本書闡述金屬裝備及其構(gòu)件失效與失效分析的工程概念及相關(guān)的理論知識(shí)。全書共5章。第1章對(duì)金屬構(gòu)件的失效與失效分析作概括性介紹；第2章介紹金屬學(xué)、斷裂力學(xué)及腐蝕學(xué)中與失效分析密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)；第3章介紹金屬構(gòu)件常見(jiàn)的失效形式及其判斷，對(duì)各種失效形式的失效現(xiàn)象、失效特點(diǎn)、引起失效的原因及預(yù)防措施結(jié)合工程實(shí)踐作介紹，并展示實(shí)例；第4章介紹失效分析方法和手段，包括思維方法、失效分析程序制定到具體失效分析全過(guò)程進(jìn)行的各項(xiàng)工作；第5章列舉金屬構(gòu)件失效的案例。
前言
預(yù)測(cè)和防止機(jī)械失效是每一個(gè)機(jī)械工程技術(shù)人員最基本的任務(wù)。本教材主要介紹失效與失效分析的工程概念及相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)。
《金屬構(gòu)件失效分析》自講義到教材使用至今已20多年。原講義作為華南理工大學(xué)即將就業(yè)的機(jī)械工程類畢業(yè)生的選修課學(xué)習(xí)資料，后由化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行，被多所學(xué)校選作高年級(jí)本科生和低年級(jí)研究生的教材，也成為很多行業(yè)從事失效分析的工程技術(shù)人員的參考書。從2003年第一版第一次印刷，到2020年第一版第十次印刷，期間只對(duì)錯(cuò)別字及個(gè)別詞匯作過(guò)勘校，未作統(tǒng)一修訂。從教學(xué)效果和反饋信息來(lái)看，《金屬構(gòu)件失效分析》的目的基本達(dá)到了，感謝多年來(lái)使用本教材的師生和工程技術(shù)人員的認(rèn)可。
2020年秋化學(xué)工業(yè)出版社建議結(jié)合科技發(fā)展及教學(xué)需求對(duì)《金屬構(gòu)件失效分析》進(jìn)行修訂。經(jīng)共同商討，教材原編寫人員對(duì)各自原編寫內(nèi)容認(rèn)真勘校和補(bǔ)充；華南理工大學(xué)許華忠、馬小明對(duì)修訂工作進(jìn)行全面協(xié)調(diào)并添加新案例；廣州特種設(shè)備檢測(cè)研究院洪文健負(fù)責(zé)查補(bǔ)新標(biāo)準(zhǔn)和參考資料；華東理工大學(xué)柳曾典教授對(duì)教材修訂提出寶貴意見(jiàn)并提供相關(guān)參考資料，在此表示衷心感謝。
鑒于編者水平，書中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。
編者
2022年7月
第一版前言
一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)、一臺(tái)裝備，甚至一個(gè)構(gòu)件或是一個(gè)小螺栓，一旦失效而不能執(zhí)行原來(lái)規(guī)定的使用功能，就必須找出其失效的原因，并提出有效的對(duì)策，因而需要進(jìn)行失效分析。本教材闡述金屬裝備及其構(gòu)件失效與失效分析的工程概念及相關(guān)的理論知識(shí)。全書共分5章。第1章對(duì)金屬構(gòu)件失效及失效分析作概括性的介紹，以使教學(xué)雙方有互相溝通的共同語(yǔ)言；第2章基礎(chǔ)知識(shí)，僅補(bǔ)充金屬學(xué)、斷裂力學(xué)及腐蝕學(xué)中與失效分析密切相關(guān)的內(nèi)容，可根據(jù)學(xué)生原有基礎(chǔ)知識(shí)情況選學(xué)；第3章是本教材的重點(diǎn)，詳細(xì)介紹金屬構(gòu)件常見(jiàn)的失效形式及其判斷，對(duì)各種失效形式的失效現(xiàn)象、失效的特點(diǎn)、引起失效的原因及預(yù)防措施結(jié)合工程實(shí)踐作盡可能詳盡的介紹并展示實(shí)例；第4章是失效分析的方法和手段，包括思維方法、失效分析程序制訂到具體失效分析全過(guò)程進(jìn)行的各項(xiàng)工作，均按指導(dǎo)操作的敘述方式進(jìn)行介紹，務(wù)求學(xué)者可以實(shí)踐；第5章列舉金屬構(gòu)件失效的案例，其中有部分是從書后所列參考文獻(xiàn)摘錄的，大部分是本教材編者進(jìn)行的工作，可穿插在前幾章學(xué)習(xí)中使用。
本教材是在華南理工大學(xué)1993年12月出版的《金屬設(shè)備失效分析》講義的基礎(chǔ)上，經(jīng)五屆四年級(jí)本科生及六屆碩士研究生教學(xué)使用。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專著陸續(xù)出版，給編者提供了學(xué)習(xí)和參照。編者博取各位專家學(xué)者及書后所列參考文獻(xiàn)的科技精髓、學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和學(xué)習(xí)心得編寫成本教材。本教材可作為機(jī)械裝備、安全工程等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生和初級(jí)研究生教材；同時(shí)可供大學(xué)畢業(yè)從事工業(yè)裝備，尤其是鍋爐壓力容器安全監(jiān)察、管理、檢驗(yàn)的工程技術(shù)人員作培訓(xùn)教材；供有志從事失效分析工作的在職科研、檢測(cè)人員和處理失效事故的管理人員作參考書。
本教材共5章。第1章由廖景娛編寫；第2章2.1節(jié)由梁思祖編寫，2.2節(jié)由廖景娛編寫，2.3節(jié)由劉鈞泉編寫；第3章3.2.4小節(jié)由梁思祖編寫，3.4節(jié)由劉鈞泉編寫，其余由廖景娛編寫；第4章4.1節(jié)至4.6節(jié)由梁耀能編寫，4.7節(jié)、4.8節(jié)由劉鈞泉編寫；第5章共同收集失效實(shí)例，由劉凡永編成。全書主編廖景娛。本教材的編寫自始至終得到華南理工大學(xué)劉正義教授、華東理工大學(xué)柳曾典教授、北京工業(yè)大學(xué)張亦良教授和上海材料研究所吳劍教授的支持和幫助。全書由劉正義教授審定。
本教材的編寫與出版得到了華南理工大學(xué)教務(wù)處、工業(yè)裝備與控制工程學(xué)院、機(jī)械工程學(xué)院的指導(dǎo)和大力支持，在此表示深切的謝意。洪文健、張明霞、余紅雅、李麗君等老師和同學(xué)為本書的資料收集、稿件校對(duì)、圖片整理等做了許多工作；在校學(xué)習(xí)本課程的安全工程專業(yè)本科生和化工過(guò)程機(jī)械專業(yè)碩士研究生結(jié)合課程學(xué)習(xí)給教材初稿提出了勘誤和意見(jiàn)，在此一并感謝。
由于編者的知識(shí)和水平有限，書中不妥及錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)讀者提出寶貴意見(jiàn)。
編者
2003年8月
1 概述1
1.1 金屬構(gòu)件的失效及失效分析 1
1.2 失效分析的意義 2
1.2.1 促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 2
1.2.2 提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量 2
1.2.3 具有高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 3
1.3 金屬構(gòu)件的失效形式及失效原因 3
1.3.1 金屬構(gòu)件的失效形式 3
1.3.2 引起失效的原因 4
1.4 失效分析與其他學(xué)科的關(guān)系 5
1.5 失效分析的歷史發(fā)展與國(guó)內(nèi)外失效分析的狀況 7
1.5.1 失效分析的歷史發(fā)展的三階段 7
1.5.2 國(guó)內(nèi)外失效分析狀況 7
1.6 失效分析工作者的主要任務(wù)和應(yīng)具備的基本素質(zhì) 9
復(fù)習(xí)思考題 9
2 失效分析基礎(chǔ)知識(shí)10
2.1 金屬構(gòu)件中可能引起失效的冶金缺陷 10
2.1.1 鑄態(tài)金屬組織缺陷 10
2.1.2 金屬鍛造及軋制件缺陷 13
2.1.3 夾雜物及其對(duì)鋼性能的影響 16
2.1.4 金屬焊接組織缺陷 19
2.1.5 鋼鐵熱處理產(chǎn)生的組織缺陷 24
2.2 力學(xué)計(jì)算基本概念 25
2.2.1 傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及其適用范圍 25
2.2.2 斷裂力學(xué)基本概念 29
2.3 環(huán)境作用機(jī)理 38
2.3.1 電化學(xué)反應(yīng) 38
2.3.2 高溫氧化 42
復(fù)習(xí)思考題 47
3 金屬構(gòu)件常見(jiàn)失效形式及其判斷49
3.1 變形失效 49
3.1.1 金屬構(gòu)件的彈性變形失效 49
3.1.2 金屬構(gòu)件的塑性變形失效 51
3.1.3 高溫作用下金屬構(gòu)件的變形失效 53
3.2 斷裂失效 55
3.2.1 斷裂失效的分類 56
3.2.2 韌性斷裂 58
3.2.3 脆性斷裂 63
3.2.4 疲勞斷裂 68
3.3 腐蝕失效 80
3.3.1 腐蝕的類型 81
3.3.2 均勻腐蝕 83
3.3.3 點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕 84
3.3.4 晶間腐蝕 89
3.3.5 電偶腐蝕 93
3.3.6 氫腐蝕 96
3.3.7 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 98
3.3.8 腐蝕疲勞 106
3.4 磨損失效 107
3.4.1 磨損的類型 108
3.4.2 磨料磨損 108
3.4.3 黏著磨損 111
3.4.4 沖蝕磨損 114
3.4.5 微動(dòng)磨損 117
3.4.6 腐蝕磨損 120
3.4.7 疲勞磨損 124
3.4.8 提高耐磨性的途徑 126
復(fù)習(xí)思考題 126
4 失效分析的思路、程序和基本技能128
4.1 失效分析思路和邏輯方法 128
4.1.1 失效分析思路的重要性 128
4.1.2 構(gòu)件失效過(guò)程及其原因的特點(diǎn) 129
4.1.3 失效分析思路的方向性及基本原則 130
4.1.4 幾種失效分析思路簡(jiǎn)介 132
4.1.5 幾種常用的邏輯推理方法 135
4.2 失效分析的程序 136
4.2.1 接受任務(wù)明確目的要求 136
4.2.2 調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)及收集背景資料 136
4.2.3 失效件的觀察、檢測(cè)和試驗(yàn) 138
4.2.4 確定失效原因并提出改進(jìn)措施 139
4.3 失效件的保護(hù)、取樣及試樣清洗、保存 140
4.3.1 失效件的保護(hù) 140
4.3.2 失效件的取樣 140
4.3.3 試樣的清洗 140
4.3.4 試樣的保存 141
4.4 常規(guī)測(cè)試技術(shù) 141
4.4.1 測(cè)試技術(shù)選用原則 141
4.4.2 化學(xué)成分分析 142
4.4.3 力學(xué)性能測(cè)試 147
4.4.4 金相檢驗(yàn) 148
4.4.5 無(wú)損檢測(cè) 162
4.4.6 殘余應(yīng)力測(cè)試 168
4.4.7 物化性能測(cè)試 168
4.5 失效分析的幾種基本技能 171
4.5.1 斷口分析 171
4.5.2 裂紋分析 173
4.5.3 痕跡分析 176
4.5.4 模擬試驗(yàn) 178
4.6 電子顯微鏡研究法 179
4.6.1 透射電子顯微鏡 179
4.6.2 掃描電子顯微鏡 182
4.7 腐蝕性能測(cè)試 184
4.7.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 185
4.7.2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 185
4.8 磨損性能測(cè)試及儀器設(shè)備 190
復(fù)習(xí)思考題 191
5 失效分析實(shí)例193
5.1 設(shè)計(jì)或材料因素為主引起的失效實(shí)例 193
實(shí)例1 鍋爐過(guò)熱管蠕脹開(kāi)裂 193
實(shí)例2 醇胺貧富液換熱器列管腐蝕穿漏 195
實(shí)例3 常減壓蒸餾裝置常壓塔上層塔盤及條閥應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 197
實(shí)例4 釬桿的疲勞斷裂 198
實(shí)例5 電動(dòng)鑿巖機(jī)機(jī)芯齒輪脆性斷裂 200
5.2 制造因素為主引起的失效實(shí)例 201
實(shí)例6 進(jìn)口萬(wàn)噸級(jí)遠(yuǎn)洋貨輪主機(jī)曲軸斷裂 201
實(shí)例7 直餾柴油加氫反應(yīng)器泡罩開(kāi)裂 204
實(shí)例8 950型軋鋼機(jī)主傳動(dòng)軸斷裂 206
實(shí)例9 消聲器軸向開(kāi)裂 207
實(shí)例10 斜拉橋鋼索斷裂 208
實(shí)例11 304型不銹鋼熔鹽槽晶間腐蝕 210
實(shí)例12 冷軋輥的熱處理失效 212
5.3 環(huán)境作用因素為主引起的失效實(shí)例 213
實(shí)例13 不銹鋼鋼管爆裂 213
實(shí)例14 催化裂化再生器殼體開(kāi)裂 215
實(shí)例15 礦漿泵磨損 216
實(shí)例16 球磨機(jī)磨球疲勞磨損 217
實(shí)例17 圓錐式破碎機(jī)襯板磨料磨損 220
5.4 使用不當(dāng)引起的失效實(shí)例 222
實(shí)例18 味精結(jié)晶罐頂蓋擋罩小圓環(huán)穿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 222
實(shí)例19 廢熱鍋爐殼體局部變形 224
實(shí)例20 乙烯裂解爐爐管斷裂 226
實(shí)例21 氨冷凝器傳熱管腐蝕泄漏 228
實(shí)例22 不銹鋼混合機(jī)爆炸 230
實(shí)例23 胺化反應(yīng)釜應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 233
5.5 其他原因引起的失效實(shí)例 235
實(shí)例24 二氧化碳鋼瓶應(yīng)力腐蝕失效 235
實(shí)例25 煤氣發(fā)生爐水夾套鼓包分析 238
實(shí)例26 凈化裝置中壓廢熱鍋爐減溫器入口法蘭密封墊開(kāi)裂 240
參考文獻(xiàn)242
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