本书从航天产品金属零部件失效常用检测方法、航天产品金属零部件常见失效形式及诊断，以及航天产品金属零部件失效预防措施等方面进行了系统的知识梳理和技术方法论述，对航天业界开展型号金属零部件失效分析工作具有重要的指导价值，对拓展航天科研技术队伍的知识面有积极作用，是一部具有航天型号产品特点的金属零部件失效分析专业技术文献。

本书既可以作为失效分析人员的参考书和工具书，帮助其快速、准确地确认失效模式，判断失效原因，也可为设计、生产、维修等人员提供参考和借鉴。

序

在《航天产品金属零部件常见失效与预防》一书面世之前，航天业界尚未见到如此系统论述失效分析的专著，在称赞作者的同时，还要感谢航天科工出版基金的资助。

航天产品是公认的高技术、高投入、高风险的复杂系统工程产物，一般涉及多个系统、分系统以及各种结构件、功能单元等，包含各类软件和成千上万的零部组件以及电子元器件，任何一个零部组件以及电子元器件的失效所带来的后果具有不可承受之重，美国“挑战者”号航天飞机在1986年1月28日的第10次飞行中，因固体助推器密封环失效而导致机体在空中爆炸的巨大灾难就是惨痛的教训。

可靠性是航天产品的关键质量指标，可靠性分析技术更是质量保证的核心。在防范失效的方法研究中，我国形成了以系统可靠性分析技术为代表的失效模式和影响分析程序等规范。通过事前开展识别潜在的失效模式、失效原因及其对系统性能影响的系统化程序，期望通过在开发周期的早期阶段进行分析，成功获得消除或减少失效模式的最佳费效比。尽管如此，在航天型号所发生的质量故障中，失效仍然占很大比重，因此通过事后分析研究失效仍然是当前普遍开展的技术和管理活动。

如本书作者燕翔先生所言，失效分析是一门发展中的新兴理论与实践紧密结合的学科。的确，失效分析涉及广泛的学科领域和技术门类，开展这项活动需要具备一定的科学技术基础、分析测试技术能力和工程实践经验，但我以为，更加需要对事物探究的一种科学精神。开展失效分析是我们认识客观事物的一把钥匙，当我们通过努力寻找到了失效问题的本源后，必然会提高对事物的认知水平，从而采取有效的技术措施和管理策略，推动技术的进步和产品性能的提高。

实践出真知，成功来源于一以贯之的坚守。作者深耕失效分析工作近20年，通过不断地研究失效分析基本理论和技术，归纳总结著述的《航天产品金属零部件常见失效与预防》一书，在航天产品金属零部件失效常用检测方法、航天产品金属零部件常见失效形式及诊断，以及航天产品金属零部件失效预防措施等方面进行了系统的知识梳理和技术方法论述，对航天业界开展型号金属零部件失效分析工作具有重要的指导价值，对拓展航天科研技术队伍的知识面有积极作用，是一部具有航天型号产品特点的金属零部件失效分析专业技术文献。

当前，我国进入高质量发展阶段，也正从航天大国向航天强国迈进，航天肩负着国家安全、经济发展和科技强军的重任，航天型号需要不断地创新发展，也需要汲取经验教训。以史为鉴知兴替，书中典型失效分析案例就是最好的警示。希望《航天产品金属零部件常见失效与预防》一书的出版，能提高航天型号产品的质量可靠性，能为更多的专业技术和管理人员提供有益的帮助。

2021年4月20日

前言

失效分析是一门发展中的新兴理论与实践紧密结合的学科，近年来逐渐从军工向民企普及，它是判断产品失效模式、查找产品质量问题原因、提出预防再失效对策的技术和管理活动。失效分析虽然不出产品，但有较高的经济效益和社会效益。在航天领域，追求产品质量可靠性是航天人永恒的目标，在经历一次次失败后，航天人痛定思痛，不断总结、完善、提炼后创造了具有航天质量特色的“双五条”技术归零和管理归零质量管理方法，它着眼质量问题本身，着力通过技术上的分析、管理上的改进，以达到系统预防、提高航天产品质量水平的目的。判断失效模式、研究失效机理、推演失效过程、指明失效原因、提出改进措施是失效分析的主要内容，也是航天产品质量问题技术分析的核心任务。应该说，失效分析的研究成果构成了航天质量问题归零，特别是技术归零的重要组成部分。随着航天产品技术更替发展，失效分析将会占据更加重要的地位。目前，国内关于失效分析的论文、专著日益繁多，涉及领域也日益丰富，但关于军工产品失效的书籍，基本都是航空行业的一些案例汇编、技术专著和论文集，具有突出的航空产品特色，对从事航天产品的技术人员而言，参考和借鉴的指导性有限。作者工作近20年来，主持完成了500多例航天产品零部件失效分析工作，逐渐掌握了航天产品金属零部件失效的一些特点和规律，在运用失效分析基本理论和技术的基础上，全面归纳、总结后编著了《航天产品金属零部件常见失效与预防》一书，具有系统性、实用性和一定的独创性。

本书共7章，第1章介绍了失效分析基本概念，第2章介绍了航天产品金属零部件失效分析常用检测及分析方法，第3章介绍了失效分析常用样品的制备技术，第4章介绍了航天产品金属零部件常用材料及特点，第5章介绍了航天产品金属零部件常见失效形式及诊断，第6章介绍了航天产品金属零部件失效预防措施，第7章介绍了航天产品金属零部件典型失效案例分析。

本书既可以作为失效分析人员的参考书和工具书，帮助其快速、准确地确认失效模式，判断失效原因，也可为设计、生产、维修等人员提供参考和借鉴。

本书的编著得到了中国航天三江集团科技委办公室、湖北三江航天红阳机电有限公司的各位领导和同事的关心和帮助，以及中航工业失效分析中心姜涛、刘德林等专家的大力支持。他们长期奋战在与失效斗争的第一线，理论扎实，经验丰富，许多案例都得到了他们的指导。湖北航天技术研究院特种车辆技术中心的袁罕设计师为本书提供了地面设备相关内容，在此一并表示感谢。

此外，还要特别感谢湖北三江航天红阳机电有限公司的张喜庆总助，他是我多年的老领导，工作严谨细致，知识广博，从出版申报到初稿审核给予了极大的支持和帮助，并为本书作序。

本书是作者多年来工作经验的沉淀和积累，力争把自己所了解、所掌握的全部知识以图文并茂的方式展现给各位读者，但由于作者水平有限，而失效分析又是一门理论性和实践性很强的工作，错漏之处在所难免，还望读者批评指正并提出宝贵意见。

作者

2021年4月30日

燕翔，男，1977年8月出生，高级工程师，中航工业注册失效分析师，工作近20年一直主要从事航天金属部件损伤与失效分析，航天构件先进连接技术微观组织与力学性能分析与评价工作。先后在刊物和省级刊物发表论文30余篇，发表国防科技报告20余篇，主笔起草航天行业标准1项，参与起草国军标1项。参与或主持集团、院级工艺技术研究课题近20项。

目录

第1章失效分析概述1

1.1失效分析的基本概念1

1.1.1术语及定义1

1.1.2失效分析的任务2

1.2失效分析的主要支撑技术4

1.2.1失效分析技术简介4

1.2.2痕迹分析技术4

1.2.3断口分析技术5

1.2.4有限元分析在航天产品金属零部件失效分析中的应用7

1.3失效分析与相关学科的关系12

1.4失效分析思路和方法13

1.5失效分析的一般程序14

1.6航天产品金属零部件失效分析基本流程和内容16

1.7航天产品金属零部件常见失效模式18

1.8国内有关失效分析的标准及期刊19

1.9失效分析人员素质和专业要求20

1.10失效分析的作用和意义21

第2章航天产品金属零部件失效分析常用检测及分析方法23

2.1宏观分析23

2.2光学金相分析24

2.3电子微观分析25

2.3.1扫描电子显微分析25

2.3.2透射电子显微分析25

2.4化学成分分析26

2.4.1材质化学成分分析27

2.4.2表面微区化学成分分析27

2.5力学性能测试28

2.6残余应力测试29

2.7无损检测29

2.7.1超声检测29

2.7.2X射线检测30

2.7.3涡流检测30

2.7.4磁粉探伤30

2.7.5渗透探伤31

第3章失效分析常用样品的制备技术32

3.1光学金相样品制备32

3.2透射电子金相样品制备34

3.3硬度样品制备36

3.4断口分析样品制备36

第4章航天产品金属零部件常用材料及特点38

4.1航天产品金属零部件选材一般原则38

4.2航天用结构钢39

4.2.1调质钢39

4.2.2表面硬化钢40

4.2.3弹簧钢42

4.2.4轴承钢43

4.2.5高强度钢43

4.2.6超高强度钢43

4.3航天用不锈钢45

4.3.1马氏体不锈钢45

4.3.2铁素体不锈钢46

4.3.3奥氏体不锈钢46

4.3.4铁素体奥氏体双相不锈钢47

4.3.5沉淀硬化不锈钢47

4.4航天用铝合金49

4.4.1铸造铝合金49

4.4.2变形铝合金49

4.5航天用钛合金53

4.5.1α型钛合金55

4.5.2β型钛合金57

4.5.3α+β型钛合金57

4.6航天用铜合金58

4.7航天用高温合金60

4.7.1固溶强化型高温合金60

4.7.2时效强化型高温合金62

4.8航天用伪合金62

第5章航天产品金属零部件常见失效形式及诊断64

5.1航天产品结构形式及特点64

5.1.1上面级产品简介64

5.1.2地面级产品简介64

5.2航天产品金属零部件常见失效形式及特征65

5.2.1裂纹65

5.2.2过载断裂71

5.2.3氢致断裂83

5.2.4疲劳断裂89

5.2.5腐蚀破断101

第6章航天产品金属零部件失效预防措施110

6.1预防航天金属零部件失效通用措施110

6.2预防航天金属零部件过载断裂的措施117

6.3预防航天金属零部件氢致断裂的措施118

6.4预防航天金属零部件疲劳断裂的措施119

6.5预防航天金属零部件腐蚀破断的措施120

第7章航天产品金属零部件典型失效案例分析122

7.1裂纹案例分析122

7.1.1支撑架零件裂纹分析122

7.1.2密封弧片裂纹分析124

7.1.3导管破裂分析126

7.1.4转接支架裂纹分析128

7.1.5带轮裂纹分析130

7.2过载断裂案例分析133

7.2.1选区激光制造阀体开裂分析133

7.2.2铸造铝合金壳体裂纹分析137

7.2.3驻车制动摇臂断裂分析150

7.2.4栅格舵框Ⅰ断裂分析155

7.2.5吊带组件断裂分析158

7.3氢脆案例分析164

7.3.1蒙皮热胀形裂纹分析164

7.3.2弹性卡箍断裂分析167

7.3.3螺栓断裂分析169

7.3.4卡簧断裂分析172

7.3.5叉形销断裂分析176

7.3.6蓄能器抱箍断裂失效分析180

7.4疲劳失效案例分析186

7.4.1扭杆断裂分析186

7.4.2复合环形气瓶爆裂分析191

7.4.3轮辋连接螺栓断裂分析196

7.4.4减速器输出轴断裂分析200

7.4.5工艺爆炸螺栓断裂失效分析207

7.5腐蚀失效案例分析215

7.5.1螺钉组件表面多余物分析215

7.5.2安装支架零件表面颜色异常分析219

7.5.3导管泄漏分析221

7.5.4端框零件表面黑斑分析224

7.5.5折叠翼扭杆断裂分析226

参考文献230