失效分析通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，也就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。失效分析是一门综合性的质量系统工程，是一门解决材料、工程结构、系统组元等质量问题的工程学。它的任务是既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，又要找出纠正和预防失效的措施。

按照失效分析工作进行的时序（在失效的前后）和主要目的，失效分析可分为事前分析、事中分析和事后分析。

1）事前分析，主要采用逻辑思维方法（如故障树分析法、事件时序树分析法和特征-因素图分析法等），其主要目的是预防失效事件的发生。

2）事中分析，主要采用故障诊断与状态监测技术，用于防止运行中的设备发生故障。

3）事后分析，是采用实验检测技术与方法，找出某个系统或零件失效的原因。

通常所说的失效分析是指的事后分析，本书介绍的内容也侧重于此。实际上，事前分析和事中分析必须以事后分析积累的大量统计资料为前提。

失效分析学是人类长期生产实践的总结，是研究失效分析预测预防的理念、理论、技术、方法和管理的新兴交叉综合的分支学科。与其他学科相比，有两个显著的特点：一是实用性强，即它有很强的生产使用背景，与国民经济建设存在着密切关系；二是综合性强，即它涉及广泛的学科领域和技术部门，图1-1给出了失效分析学与其他学科的关系。

应该指出，失效分析与生产现场所进行的废品分析在所涉及的专业知识、采用的思想方法及分析手段等方面，有许多共同之处。但是，二者在分析的对象、分析的目的及判断是非的依据等方面是不同的。

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图1-1 失效分析学与其他学科的关系

失效分析的对象是在使用中发生失效的产品。这些产品通常是经过出厂检验合格的，即符合技术标准要求的产品（在个别情况下也有漏检的废品）。分析的主要目的是寻找失效的原因。漏检和技术标准不合理都可能是失效的原因，如果属于后者，则应对技术标准进行修改。

废品分析的对象是不符合技术标准的产品及半成品。它所讨论的问题是产品及半成品为什么不符合技术标准的要求。至于产品的技术标准是否正确则不属于废品分析要解决的问题。

在失效分析时应将二者区分开来。例如，在分析某零件发生断裂的原因时，不能简单地根据该产品的某项技术指标不符合标准要求，就作为判断失效原因的依据。这一结论可能正确，也可能完全不正确。

例 模数为7mm的传动齿轮，采用20CrMnTi钢制造，经渗碳淬火与低温回火处理。技术要求是：渗碳层的硬度为58～63HRC，心部硬度为32～48HRC，马氏体及残留奥氏体不大于4级，渗碳层深度为1.3～1.5mm。该齿轮在使用中发生断齿失效，试分析断齿原因。

分析一 按技术要求对该齿轮进行常规检查，其结果是：渗碳层硬度为62HRC，心部硬度为42HRC，马氏体及残留奥氏体为3级，均符合要求，但渗碳层深度为1.1mm，不符合技术要求。对于这个齿轮，如果在出厂前发现渗碳层深度低于技术要求而判为不合格品，这是无可非议的。但是现在要处理的问题是齿轮为什么发生断齿，那就不能简单地认定是渗碳层深度不足而引起的。

分析二 按失效分析的观点，在进行上述常规检查后应做进一步分析。分析表明，断口为宏观脆性断裂（掉下的齿形呈凸透镜状），众多初裂纹源于表面加工缺陷处。经快速扩展后引起断裂，属过载类型的宏观脆性断裂。根据上述分析，该齿轮断齿失效是由于齿根加工质量不良产生的严重应力集中引起的。其改进措施应是提高齿根的加工质量、减少应力集中及防止过载。实践证明，这一分析结论是正确的。按照分析一的观点，如果增加渗碳层的深度至1.3～1.5nm，虽然符合技术要求，但由于渗碳层的脆性进一步加大，不但解决不了此类断齿问题，而且会增加此类断齿的危险性。

同样，失效分析所进行的研究工作也不能等同于某一学科某一问题的实验研究和理论分析。失效分析研究工作侧重点在于一个零件所发生的具体失效原因和失效过程，具有很强的工程针对性和适时性；而一般的实验研究目的带有一定的普遍性。普遍性的研究可以作为失效分析的理论基础，而失效分析又可以成为理论研究的出发点，两者既有区别，又相互联系，相互促进。例如，一个零件发生脆性断裂，初步分析有回火脆性的可能。失效分析的过程就是确定该零件所用材料的回火脆性特点和零件的回火工艺，是否具备回火脆性断裂的特征和条件，同时要考察零件的加工、安装、使用历史，从而得出结论。而同一种材料的回火脆性特性的研究则可以不考虑加工、使用等因素，可以在实验室条件下揭示材料发生回火脆性的本质、条件及影响因素。