材料失效分析课程思考题
材料失效分析及案例[整理]
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材料失效分析与预防及案例分析一、失效零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。
二、失效危害性1、失效导致机械不能正常工作，降低生产效率，降低产品质量，误工误事。
2、失效导致机械不能工作，停工停产，造成重大经济损失。
3、失效导致机毁人亡三、失效分析失效分析:判断零件失效性质、分析零件失效原因、研究零件失效的预防措施的技术工作。
四、失效分析内容1、判断失效性质：畸变失效、断裂失效、磨损失效、腐蚀失效。
2、分析失效原因：设计、材料、加工、装配、使用、维护。
3、研究失效的预防措施：修改设计、更换材料、改进加工、合理装配、正确使用、及时维护。
五、失效分析技术金相分析技术，断口分析技术，力学性能测试技术，理化分析测试技术，晶体结构分析技术，无损检测技术，应力分析技术。
六、失效案例汽车离合器壳体开裂失效分析1、粗视分析离合器壳体由铝合金铸造而成。
一个壳体破断为两部分，一个壳体一侧的裂纹长220mm, 另一侧有一条15mm长的裂纹。
裂纹的起始位置均在壳体侧面下方的交界处。
壳体侧面的内表面呈135°和90°夹角, 无明显的过渡园角。
裂纹扩展方向与该处所受拉应力的方向垂直。
2、现场调研离合器安装情况：离合器左边与发动机相联, 右边与变速器相联。
离合器壳体受到较大弯矩作用。
发动机工作时, 壳体受到强烈振动。
壳体下部受到瞬时大的拉应力作用, 在应力集中处容易产生裂纹造成开裂或破断。
3、立体显微镜下观察断裂面有放射状撕裂棱。
断面上有许多闪光的小点, 同时发现有园形、椭园形的空洞。
最大的一个椭园形孔洞尺寸为0.6mm×1.2mm。
这些空洞的内表面呈熔融金属凝固态, 为铸造缺陷气孔。
4、显微分析观察裂纹形态及扩展方向。
裂纹端部位于壳体两侧面内表面相交处, 裂纹上及其附近有大大小小的气孔, 裂纹垂直于壳体边缘扩展。
金相显微组织由白色的a固溶体+灰色的条状及小块状的Si晶体+黑色细针状Al-Si-Fe化合物组成。
《材料工程基础》课程教学的思考
《材料工程基础》课程教学的思考人才培养是大学的主题和根本，一流的教学应当始终围绕人才的培养目标来进行。
在新时代背景下，当前教育改革的主要目标是培养和造就一批高素质的创新人才。
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出的“提高高等教育人才培养质量”，是对当今高校人才培养的要求与责任。
《材料工程基础》作为教育部21世纪高等本科教育教学改革项目“材料科学与工程专业人才培养方案及教学内容体系的改革研究”中的主干专业基础课程。
长期以来，一直备受材料相关专业各高校和学院的重视，他们都在着力构建与新时代材料专业人才培养方案及教学体系相适应的教学内容，并发掘出高效的教学方法。
基于此，湖南大学材料科学与工程学院的《材料工程基础》课程教学团队也一直在进行不断的探索与创新，并取得了相应的成效。
一、《材料工程基础》的课程特点《材料工程基础》是材料科学与工程相关专业本科生由基础课向专业课转变的一门重要的专业基础课程，是材料类基础课程系列中重要的先导课。
与其相对的姐妹篇课程《材料科学基础》侧重于阐述材料结构、组织与性能之间的关系，表征和发现材料的基本结构和性能属性，是一种发现规律的知识点学习;而《材料工程基础》侧重于研究材料（金属、非金属、高分子和复合材料）的合成、制备、加工与失效分析的基本方法和技术，进行材料的剪裁和设计，是一种关于技术创新的知识点学习。
因此，通过《材料工程基础》课程的学习，可以使学生对材料工程的概念和内涵有一个比较清晰的认识，对材料工程涉及的材料制备原理和传质传热原理等有一个较系统的了解。
同时，通过该课程的教学互动，将有助于进一步巩固《材料科学基础》的知识，培养学生良好的逻辑思维和正确分析、解决材料工程实际问题的能力，为学生进一步学习材料专业课程打下良好的基础。
二、《材料工程基础》的课程现状（一）课程教材内容迥异目前，全国大多数高校的材料科学与工程专业均开设了《材料工程基础》或类似名称的课程，且均作为各學院的专业基础课程或核心课程。
材料失效分析思考题
• • • • • • • 1.什么叫失效？ 2.失效有几种类型？ 3什么是变形失效？ 4.什么是断裂失效，有什么特征？ 5.失效分析的目的和意义是什么？ 6.引起失效的原因有哪些，举例说明。 7.裂纹源的宏观识别方法有那几种？
• 8.对失效件如何取样，取样时应注意什么？ • 9.光学显微镜、扫描显微镜和投射显微镜 用于观察断口分析各有什么特点？ • 10.什么是拉伸断口的三要素？ • 11.影响断口三要素的因素有哪些？ • 12.带缺口的圆试样的拉伸断口的宏观特 征是什么？ • 13.矩形试样拉伸断口的宏观特征是什么？ • 14.影响矩形试样拉伸断口的宏观特征的 因素有哪些？
பைடு நூலகம்
材料力学思考题 -回复
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材料力学思考题需要具有一定的材料力学知识和解题能力，以下是一些常见的材料力学思考题：
1. 弹性模量的测定方法有哪些，各有何特点？
2. 实际工程中，为什么会出现材料的疲劳破坏现象，如何预防和延长材料的疲劳寿命？
3. 材料的断裂韧性与应变速率有关吗？如果有关，有什么特点？
4. 塑性变形过程中，为什么细晶粒材料比粗晶粒材料更容易发生断裂？
5. 如何通过研究材料的应力应变曲线，来判断材料的力学性能和断裂机制？
6. 岩石的强度是如何影响地质工程设计和施工的？
7. 材料的蠕变行为是什么？在高温环境下，材料的蠕变性能会如何变化？
8. 材料的固溶强化和位错强化是如何增强材料的力学性能的？
9. 如何通过组织显微结构的观察，来分析材料的力学性能和断裂特点？
10. 如何通过有限元分析方法，来解决复杂结构的力学问题？
以上仅是一些常见的材料力学思考题，如果你有具体的材料力学问题或者需要更深入的讨论，可以提供更具体的问题，以便提供更准确的回答。
西安交大复试机械工程材料
沈莲主编《机械工程材料》（第2版）习题与思考题第一章 机械零件的失效分析1. 何谓失效？零件失效方式有哪些？2. 静载性能指标有哪些？并说明它们各自的含义。
3. 过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？4. 何谓韧性断裂和脆性断裂的因素的哪些？5. 何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？6. 何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧度KIC、零件的工作应力σ和零件中裂纹半长度a 来判断零件是否会发生低应力脆断？7. 压力容器钢的1000s MPa s =，1/2170IC K MPa m =；铝合金的400s MPa s =，1/225IC K MPa m =。
试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸各是多少（设裂纹的几何形状因子Y =8. 说明典型疲劳断口的特征。
如何根据疲劳断口形态大致判断：1）循环应力大小；2）应力特循环周次多少；3）应力集中程度大小。
9. 疲劳抗力指标有哪些？影响疲劳抗力的因素有哪些？10.磨损失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？11.腐蚀失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？12.何谓蠕变极限和持久强度？零件在高温下的失效形式有哪些？如何防止？13.有一根轴向尺寸很大的轴，在500℃温度下工作，承受交变扭转载荷和交变弯曲载荷，轴颈处承受摩擦力和接触应力，试分析此轴的失效形式可能有哪几种？设计时需要考核哪几个力学性能指标？第二章 碳钢1. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?2. 何谓晶体、单晶体、多晶体、晶体结构、点阵、晶格、晶胞?3. 金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?4. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?5. 实际晶体中的晶体缺陷有哪几种类型?它们对晶体的性能有何影响?6. 固溶体和化合物有何区别?固溶体类型有哪几种? Si、N、Cr、Mn、Ni、B、V、Ti、W 与铁和碳形成何种固溶体或化合物?7. 何谓匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、固溶体的二次析出转变?根据Fe-Fe 3C 相图写出它们的转变反应式，并说明转变产物的名称、形态及对铁碳合金力学性能的影响。
材料失效分析技术课程作业
1，试用一个典型案例说明材料失效分析与基础学科及应用学科之间的关系(不少于400宇，配图片)。
1.钢制螺钉断裂失效分析外观及断口宏观观察图1螺钉外观(a)及断口宏观形貌(b)钉身在紧靠钉头的第一道螺纹和第二道螺纹之间发生断裂，未见明显塑性变形。
断口由呈暗灰色的粗糙区和银灰色的光滑区组成，周围有环形压痕。
断口微观观察SEM低倍形貌图2失效螺钉断口低倍形貌(a)疲劳扩展区低倍形貌;(b)瞬断区低倍形貌(a)疲劳扩展区较平坦，疲劳台阶均匀起源于螺纹牙底。
(b) 瞬断区位于螺钉的另一侧，出现明显的疲劳扩展弧线。
SEM微观形貌图3失效螺钉断口SEM形貌(a)断口源区形貌;(b)疲劳扩展区微观形貌;(c)瞬断区韧窝形貌(a)断口源区裂纹起源于螺钉牙底表面，源区未见明显的材质加工缺陷。
(b)疲劳扩展区可见疲劳扩展弧线。
(c)瞬断区主要为韧窝形貌。
六边形钉头的底部环形压痕微观形貌表面较光滑平整，可见明显的挤压痕迹，表层金属因挤压而堆积的薄带。
图4环形压痕微观形貌×500金相检验图5螺钉的显微组织(a)边缘区组织;(b)心部组织螺钉的显微组织形貌见图，其边缘与心部组织表现出不同特征。
图(a)边缘处出现大量白色块状铁素体，且越靠近边缘处比例越大。
图(b)心部组织为针状回火索氏体，越靠近心部分布越均匀。
硬度测试螺钉的边缘处和心部硬度不同，表面硬度较心部低很多，不满足硬度要求。
断裂性质和原因螺钉断裂性质为疲劳断裂，螺钉表面存在脱碳层，导致疲劳强度大幅降低，同时在装配时发生倾斜，一侧存在附加拉应力，加速了疲劳失效。
通过以上案例可知，材料科学、工程力学和环境科学等基础学科的知识为失效分析奠定了理论基础；现代的检测仪器和计算机类等应用学科为材料分析奠定了技术基础。
在进行材料失效分析时，会综合运用到基础学科的知识和应用学科的技术。
2，试用二个实际的失效案例说明材料失效分析的重要意义(要求既有文字说明，又有图片说明，文字不少于800 字)案例一：钢制螺钉断裂失效分析对断裂螺钉进行外观及断口宏微观观察图6螺钉外观(a)及断口宏观形貌(b)(a)钉身在靠近钉头的螺纹根部发生断裂，且断口较平整，未见明显塑性变形。
材料力学实验思考题答案
材料力学实验思考题答案1. 引言。
材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分，通过实验可以更直观地了解材料的性能和行为。
在实验过程中，学生需要不断思考和分析，以深化对材料力学知识的理解。
本文将针对材料力学实验中的一些思考题进行解答，希望能够帮助学生更好地掌握相关知识。
2. 实验思考题答案。
2.1 为什么在材料力学实验中常常使用金属材料？答，金属材料具有良好的可塑性和韧性，适用于各种加载条件下的实验。
同时，金属材料的力学性能稳定，易于加工和制备，因此在材料力学实验中被广泛应用。
2.2 为什么在拉伸试验中会出现颈缩现象？答，在拉伸试验中，当金属材料受到拉力作用时，由于材料内部应力分布不均匀，会出现局部应力集中的现象，导致材料发生颈缩。
这是由于材料的塑性变形导致的，属于材料的典型失效形式。
2.3 为什么在材料力学实验中需要进行应力应变曲线的测定？答，应力应变曲线是材料力学性能的重要指标，通过曲线的测定可以了解材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能参数。
这对于材料的选用和设计具有重要意义，因此在材料力学实验中需要进行应力应变曲线的测定。
2.4 为什么在材料力学实验中需要进行硬度测试？答，硬度是材料抵抗局部变形的能力，是材料力学性能的重要指标之一。
通过硬度测试可以快速了解材料的硬度水平，评估材料的耐磨性和耐腐蚀性能，对于材料的使用和维护具有重要意义。
2.5 为什么在材料力学实验中需要进行冲击试验？答，冲击试验可以评估材料的韧性和抗冲击性能，对于材料在受到冲击载荷时的表现具有重要意义。
通过冲击试验可以了解材料在实际工作条件下的表现，为工程设计和材料选择提供重要参考。
3. 结语。
通过对材料力学实验思考题的解答，可以更深入地了解材料力学知识的实际应用。
希望学生在实验过程中能够不断思考和分析，提高对材料力学的理解和掌握，为将来的工程实践奠定坚实的基础。
地质大学期末考试：失效分析的题目及答案参考
地质大学期末考试：失效分析的题目及答案参考第一题题目：请解释失效分析的定义和目的。
参考答案：失效分析是一种系统性的方法，用于确定物质或系统失效的原因和机制。
其目的是通过分析失效的根本原因，提供解决问题和预防失效的方法和建议。
第二题题目：列举至少三种常见的失效模式，并对其进行简要描述。
参考答案：1. 疲劳失效：由于重复加载或应力超过材料承受能力，导致材料的逐渐疲劳破裂。
2. 腐蚀失效：材料与环境中的化学物质发生反应，导致材料的腐蚀、腐蚀破坏或腐蚀疲劳。
3. 热失效：由于高温或温度变化引起的材料结构变化，导致材料性能下降或失效。
第三题题目：请简要描述失效分析的步骤。
参考答案：失效分析通常包括以下步骤：1. 收集信息：收集与失效有关的所有信息，包括失效样品、失效环境、失效前的使用条件等。
2. 观察和分析：通过对失效样品进行观察和分析，确定失效的特征、位置以及可能的失效机制。
3. 假设和验证：根据观察和分析的结果，提出可能的失效机制假设，并通过实验或测试验证这些假设。
4. 确定根本原因：根据验证结果，确定导致失效的根本原因。
5. 提出解决方案：基于根本原因，提出解决失效问题和预防失效的方案和建议。
第四题题目：失效分析中的仪器设备有哪些？请列举至少三种。
参考答案：1. 扫描电子显微镜（SEM）：用于观察失效样品的表面形貌和微观结构。
2. 能谱仪：用于分析失效样品中元素的组成和分布。
3. X射线衍射仪（XRD）：用于分析失效样品中的晶体结构和相组成。
第五题题目：请解释失效分析与故障排除之间的区别。
参考答案：失效分析是一种通过分析失效原因和机制来解决问题和预防失效的方法。
而故障排除是指通过识别和修复已经发生的故障，使系统重新正常运行。
失效分析更注重对失效根本原因的分析和预防，而故障排除更注重对具体故障的修复和恢复。
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材料失效分析课程
思考题
第一章材料失效分析概论
1. 概述失效分析学科有哪些特点。
2. 失效是什么？它与事故、事件、故障有什么区别？
3. 失效分析的作用和意义是什么？
4. 简述失效模式、失效机理、失效缺陷和失效起因的的物理含义；举例说明它
们之间的相互关系。
5. 简要说明材料失效分析涉及的“六品”、“五件”和“四化”的物理含义。
6. 一个结构件的失效分析，一般需考虑哪几个主要因素？
7. 简述失效分析过程中的主要步骤及其任务。
8. 一辆自行车是由许多零部件组装而成，你认为哪些最容易发生失效，它们的
失效模式是什么？
9. 设想一下有没有永远不会失效的材料。
如有，请举例并从失效模式和失效机
理出发叙述其理由。
第二章材料的断裂失效形式与机理
1. 工程结构件的强度设计，一般选取σs或σb二者中的最小值，许用应力的安
全系数是如何选取的？
2. 材料的强度设计准则、刚度设计准则和变形设计准则有什么区别？试用生活'
中的实例来说明它们各自的重要意义。
3. 韧性断裂和脆性断裂有什么区别？它们的断口形貌有什么不同？
4. 概述强度设计和断裂设计的区别，并谈谈如何防止脆性断裂。
5. 什么叫断裂力学？ KI和KIC两者有什么关系？
6. 疲劳断口有什么特征？如何确定疲劳裂纹的起裂点？
7. 材料的抗断裂设计，有哪几个断裂参量可以选用？
8. 哪些参数可以用来表征材料的韧性？
9. 硬度测定有哪些方法？金属、陶瓷和聚合物的硬度测定方法为什么大多数不
能互用？
10.简述金属材料在不同失效模式下有哪些不同的失效机理。
第三章材料的腐蚀失效形式与机理
1. 什么叫腐蚀？化学腐蚀和电化学腐蚀有什么不同？请各举一例说明。
2. 在电化学腐蚀中，金属的损失伴随的是还原反应还是氧化反应？腐蚀发生在
阴极上还是阳极上？
3. 概述局部腐蚀的类型？它们有哪些特征？
4. 什么叫电偶腐蚀，其腐蚀机理是什么？
5. 点蚀的机理是什么？哪些介质最容易引起点蚀？
6. 什么条件下会发生缝隙腐蚀，它和点蚀本质上有什么区别？
7. 码头的钢桩为什么在水下的腐蚀较慢，而与大气交替接触的表面，其腐蚀则
会严重得多？试分析其原因。
8. 针对输送海水的管道，你认为选什么样的材料较合适？为什么？
9. 什么条件下会产生应力腐蚀开裂？它与晶界腐蚀有哪些不同？
10. 简述氢腐蚀有哪些类型，一般应如何预防？
11. 冲刷和冲蚀有什么区别？为什么冲蚀对材料的破坏极其快速？
12. 碱脆的机理是什么？在什么情况下会发生？应如何预防？
第四章材料的磨损失效形式与机理
1. 什么叫磨损？它和腐蚀和断裂有什么不同？
2. 磨损具有多学科交叉的特点，请概要说明它们之间的相互关系。
3. 磨损的外部条件和内部条件一般有哪些？
4. 水是好的润滑剂吗？好的润滑剂应具有什么特性？
5. 什么叫磨粒磨损？它的基本特征是什么？其失效机制有哪些？
6. 粘着磨损是什么？它与磨粒磨损有什么区别？
7. 什么样的固体材料具有最低的摩擦系数，因而它常被用作为润滑脂、润滑油
中的添加剂？
8. 什么叫冲蚀磨损？为什么冲蚀磨损一般的磨损要严重得多？
9. 微动磨损有哪些特点？试举出二个实例说明由微动磨损引起的构件失效。
10. 什么叫气蚀？它与局部腐蚀在本质上有什么不同？
11. 为什么缝纫机的针头会发热？应该使用什么材料来制造？怎样才能将温度
降低到最低？
第五章材料表征分析方法
1. 材料成分的分析方法主要有哪些？哪些方法在分析中是最常用的？
2. 观察材料的形貌，常用的方法通常有哪些？若用扫描电镜方法（SEM）观察
材料形貌时，对样品有什么基本要求？
3. 断口分析采用哪种方法最为有效？为什么金相方法一般不适合用于断口形貌
的观察？
4. 材料热性能分析方法主要有哪些？它们有各自有什么用途？塑料的玻璃化转
变温度通常用哪种方法测试最为合适？
5. 表面成分的分析主要有哪些方法？哪种方法可以测定氢成分？哪些方法可
以分析材料表面的化学状态？
7. 概述一下聚焦离子束（FIB）的基本原理及其主要用途。
8. 材料的强度性能有哪些测试方法？强度和断裂韧性本质上有什么不同？
9. 概述一下复合材料界面性能的不同测试方法。
哪种方法最为常用？
10. 如果一根撑杆跳高用的玻璃钢杆发生了断裂，你会采用哪些方法分析其失
效？为什么？
11. 什么叫有限元法？它在失效分析中有哪些作用？
第六章重大设备的失效分析
1. 概述一下核电装置RCW热交换器传热钛管失效案例的分析步骤。
你认为在该
案例分析中哪些方法应用得比较成功？
2. 在对超超临界1000MW火电机组进口循环水泵的失效分析过程中，从中应吸取
什么样的经验教训？
3. 从PTA干燥器的失效案例分析中，简述一下在管理和维护上应注意什么？
4. 化工装置常有腐蚀与磨损的交互作用工况，试从管道失效分析中谈谈应如何
选材以及用什么方法可减缓这类腐蚀的严重性？
5. 在冶炼设备的失效案例中，哪些因素可能会导致燃气轮机叶片发生过早的失
效？
6. 通过对汽车踏板开展失效分析，你认为这类复合材料构件还可能会发生哪些
失效机制？其原因可能是什么？
7. 微电子器件都要进行表面处理，从芯片电镀高速钢带的失效分析中，电镀质
量的改善一般需要控制哪些因素？
8. 印制电路板是一种层状复合材料，试从高密度互连PCB的失效分析中，概述
一下可能会有哪些失效机理？应该如何预防？。