李佳珊
航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江哈尔滨150060
摘要：选择合适的检测仪器，可以有效的对失效分析诊断思路的正确性进行判断，并且可以更好的深入研究与分析。本文按照失效模式将失效进行分类，对一些常见的失效模式检测仪器进行介绍，对使用范围与优缺点进行了叙述。
关键词：失效分析失效模式诊断思路
失效是指零件失去设定的功能，或继续使用不能确保安全。失效分析是要揭示产品功能失效的模式和原因，弄清失效的机理和规律，又能找出纠正和预防失效的措施。失效分析工作离不开各种仪器的检测结果支持检测仪器的选择，并不是随意的，必须围绕失效分析的诊断思路来进行，用得到的信息进行验证分析。对检测仪器的要求是保证检测的准确性、高效率，以及经济性。
一、失效分析用的检测仪器
失效模式诊断，即失效的方式判断，是失效分析中首当其冲的重要问题，它对整个失效分析和预防决策来说，具有“定向"的作用。失效模式常可分为一级失效模式、二级失效模式、甚至三级失效模式等.一级失效模式可分为断裂失效模式和非断裂失效模式两类。非断裂失效模式又可分为腐蚀失效、磨损失效和变形失效。
1.1断裂失效用的检测仪器
断裂失效是一种常见的失效模式，往往事发突然，往往造成重大事故，是失效分析的重点工作。
在收集了材料成分及加工装配、载荷、工况、使用环境等资料后，需要对各参量进行复验。技术参量复验包括：化学成分，显微组织和硬度及其分布，常规力学性能，主要零部件的几何参量及装配间隙等。
众所周知，成分对材料的性能有决定作用，检验材料成分的方法和仪器很多，主要有化学试剂分析法，光谱分析法等。用化学试剂对金属材料中含有元素的检测，可以依照相应的国家标准方法进行，这里不做详述，对金属材料，光谱是指原子光谱，其中又可细分为原子发射光谱，原子吸收光谱，原子荧光光谱。光谱分析既可以实现定性分析，又能定量分析。
显微组织是影响材料性能的重要因素。金相组织检査常用体视显微镜、金相显微镜等，这些设备可以检查零件中的异常组织，如锅的魏氏体，网状碳化物非金風夹杂等。金相显微镜操作简单，是通常用的金相组织检查没备，但其放大倍数有限。
技术参量复验可以初步检查如成分不合格，加工处理不当，装配不当等问题，通过材料力学性能的复验，还能检查出材料的力学性能与外载荷之间是否符合，但是很多情况下，这种检验并不能得出或无法证明断裂的原因，需要进行深入分析。
“断口”是断裂失效（事故）最主要的残，是断裂失效（事故）分析的主要物证。由断口学可知，一级断裂模式主要有脆性断裂、塑性断裂、疲劳断裂三大类区别脆性断裂和塑性断裂的主要依据是宏观塑性变形的大小；区别脆性断和疲劳断裂的主要依据是断裂特征，要揭示这些失效模式，需要收集以下信息断口的形貌、断口的颜色、断口上的腐蚀产物、断口上的品面品向和显微组织、断口的宏观走向与主应力方向、与零件形状、与轧制锻造流线方向的关系、断口的成分和元素的分布以及断口边缘情况和变形情况等，即对断口进行形貌分析、内部组织形貌观察、晶面晶向关系、微区成分等信息进行分析。
断口的内部组织形貌观察，主要的仪器为透射电镜。将断口表面截取薄试样，可以用透射电镜观察断口表面下的物相，也可进行纳米尺度的观察，研究断裂机理。而且，能够对断口材料进行原位动态观察，这样，可以发现断口中的各种存在相以及相变。
X射线衍射仪可以用于分析断口材料的结构特征，可以进行材料的物相分析，多晶体材料取向变化产生的织构，可以通过衍射分析来精确测定晶格常数，可以通过测定材料中原子排列及晶面间距的变化来表征材料中的应力状态。
当涉及到有腐蚀产物、第二相或夹杂，偏析等情况是，需要用到微区成分分析。微区成分分析仪器有X射线能谱仪、电子探针、俄歇电子谱仪等。X射线能诺仪是最常用表面微区成分分析技术，而且可以分析元素的化学状态，但是对超轻元素分析比较困难。
电子探针可以实现表面从皱到轴微区成分分析，能定点分析和线分析，也可以进行面扫描分析，以此分析某区域元素的分布情况，但要求检测的表面处理平坦。电子探针特别适合分析组分不均匀合金的微区成分分析，以及测定某元素的成分梯度分，还能检测两相界面上的反应产物。俄歇电子谱仪可以对极薄表层（5个原子）除氢、氯以外的历有元素的微区分析。
1.2非断裂失效用的分析仪器
非断裂失效模式又可分为腐蚀失效、磨损失效。
腐蚀失效的分析，有失效件的可以对腐蚀表面进行腐蚀产物分析。可以采用与零件使用相似的环境，对零件的腐蚀过程进行模拟，当然，对非常缓慢的过程，可以采用相应的加速实验，再对实验样品进行腐蚀表面形貌观察，判断腐蚀机理，所用到的仪器可以参照上述的断口形貌观察用的光学显微镜、扫描电镜等腐蚀产物的分析也可参见上节的微区成分的分析方法的相关内容。
由摩擦学可知，磨损主要有粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、微动磨损、冲蚀磨损等。磨损的机理很复杂，随工况的不同而使材料的失效模式各异，没有万能的耐磨材料。需要根据失效模式来进行耐磨材料的选择。因此，首先应该对材料的磨损机理进行研究。
磨损表面形貌是分析磨损机理的直接根据。其观测仪器可以用放大镜或显微镜，但多数情况下，为了使于观察磨损痕迹的细节，宜用扫描电镜。扫描电镜下，可以非常湾楚地观察到磨损造成的犁沟、点蚀、剥层、微动咬蚀、气蚀鱼鳞坑等6，硬度是材料耐磨性的个重要的参散。硬度的测量现在有很多方法和仪器，如洛氏硬度仪、布氏硬度仪，以及还有便携的肖氏硬度计等。这些仪器价格都较便宜，使用很方便。
二、失效预测预防中采用的仪器
随着失效分析理论的完善和分析仪器的发展，失效分析正逐渐向着预测预防的方向发展，比如对桥梁、港口装卸机械钢结构、铁路机车、发电机组等重要结构。这些重要结构件通常都工况悉劣，且都要求有较长的使用年限，因此不可避免地含有裂纹、腐蚀机槭搅伤等危及使用的缺陷，并随使用不断悉化。这些结构的预防性失效分析可以避免或减少事故的发生，取得很好的经济效益和社会效益。为了解决这方面的问题，近年来逐渐发展起了多种有效的无损检测方法，可以有效地检测出这些构件中的缺陷。裂纹和腐蚀坑是常见的结构缺陷，用到的检测仪器有超声探伤仪、涡流探伤仪、声发射检测仪等。超声检测的材料范围宽，检测的灵敏度高，成本低廉设备轻巧，可及时得到探伤结果。涡流检测是以电磁感应为基础的无损检测方法。利用洞流可以进行导体的非接触检测，检测速度极快，与超声检测相比，它不用对检测表面处理，不需耦合剂，所以结构受外界影响较小，精度高，并可用于超声难以检测异形件和小型零件，但是，与超声检测不同，涡流检测要求材料是导电的，而且由于涡流受很多因素影响，涡流的变化难以分析出某一个因素的变化，存在结果分析难的问题。同时，由于两种检测仪器的分析尺寸范围有限，对很庞大的结构的缺陷检测存在效率低的问题声发射检测是一种动态的缺陷检测方法，需要在结构受载的过程中检测相应的声发射信号。检测几乎不受材料的限制。可以实时发现裂纹信号等以及缺陷的进展情况。而且，可以在线检渊，实现高度自动化。通过在相应的部位布置探头，可以对大型结构进行检测，效率很高。但是，也存在信号易受环境噪声影响，信号不能重复等有待解决的问题。
结束语
检测仪器是失效分析中必不可少的分析工具，检测到的信息是分析的依据，同时分析正确性也需要仪器检测信息来验证。对不同的失效，需要根据失效分析的诊断思路来选择检测仪器。文中介绍是一些常见失效模式分析中用到的检测设备以及用于失效预测预防的无损检测设备，并概要地阐述了它们在分析中各自使用范围及优缺点。
参考文献：
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