Page 52 - 理化检验-物理分册2025年第三期
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杨振国：失效分析体系的新诠释
式描述清楚，等于找到了失效原因。这种对失效模
失效模式
式物理概念的混淆，误导了一些失效分析工作的初
失效原因 失效形式 学者。因此，很有必要正本清源，对失效模式的物理
失效分析 含义进行科学解释，揭示其物理本质。
事实上，通过目视检查或手机拍照的方式，就
失效机理 失效缺陷 可以初步识别失效模式，大致判断出构件属于哪种
类型的失效，无需借助其他的物理分析方法。根据
图 2 失效分析新体系
大量的失效案例呈现的失效形貌特征，工程材料的
中发挥着至关重要的作用，它们相互衔接、相互验 失效模式一般分为4个大类：断裂失效模式（fracture
证，共同构成了一套完整的失效分析新体系。 failure mode）；腐蚀失效模式（corrosion failure mode）；
具体而言，失效模式的初步判定是整个分析的 磨损失效模式（wear fracture failure mode）；畸变失
起点，它是对失效现象的详细观察和描述，为后续分 效模式（distortion failure mode）。其中，畸变失效模
析指明大致方向。失效形式的清晰界定则进一步明 式是笔者近10年在国内外失效分析学术会议上提
确了具体的分析对象及其缺陷的主要性质，为深入 出的。
探究奠定基础。失效缺陷的精准认定是整个分析过 失效模式类型多样，一般与外力作用、材料性
程中最为关键的一步，它直接关系到失效分析是否 质、使用条件、结构型式等有很大关系。根据不同学
具有实际意义，必须精准定位到失效的源头。失效 科的性质，失效模式也可以称为机械失效模式、材料
机理的科学鉴定则是通过微区的表征分析以及其他 失效模式、物理失效模式、化学失效模式、电气失效
的介质分析、表面分析等，揭示缺陷形成时在材料内 模式、电子失效模式、软件失效模式、衰减失效模式、
部发生的物理、化学等多方面的损伤变化过程及其 环境失效模式、生物失效模式、管理失效模式等。文
产生的原因。而失效原因的正确确定则是失效分析 章聚焦的是与外力密切相关的、应用最为广泛的机
的最终目标，它是通过系统完整的综合分析来决定 械失效模式或材料失效模式。
的，从而为后续改进措施的制定提供可靠的依据。 2.1.1 断裂失效模式
在这一整体分析过程中，前一个环节为后一个 断裂失效模式是指构件在外力作用下发生断裂
环节提供指引，后一个环节则为前一个环节提供实 引起的失效，形貌特征显示在断口上。
证和复现，二者相辅相成。通过这种紧密的衔接与 根据断口形貌特征，比如变形程度、凹坑分布、
相互验证，失效分析新体系能够为失效原因的确定 平整度、粗糙度及颜色等，断裂失效模式进一步分为
提供坚实的理论依据和可靠的数据支持，从而为解 脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂等。这是
决方案的制定奠定基础。 对断口形貌特征的进一步描述，有时称为断裂的二
2.1 失效模式 级失效模式。
失效模式是构件失效后的外观表现形式。对于 断裂失效模式是以断口形貌为分析对象，通过
结构材料，失效模式指的是构件失效后呈现的宏观 细致的观察和分析，初步辨别失效类型，为后续研究
形貌特征及其损伤现象，也称失效类型。对于电子 提供大致的分析方向。然而，构件发生意外的失效
材料，失效模式是指器件失效后的外在表现形式 。 有时是多因素引起的，因而失效模式呈现混合型形
[7]
一般而言，失效模式是对构件失效后的表观现 态。例如，断口上有断裂与腐蚀、断裂与磨损、断裂
象进行大致描述，比如断裂、腐蚀、磨损等。不论是 与畸变、腐蚀与磨损、磨损与畸变等交互作用留下的
结构材料还是功能材料，失效模式均相当直观，反映 复杂形态。在这种情况下，失效模式的识别变得困
构件失效后的表现现象。它既不涉及失效机理，也 难，稍有不慎，有可能把主因和次因的关系颠倒。因
不涉及失效原因，仅是失效现象的概要描述，不论及 此，针对多因素引起的失效，失效模式的判定需要结
为什么失效 。然而，国内一些学者未能正确理解 合运行条件和微观分析，再通过失效机理的鉴别，最
[8]
失效模式的物理含义，不恰当地将其视为失效分析 后才能确定是什么样的失效模式。如果失效模式判
的核心。有的将失效模式划分为一级、二级、三级、 定有误，随后的研究会遇到极大的麻烦，逻辑关系不
四级等不同级别；也有的将失效机理和失效原因误 清晰将会对失效原因误判。这也是现实中有那么多
作为失效模式的组成部分；还有的认为只要失效模 重复失效案例发生的原因。
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