構，專業提供金屬材料失效分析、檢測服務，技術實力在國內首屈一指。

目前，常可進行的金屬材料失效分析項目包括：鋼材類（碳鋼、低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、工具鋼、粉末冶金鋼材）；其他金屬材料（鐵、鋁合金、銅合金、鎳合金、鈦合金、鋅合金、電鍍材料、礦物、礦物渣等等。微譜檢測中心配備當下最先進的現代分析測試儀器，可進行包括力、熱、電、光、物理、化學、無損探傷等在內的金屬材料失效分析。可幫助企業進行金屬加工工藝、材質等級判定、金屬元素測試分析等方面的指導，改進其產品質量、性能，提高企業在業界的競爭力。

微譜檢測---國內首創成分分析，最大的未知物剖析服務機構。

本公司提供分析，測試，檢驗，化驗，檢測服務，可根據客戶要求定性定量。可分析測試的樣品包括：

1、各種未知物：未知固體，未知粉末，未知液體等

2、有機溶劑： 混合溶劑的成分分析，分離，定性定量；純溶劑的性能檢測，電子、紡織、印刷行業用溶劑，油漆稀釋劑，天那水，脫漆劑。

3、各種金屬材料

4、光亮劑，殺蟲劑，制冷劑，空氣清新劑，脫模劑，氣霧劑

5、各種助劑：乳化劑、潤濕分散劑、消泡劑，潤滑劑，增塑劑，阻燃劑，抗燃劑，穩定劑；電子行業（助焊劑）、紡織行業、涂料、塑料加工行業所用的助劑；電鍍液（鋅、銅、鉻、鎳、貴重金屬）助劑分析

6、塑料和橡膠行業助劑：增塑劑、抗氧劑、阻燃劑、光和熱穩定劑、發泡劑、填充劑、抗靜電劑等

7、紡織、皮革助劑分析：柔軟劑、勻染劑、整理劑等

8、油墨分析：墨水、感光油墨、UV油墨等

9、化妝品：洗發、護發用品、護膚用品、美容用品、口腔衛生制品等 10 水處理劑分析：緩蝕劑、混凝劑和絮凝劑、阻垢劑，沉淀劑等洗滌劑分析：民用和工業用清洗劑高分子材料的性能檢測，失效分析工業故障分析診斷，提供解決方案，工藝失效模式分析藥物的結構確認化工品中有毒物質的成分及含量檢測石油化學品分析：潤滑油、切削液，燃料油，表面處理劑等

第五篇：材料失效分析論文

材料的疲勞斷裂失效與預防

摘要:本文從材料疲勞斷裂的研究發展，破壞特點及斷口分析材料疲勞斷裂的原因，并介紹材料疲勞斷裂的預防。

關鍵詞： 疲勞斷裂 斷口 預防

前言

作為科技支柱之一的材料技術的發展直接關系到國家經濟、科技的發展水平，材料失效問題普遍存在于各類材料中，它直接影響著產品的質量，關系到企業的信譽和生存。材料失效分析的建立是發達國家工業革命的一個重要起點，材料的失效分析和預測預防工作在經濟發展中占有十分重要的地位，對于材料失效問題的判斷和解決能力，代表了一個國家的科學技術發展水平和管理水平。磨損、腐蝕和斷裂是材料失效的3種主要形式。材料的疲勞斷裂失效的研究和發展

材料的疲勞與斷裂研究試圖尋找材料宏觀疲勞斷裂行為與微觀組織形貌的關系。試圖探求材料疲勞與斷裂的微觀機制。

金屬(非金屬)材料在應力或應變的反復作用下所發生的性能變化叫疲勞；雖然在一般情況下，這個術語特指那些導致開裂或破壞的性能變化。

機械構件由于材料疲勞損傷導致的斷裂往往沒有明顯的征兆，因此經常引起巨大的災難性事故，造成人民生命財產損失。因此各個先進的工業化國家都非常重視疲勞與斷裂的研究。

材料疲勞與斷裂的研究經歷了幾個階段。目前，人們已經認識到在循環載荷作用下，金屬多晶材料的許多晶粒內部會出現滑移帶。這些滑移帶會在疲勞形變中繼續變化，并導致形成裂紋，而試樣的突然破壞是由某條起主導作用的裂紋向前擴展造成的。現在，人們可以較好的定量描述裂紋擴展的速率，但是，用材料顯微組織的特性可靠的預測其宏觀的疲勞斷裂性能，還有大量的極具挑戰性的工作需要開展，特別是在新材料迅猛發展的時代。

雖然恒定循環應力幅作用下的疲勞破壞是疲勞基本研究的主要內容，但由于工程應用中的服役條件不可避免的含有變幅載荷譜，苛刻環境，低溫或高溫及多軸應力狀態，因此建立能夠處理這些復雜服役條件下的可靠壽命預測模型是疲勞研究中最棘手的挑戰之一。材料疲勞與斷裂的研究是材料科學與工程研究領域中的一個重要分支。

疲勞破壞的特點

盡管疲勞載荷有各種類型，但它們都有一些共同的特點。第一，斷裂時并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的 預兆，而是突然地破壞。

第二，引起疲勞斷裂的應力很低，常常低于靜載時的屈服強 度。

第三，疲勞破壞能清楚地顯示出裂紋的發生、擴展和最后斷裂三個組成部份。

疲勞斷裂斷口組成

(1)疲勞源：由于材料質量缺陷、加工缺陷等原因，使得零件局部地區應力集中，這些區域即為疲勞裂紋產生之處，成為疲勞源。零件表面的裂紋源多是表面上有油孔、過渡圓角、臺階、粗大刀痕等應力集中處在交變應力作用下形成的微裂紋；零件近表面材料內部由于冶煉和冷、熱加工的缺陷、晶體滑移和晶界缺陷等在交變應力作用下產生的微型紋。

(2)裂紋擴展區：裂紋產生之后，隨著應力循環周期增加，裂紋逐漸擴展成貝殼狀或光滑狀條紋，即為疲勞輝紋。由于載荷的間斷和改變，裂紋時而擴展，時而停滯。零件裂開處的兩個面時而閉合，時而分開，以致在兩個斷面上形成“貝紋狀”弧線。這種弧線就叫疲勞裂紋前沿線，其大小與工作應力有關，工作應力小，裂紋壽命長，斷口大。

(3)最后斷裂區域：或稱脆斷區，由于疲勞裂紋的擴展，使得零件的有效斷面越來越小，應力逐步增加，當最終超過材料強度極限時，零件瞬間突然斷裂，斷口晶粒較粗大，與發暗的裂紋擴展區明顯不同。脆性材料呈結晶狀斷口；塑性材料呈纖維狀，斷口呈灰色。

疲勞斷裂斷口分析

疲勞斷口上的三個區域的狀況與零件工作時的載荷、應力狀態、零件材料性能及加工情況等有關。根據斷口形貌可以定性分析零件所受載荷、材料性能和壽命等，有助于分析零件疲勞斷裂產生的原因：

(1)疲勞源大多分布于零件表面，一般有1-2個。

(2)疲勞裂紋擴展呈貝紋狀時，貝紋細密、間距小，表示材料抗疲勞性能好，疲勞強度高。貝紋稀疏、間距大。表示材料疲勞強度低。(3)最后斷裂區所占面積很大，甚至超過斷面的一半以上，說明零件嚴重過載；若所占面積較小或小于斷面一半時，說明零件無過載或過載很小。

在相同條件下，高應力狀態零件的最后斷裂區的面積大于低應力狀態零件的最后斷裂區的面積；承受單向彎曲的零件僅有l個疲勞源，承受雙向彎曲的零件有2個疲勞源；承受單向彎曲的零件與承受扭轉彎曲的零件的最后斷裂區的形狀不同，后者的疲勞源與最后斷裂區的相對位置發生偏轉，并由于零件上缺口應力集中的影響較大，使最后斷裂面積很小且與零件斷面呈同心狀。

疲勞斷裂的預防

延緩疲勞斷裂的時間，延緩金屬零件疲勞斷裂的萌生時間的措施及方法主要有噴完強化、細化材料的晶粒尺寸及通過形變熱處理使晶界成鋸齒狀或使晶粒定向排列并與受力方向垂直等。

降低疲勞裂紋的擴展率，對于一定的材料及一定形狀的金屬零件，當其已經產生疲勞裂紋后為了防止和降低疲勞裂紋的擴展，可采用以下措施：對板材零件上的表面局部裂紋可采取止裂孔法，即在裂紋擴展前沿鉆孔已組織裂紋進一步擴展；對于零件內表面裂紋可采取扎孔法進行消除；對于表面局部裂紋可采取刮磨修理法等是行之有效的。除此之外，對于零件局部表面裂紋，也可以采用局部增加有效截面或補金屬條等措施以降低應力水平，從而達到組織裂紋繼續擴展之目的。

正確的選擇材料和制定熱處理工藝十分重要，合理選擇材料的先決條件是設計者充分了解各種材料的各種熱學性能和所適用的工作條件。