本文介绍了工程师和材料科学家可以用来调查塑料部件故障的工具、技术和程序。它还提供了一个简要的调查聚合物系统和关键性质，需要在失效分析中测量。它描述了塑料的红外和核磁共振光谱表征，差示扫描量热法，差示热分析，热重分析，热力学分析和动态力学分析。本文还讨论了利用x射线衍射分析固体材料中的晶体相和结构。

将无损评估(NDE)与失效分析结合使用的目标是获得最全面的数据集，以描述损伤的细节，并确定导致损伤发生的因素。无损检验结果可用于确定重点进行切片和金相分析的最佳区域，以便进一步研究构件的状况。本文提供了故障分析可用的检查方法的信息，包括视觉测试、渗透测试和磁粉测试等标准方法。它涵盖了可能影响失效分析的部件性能的各种因素的影响，描述了损伤模式和裂纹大小的表征，最后讨论了将无损检测结果应用于失效分析的过程。

x射线光谱学被普遍认为是可以添加到任何扫描电子显微镜(SEM)的最有用的辅助技术，甚至被大多数操作员认为是必要的。虽然“独立”x射线检测系统在故障分析中的使用频率低于sem中使用的更精确的仪器，但该技术正在进步，并且由于其在现场无损分析和应用的能力而值得注意。本文从基于x射线信号的信息开始。接下来是关于x射线光谱学探测器的工作原理和应用的信息，即能量色散光谱仪，波长色散光谱仪和手持x射线荧光系统。然后介绍了在扫描电镜和手持式x射线荧光分析中涉及的x射线分析过程。文章最后讨论了x射线能谱在失效分析中的应用。

在考虑部件和机械系统的运行和效率时，摩擦和磨损是重要的。在不同的磨损类型和机理中，粘着磨损最为严重。附着导致高摩擦系数，并严重损坏接触面。在极端情况下，它可能导致完全防止滑动;因此，粘着磨损是大多数金属滑动触点失效的基本原因之一，约占典型部件失效的70%。本文讨论了粘合剂磨损的机制和失效模式，包括划痕、磨损、发作和擦伤，并描述了用于评估粘合剂磨损的经典实验室类型和标准化测试所涉及的过程。它包括关于标准擦伤测试、扭曲压缩、平面滑块、负载扫描和划伤测试的信息。在对齿轮磨损进行讨论后，提供了有关材料依赖的粘着磨损和防止粘着磨损的因素的信息。

故障分析是为了确定导致不希望的功能损失的原因或因素而执行的过程。本文旨在演示故障分析工作的适当方法。正确方法的目标是获得最有用和最相关的信息。讨论涵盖失效分析工作的原则和方法，失效分析的目标和范围，失效分析的计划阶段，失效分析协议的准备，失效分析人员使用的实践，以及失效分析的程序。

本文讨论了失败调查开始时所需的组织，并提供了一种带有一些组织工具的方法。它侧重于使用问题解决工具，如故障树分析与批判性思维相结合。讨论涵盖了组织一个好的失败调查的九个步骤。它们如下:理解和协商调查的目标，对故障有清晰的认识，确定所有可能的根本原因，客观评估每个根本原因的可能性，集中于最可能的根本原因，客观清晰地确定所有可能的纠正措施，客观评估每个纠正措施，选择最佳纠正措施，并评估所选纠正措施的有效性。还介绍了对失败调查有害的常见问题。

在物理原因调查期间，故障分析人员的主要任务是确定故障所涉及的事件的顺序。这种识别需要技术技能和工具，但是分析人员还需要一个心理组织框架来帮助评估观察结果的意义。本文讨论了损伤和损伤机制的表征和识别过程。并举例说明了损伤原因、损伤机理和损伤模式之间的关系。此外，还涵盖了一些更普遍和更广泛的损伤机制的表征方法和分类方法。

损坏组件的检查涉及一系列活动，首先需要良好的观察和记录。在收到和记录后，可以记录损坏的特征，并调查其原因，正如本文简要描述的，对于金属部件所经历的典型类型的损坏。本文讨论了损坏材料的视觉或宏观检查过程;断裂特征、腐蚀和磨损损伤特征的解释;并对基材组成进行了分析。它涵盖了冶金样品的选择，失效分析中金相样品的准备和检查，以及微观结构的分析和解释。简要讨论了聚合物和陶瓷材料在失效分析中的检验和评价。

化学分析是任何故障调查的关键部分。通过正确的计划和适当的分析设备，可以从样品中获得无数的信息。本文简要介绍了在失效分析中经常用于化学分析的技术。它描述了在失效分析中批量和微尺度化学分析的一般考虑因素，用于有机或无机材料的最有效的技术，以及使用这些技术的例子。本文讨论了非金属化学分析中涉及的过程。本文还介绍了用于失效分析的化学分析方法的进展。

视觉检查，使用肉眼或低功率光学放大镜，通常是故障调查的第一步之一。本文介绍了扫描电子显微镜检查、光学金相检查和断口表面清洗样品的选择指南。它讨论了金属的损伤表征，包括影响损伤的各种因素，即应力、侵蚀环境、温度和不连续。

本文描述了与应力相关的失效发生后，失效分析人员可以使用的概念和工具来理解和处理变形、开裂或断裂。与确定和使用应力有关的问题被详细描述。定义了应力，并描述了通过应力变换确定最大值来处理应力的程序。本文提供了典型构件几何结构的应力分析方程，并讨论了与构件失效相关的应力分析的一些含义。重点是线弹性断裂力学分析，并提及一些弹塑性断裂力学分析。本文描述了疲劳和断裂的概率方面。还提供了材料裂纹扩展模拟的信息。

失效分析一般定义为对失效或似乎未履行预期职责的部件或结构的调查和分析。现场检查和初步检查的方法也是重建分析人员和材料失效分析人员的关键因素。本文从一个重建分析师的角度，着重介绍了一般的方法和途径。它描述了事故重建的要素，这些要素与比大规模事故复杂程度低的重大事故的失效分析原则在概念上具有相似性。所提出的方法是分析和重建基于物理证据。本文简要回顾了先进数据采集工具和计算机建模的使用和局限性的一些一般概念。详细讨论了破坏性试验的法律含义。

随着故障调查的进行，需要对各种测试和分析的数据和结果进行编译、比较和解释。对于对齐良好的结果，数据解释应该相对简单。然而，当各种测试的结果似乎相互矛盾或不确定时，解释可能具有挑战性。无论如何，最终必须从数据中得出结论。本文讨论了审查数据，制定结论，故障分析报告的准备和写作，并提供建议和后续与适当的人员，以防止未来的故障所涉及的过程。

失效分析是一种调查过程，通过对失效部件断口表面特征的可视化观察，结合部件和环境条件，来确定失效的根本原因。记录故障分析调查中观察到的条件和特征的主要方法是摄影。失效分析摄影成像是科学与艺术的结合;需要经验和适当的成像技术，以产生准确和有意义的裂缝表面照片。本文回顾了应用于现场和实验室故障分析的摄影原理和技术。讨论涵盖了涉及现场和实验室摄影文件的过程，提供了专业数码相机的描述，并提供了关于摄影照明和显微摄影的信息。特殊技术可用于处理高反射条件，本文也将介绍这些技术。

无损检测(NDT)，也称为无损评估(NDE)，包括各种技术来表征材料的无损。本文主要介绍在进行故障调查时可以考虑的典型无损检验技术。本文首先讨论了检测概率(POD)的概念，并以此为基础来确定裂缝检测的统计可靠性。涵盖了表面检测的各种方法，包括视觉检测工具、尺寸计量中的扫描技术，以及磁粉检测、液体渗透检测和涡流检测表面不连续性的常用方法。还介绍了失效分析中用于内部(体积)检测的主要无损检测方法。

在冶金失效分析过程中，用定量化学分析方法鉴别合金是必不可少的一步。金属合金定量分析有几种方法，分析人员应仔细选择所使用的方法。适当分析技术的选择取决于所需的特定化学信息、样品的状况以及相关方施加的任何限制。本文讨论了一些常用的金属定量化学分析技术。介绍了光学发射光谱(OES)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、x射线光谱和离子色谱(IC)的工作原理、应用、优缺点。此外，还提供了燃烧分析和惰性气体融合分析的信息。

金相检验是金相学家在失效分析中最重要的方法之一。通常，光学显微镜(LM)用于评估材料微观结构的性质及其对失效机制的影响。显微结构检查可以用扫描电子显微镜(SEM)进行，放大倍率与LM相同，但后者检查效率更高。本文介绍了制备金相试样的主要操作，即切片、安装、研磨、抛光和蚀刻。讨论了微观结构对材料失效的影响，并举例说明了光学显微镜的价值。此外，还提供了有关热处理相关故障、制造/加工相关故障和服务故障的信息，并使用光学显微镜创建了示例。

扫描电子显微镜(SEM)是研究大多数固体材料微观特征的最通用仪器之一。扫描电镜为用户提供了一个无与伦比的能力，观察和量化样品的表面。本文论述了扫描电镜技术的发展和扫描电镜基本系统的工作原理。所涉及的基本系统包括电子光学柱、信号检测和显示设备以及真空系统。介绍了用扫描电镜观察样品的制备过程，并讨论了扫描电镜在断口学中的应用。本文介绍了韧性破坏、脆性破坏、混合模式破坏和疲劳破坏的破坏机制。最后讨论了显微镜类型和操作参数对图像的依赖性。

本文介绍了用于表征固体表面最外层的三种最流行的技术:俄歇电子能谱(AES)、x射线光电子能谱(XPS)和飞行时间次级离子质谱(TOF-SIMS)。列出了一些更重要的属性，以初步了解这些用于表面化学表征的技术的优点和局限性。本文描述了每种不同技术背后的基本理论、每种技术产生的数据类型以及一些典型的应用程序。还讨论了可以分析的不同类型的样品，以及在准备使用这些表面敏感技术进行失效分析时必须实施的特殊样品处理程序。从不同的材料缺陷获得的数据，提出了每一种技术。所提供的示例突出了每种技术的典型数据集和优点。

工程构件和结构失效表现为多种机制，但最常与一种或多种形式的断裂有关。本文介绍了断口学的主题及其在失效分析中的应用。断裂过程的基本类型(韧性、脆性、疲劳和蠕变)被简要描述，主要是根据断裂的外观。还包括对每个破裂过程的表面、结构和行为的描述。本文提供了一个框架，未来的分析人员可以从该框架开始研究失效调查中感兴趣的组件的断裂。并详细阐述了变形、脆性穿晶断裂、沿晶断裂、疲劳断裂和环境影响断裂的机理。