《材料失效分析》教学大纲
《材料失效分析》实验教案2014上.
课程教案课程名称：材料失效分析实验任课教师：刘先兰所属院（部）：机械工程学院教学班级： 2011级金属材料工程教学时间：2013—2014学年第二学期湖南工学院《材料失效分析》实验实验课程编码：学时：6适用专业：金属材料工程先修课程：材料科学基础、材料力学性能、金属塑性成型原理、现代材料检测技术等考核方式：一、实验课程的性质与任务帮助学生进一步理解所学知识，加深对一般工程结构和机械零件失效分析的基础知识、基本方法和基本技能的掌握；能够利用所学的知识建立失效分析方法和思路（故障树）；熟悉判断失效零件裂纹源的方法；熟知各类断裂件的断口形貌及断裂机制，分析各种断裂类型、起裂点及断裂过程。
二、实验项目实验一材料失效中的金相分析法实验（2学时）实验二零件失效的宏观分析法（2学时）实验三静载荷作用下的金属材料断裂失效断口分析（2学时）三、实验报告要求每个实验均应写实验报告。
按统一格式，采用统一封面和报告纸。
实验报告内容应包括实验名称、目的、内容和理论基础、实验设备（名称、规格及型号）及材料名称，实验步骤、实验结果、结果分析。
四、其它要求实验中，注重知识、能力、素质的协调发展，突出学生的创新精神与创新能力的培养。
五、教材和参考资料1教材：《材料失效分析》，庄东汉主编.华东理工大学出版社.2．参考资料：[1]《机械零件失效分析》，刘瑞堂编，哈尔滨工业大学出版社..[2]《材料成形与失效》，王国凡主编，化学工业出版社.[3]《材料现代分析方法》，左演声主编，北京工业出版社.[4] 《断口学》，钟群鹏主编，高等教育出版社.[5] 《金属材料及其缺陷分析和失效分析100例》，候公伟主编，机械工业出版社.实验一材料失效中的金相分析法实验（2学时）金相分析技术的重要性在于：（1）根据金相分析结果可以判断热处理生产工艺及其组织缺陷；（2）根据金相显微组织照片可以知道构件的破坏原因【1】实验的目的和要求1）目的通过实验，帮助学生进一步理解和掌握所学专业知识，加深对一般工程结构和机械零件失效分析的基础知识、基本方法和基本技能的掌握。
材料失效分析讲义
材料失效分析讲义失效分析是人们认识事物本质和发展规律的逆向思维和探索，是变失效为安全的基本环节和关键，是人们深化对客观事物的认识源头和途径。
基本内容在失效分析中，通常首先将失效分类。
从技术角度可按失效机制、失效零件类型、引起失效的工艺环节等分类。
从质量管理和可靠性工程角度可按产品使用过程分类。
失效率曲线通常称浴盆曲线，它描述了失效率与使用时间的关系。
早期失效率高的原因是产品中存在不合格的部件；晚期失效率高的原因是产品部件经长期使用后进入失效期。
机械产品中的磨合、电子元器件的老化筛选等就是根据这种失效规律而制定的保证可靠性的措施。
失效按其工程含义分为暂失效和永久失效、突然失效和渐变失效，按经济观点分为正常损耗失效、本质缺陷失效、误用失效和超负荷失效。
产品的种类和状态繁多，失效的形式也千差万别。
因此对失效分析难以规定统一的模式。
失效分析可分为整机失效分析和零部件残骸失效分析，也可按产品发展阶段、失效场合、分析目的进行失效分析。
失效分析的工作程序通常分为明确要求，调查研究，分析失效机制和提出对策等阶段。
失效分析的核心是失效机制的分析和揭示。
失效机制是导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。
此过程的诱发因素有内部的和外部的。
在研究失效机制时，通常先从外部诱发因素和失效表现形式入手，进而再研究较隐蔽的内在因素。
在研究批量性失效规律时，常用数理统计方法，构成表示失效机制、失效方式或失效部位与失效频度、失效百分比或失效经济损失之间关系的排列图或帕雷托图，以找出必须首先解决的主要失效机制、方位和部位。
任一产品或系统的构成都是有层次的，失效原因也具有层次性，如系统－单机－部件（组件）－零件（元件）－材料。
上一层次的失效原因即是下一层次的失效现象。
越是低层次的失效现象，就越是本质的失效原因。
故障树分析法自60年代以来迅速发展的系统可靠性分析方法,这种方法用树状图对系统进行演绎分析,从所定义的“不希望事件”开始,在给定的边界条件下,按系统失效的规律，分析到系统的硬件故障、人为差错、环境影响等。
材料失效分析课程设计 教学大纲
《材料失效分析》课程设计教学大纲制定依据：本大纲根据2014版本科人才培养方案制定。
课程编码：E0481184周数：1学分数：1适用专业：金属材料工程先修课程：材料科学基础、金属工艺学等考核方式：考查一、课程设计的目的与作用《材料失效分析》课程设计是机械工程学院金属材料工程专业的一门主要的专业课和必修课，是在完成《材料失效分析》课程理论教学以后所进行的重要实践教学环节。
本课程的学习目的在于使学生综合运用《材料失效分析》课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识，进行材料失效分析的实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。
通过课程设计实际训练，为毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。
二、课程设计的内容与基本要求1、《材料失效分析》课程设计的内容（1）明确设计要求，根据材料失效分析基本思路拟定分析程序；（2）分析和探究材料失效的基本原因；（3）根据失效原因，提出建议措施；（4）写出分析报告或小论文。
2、《材料失效分析》课程设计的基本要求（1）《材料失效分析》课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。
在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。
（2）《材料失效分析》课程设计应在教师指导下独立完成。
学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。
（3）设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。
任何设计都不能凭空想象出来，利用已有资料可以避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证。
另外任何新的设计任务又总有其特定的设计要求和具体工作条件，因而不能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。
（4）学生应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。
学生应要求阅读15篇以上相关性文献；写出论文一篇，题目形式为《XX失效分析》。
三、课程设计指导方式（一）指导教师资格及职责1、教师资格：指导教师必须由具有讲师及以上职称或硕士研究生及以上学历教师担任（优先选择具有工程实践经验的教师）。
材料失效分析 教学大纲
材料失效分析一、课程说明课程编号：420218Z10课程名称（中/英文）：材料失效分析/ Failure Analysis of Materials课程类别：专业教育课程（专业选修课程）学时/学分：2/32先修课程：物理化学、工程材料基础适用专业：航空航天工程材料科学与工程教材、教学参考书：1. 庄东汉著，《材料失效分析》，华东理工大学出版社，2009年。
2. 查利R.布鲁克斯阿肖克.考霍莱著；谢斐娟孙家骧译，工程材料的失效分析，机械工业出版社，2003年3. 张栋著，《失效分析》，国防工业出版社，2005.5。
4. 钟群鹏著，《材料失效诊断、预测和预防》，中南大学出版社，2009.2。
二、课程设置的目的意义本课程是材料类各专业一门应用性较强的专业教育课程。
通过本课程的学习，使学生掌握材料失效分析的基本原理和评价分析方法，了解金属、高分子聚合物和无机非金属材料的失效特征，分析材料研发、生产和使用过程中失效的原因，提出预防和改进材料失效的措施。
有助于学生掌握材料失效分析研究基本方法和技能以及常用的材料失效分析手段，有助于培养学生分析问题和解决实际问题的能力。
三、课程的基本要求知识: 通过本课程的学习，学生应了解不同材料（包括金属材料、聚合物材料和无机非金属材料）的断裂机理和断口形貌特征，复合材料的失效分析，掌握材料的失效评价分析方法，分析材料研发、生产和使用过程中失效的原因，提出预防和改进材料失效的措施。
能力: 建立从材料设计、组织控制、制备加工到性能评价与工程应用的概念体系，理解材料科学与工程内涵，学会分析材料问题的方法，初步具备对于工程制件的选材、识材与用材的能力。
素质:通过课程中的分析讨论培养分析沟通交流素质，建立工程材料失效分析的思维模式，提升改进提高材料性能、预防材料失效的基本素质。
通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。
四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求六、考核方式及成绩评定七、大纲主撰人：大纲审核人：。
材料失效分析
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：材料失效分析是一门多学科交叉的综合性学科，在材料研究、安全生产、事故分析和社会发展等方面有重要的地位和作用。
它涉及内容广，工程背景强，技术难度高，承担责任大，尤其对基础材料的制备、新材料的研发、新产品的开发、结构的可靠性分析、事故的责任认定和时间的预测预防等都具有理论意义和工程价值。
本课程主要介绍了失效分析的基本概念、基础理论和表征方法，深入浅出地介绍了如何运用基础理论和基本方法分析解决实际问题。
2.设计思路：材料失效形式主要包括断裂失效、腐蚀失效、磨损失效，加工缺陷与失效，本课程以材料失效的各种形式为主线，主要介绍常用的失效分析方法和各种失效形式的主要特点，旨在培养和训练学生运用已有的基础知识和基本方法去分析解决实际问题的综合能力，同时增强其探索能力和创新能力。
课程内容主要包括六个模块：总论（材料失效分析的基本概念）、失效分析基本方法、材料的断裂失效形式与机理、材料的腐蚀失效形式与机理、材料的磨损失效形式与机理、金属构件加工缺陷与失效。
- 6 -（1）总论（材料失效分析的基本概念）：主要内容包括材料失效分析的基本概念、特点和发展概况。
要求同学们掌握失效分析的定义和基本内容，理解材料失效分析的基本特点和意义，了解失效学的发展史及概况。
重点掌握材料失效包含的几种主要情况和基本模式。
（2）失效分析基本方法：主要内容包括失效分析的基本思路和程序；材料失效分析的基本检测方法。
要求同学们掌握材料各种性能，包括组成成分、热性能、电性能、力学性能等的基本检测方法，理解失效分析的思路、方法、程序和基本步骤，了解各种性能检测方法的基本原理。
重点掌握各前续课程及专业知识在失效分析中的作用，引起失效的各种原因，及失效分析中检测方法的适当选择。
（3）材料的断裂失效形式与机理：主要内容包括材料的失效形式，外力类型与材料性能，材料安全设计准则，材料的断口，脆性断裂失效分析，韧性断裂失效分析，疲劳断裂失效分析，蠕变断裂失效分析，金属材料的失效模式与机理的关系。
第13章 材料失效分析教材
抗脆断设计：思路，设计分类，结构设计，试验 批量 抗脆断结构设计：降低最大应力，改善零件的腕 力状况，弹性强化和塑性强化 几种主要防脆断设计方法：基于 KIC的设计，按 许用缺陷尺寸设计，按一定要求的防脆断设计，按脆 性转变温度设计。
第十三章 材料失效分析
思考题
1、材料的失效形式主要有哪些？ 2、简述常用的失效诊断技术与方法。 3、如何进行材料的失效预测？ 4、如何提高材料的使用寿命？
1、材料的失效形式主要有哪些？ 失效的形式：断裂失效；非断裂失效 断裂失效：韧性断裂，低温断裂，辐射脆化 ，氢化，应力腐蚀，液固金属脆化，液体浸 蚀，高温应力断裂
非断裂失效：变形（弹性、塑性）、腐蚀（ 氧化、电化学），磨损（磨粒、粘着）
2、简述常用的失效诊断技术与方法。
1、断口诊断技术和方法 断口准备：清理，保护，选取 诊断设备和技术：宏观（体视显微镜，100倍），微观 （金相、SEM、TEM、EPMA、XRD、XPS等） 断口形貌诊断：宏观诊断分析（查找断裂源，分析断裂 形式）
抗机械疲劳设计：减少应力集中，表面处理，局 部应力应变法，损伤容限设计，概率疲劳设计 抗腐蚀疲劳设计：避免死角残留腐蚀介质，铆钉 连接处，焊接接头，轴键连接，加装扰流导板或缓冲 板，涂层保护，应用缓蚀剂，牺牲阳极保护， 抗应力腐蚀设计：减少应力集中，控制加工（钻 孔、焊接）过程应力，减少结构偏心，避免复合应力 集中。
4、综合诊断技术和方法 思路和程序（技术路线和诊断方案），失效模式（ 断裂，非断裂），失效原因，失效机理
《失效分析》教学大纲
《失效分析》教学大纲课程编号：C064220730课程名称：失效分析课程类型：专业拓展课英文名称：Fracture Analysis适用专业：过程装备与控制工程总学时：24学分：1.5一、课程的性质、目的和任务失效分析是过程装备与控制工程专业本科生的专业拓展课。
它是一门专业技术综合课程，主要通过对各种损坏构件的故障进行分析，论述如何提高金属构件的质量和设备的安全可靠。
应用失效分析技术，可以指导各类产品的设计、选材、加工、寿命评估、质量检测及管理等工作。
目的：旨在使学生掌握各种失效特征及原因、影响产品质量的各种因素、解决构件早期失效的措施，能够通过本课程学习具有一定的构件的故障分析及排除能力。
任务：要求学生掌握静载荷作用下的断裂、疲劳断裂、磨损与腐蚀、技术构件加工缺陷等引起的时效分析的基本方法。
二、课程教学的基本要求本课程的重点是讲授失效分析的基础知识、基本方法，及静载荷作用下的断裂、疲劳断裂、磨损与腐蚀、技术构件加工缺陷等引起工件失效的特征、分析思路和方法及防护措施。
要求学生具备下述能力：（1）、熟悉常用金属构件的各种失效特征及影响因素（2）、掌握引起失效的常见原因及预防措施（3）、掌握失效分析常用的分析方法和设备（4）、能够对一般的失效件进行分析三、课程教学内容1.概述1.1失效与失效分析1.2失效分析的意义教学要求去：掌握失效的概念，了解失效分析的意义以及失效分析学及概况。
重点难点：失效的概念。
学时分配：2学时2.失效分析基础知识2.1机械零件失效形式与来源2.2应力集中与零件失效2.3残余应力与零件失效教学要求：掌握零件失效的形式，了解零件失效的来源，了解应力集中与残余应力。
重点难点：零件失效的形式。
学时分配：4学时3.失效分析基本方法3.1失效分析的思路及方法3.2失效分析的程序及步骤3.3断口分析教学要求：掌握失效分析的原则及步骤；了解断口处理方法及断口的宏观、微观分析。
重点难点：失效分析的步骤，断口分析。
材料失效分析复习大纲.doc
材料失效分析复习大纲一、材料失效分析总论1、 失效定义：指产品(构件)因微观结构和外观形态发牛变化而不能满意地达到规定的功能。
2、 失效的微观结构：原子的电子结构、原子间相互作用、原子团三维分布、显微组织形态。
3、 失效的外观形态：局部腐蚀、局部磨损、过度变形、表面异物。
4、 失效分析的内容(5项)：判定失效模式、界定失效缺陷、鉴定失效机理、确定失效起因、 提出解决对策5、 失效的五种模式：断裂、腐蚀、磨损、畸变、衰减。
6、 失效机理：是致使构件失效所发生的物理、化学的变化过程，即失效的微观机制。
比如： 腐蚀模式下的电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶界腐蚀、点蚀等。
7、 失效的影响因素：材料选用不适、结构设计欠妥、制造质量一般、安装方式不当、检测方 法常规、组织性能劣化、维护过程疏漏、人员操作有误、工况介质复杂、外部环境变化、失效 机理不明、防护措施简单、理制度不严(注意：考试时不要求全部列出，写出几种因素即可)8、 失效分析的八个方面：设计、材料、制造、安装、检验、操作、维护、环境。
9、 失效分析的主要步骤：(1) 现场检查：运行史、工艺流程、图纸核对、取样等；(2) 外观检测：断口(缺陷)宏观形态及异物等观察与分析；(3) 微观分析：断口(缺陷)的微观形貌观察与成分测定；(4) 性能检验：材料力学、物理、化学等性能的试验评定；(5) 环境评估：工况介质、异物等测试与评价；(6) 模拟试验：失效现象的再现和验证(按需进行)；(7) 事故结论：分析结果必须快速、正确；(8) 解决对策：治理方案应该简单、有效。
10、失效分析工作者应有的素质:实事求是，客观公正，敬业负责； 深入现场，观察迹象，寻找旁证； 宏观是表象，微观是本质，分析要精准; 勤学多问，理论与实践相结合； 个人知识有限，集体力量无限； 前后一致，因果一致，推论可信； 分析快速，结论正确，实施有效。
二、金属的断裂1、脆性断裂特点：①断裂口寸承受的工作应力很低，一般低于c0. 2；②裂纹源总是从内部的宏 观缺陷处开始；③TI ,脆断倾向仁 ④断口平齐、光亮，且与正应力垂直，断口上常呈人字 纹或放射性花样。
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Chapman & Hall
Lawrence C. Wagner
Failure Analysis of Integrated Circuits
Kluwer AcaAS
Microlectronics Failure Analysis
ASM International
教材和教学参考资料（不少于 5 种）
作者
教材或参考资料名称
出版社 出版年月
Failure Analysis of Engineering
C. R. Brooks & A. Choudhury
Materials(译本)
McGraw-Hill
钟群鹏主编
材料失效诊断、预测和预防
中南大学出版社
2002 2003.2
Elsevier
Vishu Shah
Handbook of Plastics Testing and Failure Analysis, 3rd edition
John Wiley & Sons,Inc.
Puligandla Viswanadham
Failure Modes and Mechanisms in Electronics Packages
2009
2016
2007 1998 1999 2016
本课程共有 36 学时， 教学内容及进度安排如下：
第一章 材料失效分析概论
4 学时
第二章 材料的断裂失效形式与机理 2 学时
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理 2 学时
第四章 材料的磨损失效形式与机理 2 学时
第五章 材料表征分析方法
2 学时
第六章 重大设备的失效分析
长期从事失效分析、复合材料等领域的研究。荣获省部级科技进步奖、技术发明 奖 12 项，上海市教学成果奖 1 项，发表期刊论文 270 余篇，其中 SCI 论文 110 余篇，授权国家发明专利 30 项，编写《Handbook of Materials Failure Analysis with Case Studies from Oil and Gas Industries》1 章（Elsevier, 2016），编制国家行 业标准 1 项(YB/T4610-2017)。曾获上海市育才奖、中国印制电路协会优秀园丁 奖、中国机械工程学会先进工作者、江苏省双创人才、上海市启明星、复旦大学 优秀研究生导师等荣誉。现主讲课程 3 门：《材料科学导论》(上海市精品课 程)、《材料失效分析》（上海市精品课程)和《材料化学－II》(复旦大学研究 生教学成果二等奖）。
《材料失效分析》教学大纲
课程代码
MATE130025.01
编写时间 2019.6 修
课程名称
《材料失效分析》
英文名称
《Materials Failure Analysis》
学分数
*任课教师 /课程负责人
**预修课程
2
周学时
2
杨振国、蒋益明、方晓生、龚嶷/ 杨振国*
开课院系
材料系
普通物理，普通化学，高等数学，材料科学基础
Publishing Limited
Chapter 16 Failure analysis of heat exchanger tubes in petrochemical industry ， Handbook of Zhen-Guo Yang & Yi Gong Materials Failure Analysis with Case Studies from Oil and Gas Industries, Elsevier，pp329-352.
课程性质： 请根据教学培养方案上的课程性质在以下 4 个栏目中选择。
综合教育课程
□
文理基础课
□
专业必修课程
□
专业选修课
□√
教学目标： 材料失效分析是为查明材料失效原因并采取措施防止同类事故再发生而开展
的一切技术活动。它是一门不断发展的、多学科交叉的综合性学科，在材料研 究、安全生产、事故分析和社会发展等方面具有重要的价值和作用，尤其对基础 材料的制备、新材料的研发、新产品的开发、结构的完整性分析、事故的责任认 定、事件的预防预测等有着明显的科学和工程意义。
*如该门课为多位教师共同开设，请在对课程负责人加以注明。 1. 蒋益明教授：讲授材料表征分析方法中有关电子
材料及器件的腐蚀分析； 2. 方晓生教授：讲授材料表征分析方法中有关纳米
材料及其纳米功能电子器件的安全性与可靠性； 3. 龚嶷青年副研究员：讲授材料表征分析方法中有关
微电子芯片的失效分析。
ASM Handbook
张栋等编著
Failure Analysis and 10th Ed.，Vol.11
失效分析
Prevetion, ASM International
2002
国防工业出版社 2005.5
E. S. Greenhalgh
Woodhead Failure and Fractography of Polymer Composites
24 学时
考核方式： 最终成绩由平时成绩（30％）、读书报告（30%）和 PPT 介绍（40％）三部
分组成。
**课程网络资源： 课程网址是: /d201339/main.psp
**主讲教师教学、科研情况简介： 杨振国，博士、博导、二级教授。现任中国科协全国金相与显微分析学科科学传 播专家团队首席专家，中国机械工程学会失效分析分会失效分析专家，上海市安 全生产核心专家，中国机械工程学会、中国体视学学会、中国表面工程协会理 事，中国机械工程学会失效分析分会副理事长，中国电子电路协会全印制电子分 会副会长，中国体视学学会金相与显微分析分会、中国表面工程协会电镀分会常 务理事，中国硅酸盐学会玻璃钢分会、中国石油和石化工程研究会理事，上海印 制电路协会顾问，上海市工程材料与应用评价重点实验室学术委员会委员等。兼 任《Engineering Failure Analysis》编委，《电子电镀》杂志副主编,《玻璃钢/复 合材料》、《理化检验/物理分册》、《印制电路信息》杂志编委。
本课程分为理论和应用二部分。理论部分主要介绍材料失效分析的基本概 念、基础理论和表征分析方法，应用部分主要涉及重大工程材料的典型失效案例 分析。课程特别强调理论与实际相结合，精选出二十多个重大工程失效案例进行 示范性分析，通过案例讲解和课堂讨论，培养和训练学生的学习能力、创新能 力、知识运用能力、动手能力和表述能力，增强探究能力、分析能力和综合能 力，为学生如何解决工程中的实际问题提供扎实的基础知识和分析方法。