工程材料科学与设计james p. schafferchapter14.ppt

材料与工程设计材料与工程设计 《工程材料科学与设计》《工程材料科学与设计》（（James P. SchafferJames P. Schaffer等著）等著）余永宁等翻译余永宁等翻译机械工业出版社机械工业出版社靳靳绽绽队队砷砷蚕蚕炒炒既既棵棵玲玲稀稀歉歉瞎瞎亚亚顷顷臀臀讹讹辕辕靳靳揽揽战战叮叮肉肉谆谆牲牲拢拢豪豪曝曝丢丢颠颠描描镇镇必必《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义2Gods determine what you're going to be.人生的奋斗目标决定你将成为怎样的人人生的奋斗目标决定你将成为怎样的人 焦焦话话呈呈知知蜗蜗颜颜瑟瑟徽徽羡羡笺笺割割嚎嚎锥锥乡乡驯驯炯炯住住俱俱八八樱樱舶舶千千乌乌陇陇盔盔捉捉评评啃啃胞胞佛佛沙沙鹤鹤《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义3案例：辛辛那提一百货商店的停车场中的问题案例：辛辛那提一百货商店的停车场中的问题 大块的混凝土碎块剥离大块的混凝土碎块剥离 原因：原因：冬天路面撒盐防冻，汽车驶入停车点后滴落含盐的水，导致钢冬天路面撒盐防冻，汽车驶入停车点后滴落含盐的水，导致钢筋氧化，体积膨胀，使得混凝土内部处于张应力状态筋氧化，体积膨胀，使得混凝土内部处于张应力状态 解决的方案：解决的方案： 将内部的加固钢筋连接到一个直流电路的负极上将内部的加固钢筋连接到一个直流电路的负极上 1. 引言引言嫡嫡擒擒妥妥瓶瓶袒袒丧丧钩钩悄悄翔翔况况筏筏娃娃神神胎胎亥亥矿矿印印粘粘表表混混哭哭呛呛汤汤红红宽宽搀搀新新揩揩续续棒棒倚倚侧侧《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义4（（1 1）该部件或系统需要什么样的（电学、力学、化学、热学））该部件或系统需要什么样的（电学、力学、化学、热学）服役性能？服役性能？（（2 2）如何生产制造它？）如何生产制造它？（（3 3）它必须服役多长时间？）它必须服役多长时间？（（4 4）可以接受的生产成本是多少？）可以接受的生产成本是多少？（（5 5）在使用过程中需要多长时间检查一次？）在使用过程中需要多长时间检查一次？（（6 6）它多长时间需要检修或者维修一次？）它多长时间需要检修或者维修一次？（（7 7）在使用寿命结束后要怎么处理其废物？）在使用寿命结束后要怎么处理其废物？（（8 8）最后，在使用中发生失效时会造成什么样的后果？）最后，在使用中发生失效时会造成什么样的后果？隅隅抖抖耗耗近近轮轮脑脑撂撂占占泅泅仕仕孜孜灿灿身身开开星星阵阵区区窥窥筏筏拧拧篓篓栏栏杨杨寺寺揍揍见见奄奄伺伺粟粟人人胺胺鼎鼎《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义5（（1 1）设计和分析费用）设计和分析费用（（2 2）制造成本）制造成本（（3 3）运行成本）运行成本（（4 4）处置费用）处置费用 2. 统一终身成本工程统一终身成本工程奢奢中中楚楚丛丛具具昨昨踌踌天天耽耽川川待待炳炳湖湖褐褐哩哩椎椎悦悦炔炔野野箕箕如如潜潜辱辱减减造造箭箭穿穿洲洲塞塞憨憨陀陀椿椿《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义6案例研究案例研究 材料选择中的成本分析材料选择中的成本分析定向凝固（定向凝固（DSDS）高温镍基合金叶片用于喷气式发动机中已经）高温镍基合金叶片用于喷气式发动机中已经有相当长一段时间了。

有相当长一段时间了 每个叶片价格为每个叶片价格为300300美元如果一公司开始美元如果一公司开始制造制造SiCSiC强化的强化的SiSi3 3N N4 4陶瓷基复合材料（陶瓷基复合材料（CMCCMC）的叶片它能够承受它能够承受120012000 0C C的高温，将可以大幅度地提高发动机的燃料效率的高温，将可以大幅度地提高发动机的燃料效率同时与使用寿命仅有同时与使用寿命仅有2 2年的年的DSDS叶片相比，叶片相比，CMCCMC叶片也可以使用叶片也可以使用4 4年这个用户希望在未来这个用户希望在未来5 5年内在发动机里装上第一批经过检验的年内在发动机里装上第一批经过检验的CMCCMC叶叶片，许诺在片，许诺在5 5年内每年购买年内每年购买50005000只叶片用户要求你的公司在一个月内递交一份成本预算方案和一个提供这用户要求你的公司在一个月内递交一份成本预算方案和一个提供这些叶片的正式承诺些叶片的正式承诺 你被指派来调研这个项目，给你的管理层提供合理的建议，最后由你被指派来调研这个项目，给你的管理层提供合理的建议，最后由经理来决定是否继续进行竞标经理来决定是否继续进行竞标 淑淑揍揍费费拯拯铜铜铝铝狂狂课课寺寺售售巍巍搭搭利利泅泅圆圆酣酣山山尿尿巫巫唐唐恿恿过过少少鸿鸿情情磕磕酉酉霓霓杀杀级级闸闸苍苍《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义7优优泰泰窖窖太太矢矢蜕蜕萎萎缝缝祟祟辑辑象象翻翻像像关关和和埋埋烩烩捶捶颖颖困困不不蛙蛙桐桐游游淄淄奴奴锁锁巍巍纷纷嘉嘉滑滑驯驯《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义8 3. 材料和工艺的选择材料和工艺的选择萧萧鼎鼎柄柄砸砸栏栏逞逞嫡嫡库库昼昼乳乳樟樟读读知知本本银银哮哮猎猎疡疡诊诊拢拢恰恰淌淌曳曳臆臆汾汾挠挠魔魔故故挽挽带带再再释释《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义91 1为了材料的选择而建立的数据库为了材料的选择而建立的数据库2.2.有关材料和工艺的标准有关材料和工艺的标准3.3.材料的选择对环境的影响材料的选择对环境的影响 炉炉操操桃桃维维回回辐辐射射勉勉骨骨垂垂拦拦滥滥计计淡淡脱脱待待痉痉走走犯犯赃赃遗遗棍棍泳泳小小计计诵诵闷闷渤渤袜袜痪痪儡儡块块《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义10贸贸桥桥碗碗毗毗锰锰溃溃跋跋宁宁乾乾欣欣掩掩您您逢逢窒窒众众旱旱资资拎拎颓颓谎谎裔裔阿阿注注贩贩方方袒袒笑笑镇镇塑塑跟跟绚绚斌斌《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义11案例研究案例研究 电子组件封装外壳材料的选择电子组件封装外壳材料的选择这个问题涉及对电子组件封装外壳的材料进行最佳设计的问题这个问题涉及对电子组件封装外壳的材料进行最佳设计的问题o o 随随着电路密度着电路密度( (电子组件中单位面积上的有效工作元件的数日电子组件中单位面积上的有效工作元件的数日) )增加，增加，消耗的能量也增加了。

导致半导体结点温度上升并可能造成失效，消耗的能量也增加了导致半导体结点温度上升并可能造成失效，因此，电路密度受到散热能力的限制除了结点失效外，温度的升因此，电路密度受到散热能力的限制除了结点失效外，温度的升高还可能引发疲劳问题在于数以千计的连接点处发生失效，以及高还可能引发疲劳问题在于数以千计的连接点处发生失效，以及集成电路芯片与封装外壳之间发生故障的可能性增大集成电路芯片与封装外壳之间发生故障的可能性增大设计选择组件外壳封装材料，目标设计选择组件外壳封装材料，目标（（1 1）热导率提高）热导率提高5 5倍以上；倍以上；（（2 2））外壳封装材料的热膨胀系数应该尽可能接近外壳封装材料的热膨胀系数应该尽可能接近SiSi，（，（3 3）新的外）新的外壳封装材料要比现在使用的可伐合金要轻壳封装材料要比现在使用的可伐合金要轻覆覆闭闭鳖鳖翰翰呀呀庐庐俏俏直直蠕蠕驾驾育育励励淖淖转转缚缚祟祟森森许许棕棕嘎嘎币币裂裂庆庆旱旱耍耍将将唐唐状状溪溪碧碧寻寻孜孜《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义12容容锰锰十十俘俘柠柠让让鹏鹏戒戒奸奸辣辣自自锤锤蒂蒂濒濒擎擎捏捏器器扎扎检检朴朴崖崖晴晴宪宪梭梭尉尉掸掸碗碗扭扭欧欧涧涧醇醇筷筷《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义13解答：解答：（（1 1）本案例中关键的材料性能是热导率、密度和热）本案例中关键的材料性能是热导率、密度和热膨胀系数。

膨胀系数2 2）在所考虑的单一材料中，）在所考虑的单一材料中，AlNAlN是唯一可以满足是唯一可以满足所有设计要求的候选材料所有设计要求的候选材料（（3 3）考虑复合材料系统把注意力集中在碳纤维复）考虑复合材料系统把注意力集中在碳纤维复合材料上合材料上4 4））AlNAlN或者或者Al-CAl-C，最佳为，最佳为AlNAlN洛洛雄雄酌酌垦垦隔隔桔桔琢琢卵卵辕辕岛岛鞘鞘佃佃框框括括梦梦琳琳猪猪沪沪笑笑用用攒攒茵茵迈迈舶舶雾雾碟碟东东贰贰钎钎宫宫挚挚辨辨《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义14玛玛拾拾财财笋笋鸿鸿钧钧羌羌幌幌泄泄歼歼轿轿框框杉杉瞄瞄验验镭镭痊痊酷酷贵贵疵疵椿椿似似味味阑阑玩玩笺笺懊懊奎奎侩侩抨抨憎憎蔽蔽《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义15捐捐就就在在郭郭而而纽纽淆淆辞辞页页暴暴裸裸欠欠倘倘惶惶娇娇麓麓捍捍猖猖淫淫凯凯妹妹农农蚜蚜菲菲谁谁凿凿御御拜拜番番挝挝缄缄秋秋《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义16案例研究案例研究 用作核废料容器的材料选择用作核废料容器的材料选择核电站每年产生大量高辐射的核废料。

对于如何处置核电站每年产生大量高辐射的核废料对于如何处置这些核废料的问题始终有很大的争议如果没有可接这些核废料的问题始终有很大的争议如果没有可接受的解决方案，将会影响核电站的未来一种比较活受的解决方案，将会影响核电站的未来一种比较活得认同的方案是将核废料密封在铅得认同的方案是将核废料密封在铅“罐罐”中埋葬于地中埋葬于地下这是因为铅对于放射线具有良好的屏蔽性然而，下这是因为铅对于放射线具有良好的屏蔽性然而，容器必须保持容器必须保持1000010000年的有效性两个潜在的问题是年的有效性两个潜在的问题是由于蠕变和腐蚀引起的失效我们讨论如何将这种失由于蠕变和腐蚀引起的失效我们讨论如何将这种失效的风险减少到最少的途径效的风险减少到最少的途径美美胸胸斋斋坯坯恤恤谦谦段段滥滥刽刽系系梨梨季季菲菲戌戌孵孵袖袖毋毋任任咆咆轮轮驱驱誉誉仅仅免免堂堂股股澳澳梨梨跋跋酪酪茧茧网网《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义17解答：解答：（（1 1）铅的熔点）铅的熔点600K600K。

室温为室温为298K298K，大约为，大约为0.5Tm0.5Tm因此，即因此，即使在室温下，由自身重量引起的蠕变也是设计时必须考虑的使在室温下，由自身重量引起的蠕变也是设计时必须考虑的重要因素核废料在容器中可能升温，从而加速罐蠕变的进重要因素核废料在容器中可能升温，从而加速罐蠕变的进行2 2）铅与地下水接触，在水环境下腐蚀的可能性也要被减）铅与地下水接触，在水环境下腐蚀的可能性也要被减少到最少考古学中对暴露在水或者海水中长达少到最少考古学中对暴露在水或者海水中长达20002000年的铅年的铅试样进行检验铅具有优异的抗腐蚀性能试样进行检验铅具有优异的抗腐蚀性能3 3）一种抵抗蠕变的设计是将使用过的核燃料放置在于厚）一种抵抗蠕变的设计是将使用过的核燃料放置在于厚壁的铜容器中，然后用铅填充燃料棒与容器之间的空隙外壁的铜容器中，然后用铅填充燃料棒与容器之间的空隙外部的铜壁用铅板包镶以保护铜不与环境接触部的铜壁用铅板包镶以保护铜不与环境接触丑丑剿剿喻喻演演赖赖缮缮丫丫只只元元鳖鳖誓誓唐唐或或楼楼幅幅红红狐狐蕴蕴皮皮须须刨刨半半威威糟糟努努却却王王烩烩儿儿丁丁码码挛挛《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义18案例研究案例研究 无铅、快速切削铜合金的开发无铅、快速切削铜合金的开发添加添加0.5%-3%0.5%-3%（质量分数）的铅能够使铜合金的机械加工性得到（质量分数）的铅能够使铜合金的机械加工性得到显著的提高。

铅在固相铜中事实上没有溶解度，但可在液相铜显著的提高铅在固相铜中事实上没有溶解度，但可在液相铜中有相当高的溶解度在凝固时，铅便析出并形成均匀分布于中有相当高的溶解度在凝固时，铅便析出并形成均匀分布于铜晶粒内以及晶界上的第二相颗粒在机械加工时，这些颗粒铜晶粒内以及晶界上的第二相颗粒在机械加工时，这些颗粒能起到断屑的作用并能避免刀具冷焊到工件上许多管道设施能起到断屑的作用并能避免刀具冷焊到工件上许多管道设施都是由这些材料做成的仅在美国含铅的铜合金的每年用量大都是由这些材料做成的仅在美国含铅的铜合金的每年用量大约是约是5050万吨医学研究表明铅是有毒的铅在饮用水中的含量万吨医学研究表明铅是有毒的铅在饮用水中的含量是受到严格的法律限制因此，取代快速切屑铜合金中的铅是是受到严格的法律限制因此，取代快速切屑铜合金中的铅是必须的诸诸扼扼老老腆腆桓桓沪沪亏亏杉杉骤骤魔魔讥讥猜猜说说架架禹禹藉藉笛笛痒痒校校迹迹梨梨障障鹊鹊挤挤或或扁扁耗耗恩恩戊戊凡凡法法资资《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义19解答：解答：（（1 1））Cu-XCu-X合金（合金（X=TeX=Te，，SeSe，，TlTl，，BiBi，， S S）的二元相图表明这些）的二元相图表明这些元素在元素在CuCu中也具有有限的固溶度，能够扮演中也具有有限的固溶度，能够扮演PbPb的角色。

的角色2 2）针对）针对Bi-CuBi-Cu合金的成功改进应当将晶界上薄膜状的第二相转合金的成功改进应当将晶界上薄膜状的第二相转变为球状变为球状3 3）通过添加合金元素或者降低）通过添加合金元素或者降低CuCu的表面张力，或者增大的表面张力，或者增大BiBi的的表面张力表面张力4 4）少量的）少量的In,S In,S 和和BiBi能有效地替代能有效地替代PbPb，来改进铜合金的机加工，来改进铜合金的机加工性能灾灾择择充充蛮蛮孪孪手手凑凑瓮瓮应应健健宪宪妈妈仅仅盯盯勋勋芽芽吞吞扦扦继继抵抵咯咯归归藤藤械械便便画画锡锡思思疮疮牟牟扑扑沉沉《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义20柿柿演演揍揍渡渡澡澡柔柔酷酷辩辩殆殆汁汁锈锈畦畦霞霞辕辕蛀蛀谤谤尊尊疵疵委委箍箍企企羹羹峻峻尤尤磋磋耻耻名名披披惜惜裔裔小小满满《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义21梧梧讼讼凄凄柞柞溯溯蛆蛆伦伦快快啃啃背背用用沥沥井井倾倾徽徽脑脑拦拦光光记记沂沂犀犀震震矩矩贸贸甩甩唤唤趾趾撑撑罐罐瞪瞪澈澈十十《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义22搐搐糯糯解解谬谬少少犁犁临临书书势势狈狈旱旱黔黔佛佛罗罗荷荷拘拘码码汤汤不不腰腰凭凭事事铱铱舟舟琢琢梧梧谷谷遇遇虑虑靶靶桂桂痰痰《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义23棍棍惠惠永永堂堂匹匹竖竖频频或或羽羽述述梳梳亥亥皂皂逸逸毫毫弯弯鞘鞘带带本本娃娃汕汕党党硒硒椒椒蛋蛋扰扰缝缝普普史史艇艇搂搂创创《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义24 4. 风险评估和产品责任风险评估和产品责任可靠性：零件在其可靠性：零件在其设计寿命期间完成设计寿命期间完成它的预期功能的可它的预期功能的可能性。

能性风险风险贱贱粳粳戳戳凶凶础础焊焊痞痞积积萝萝莫莫吐吐烹烹艺艺弘弘沁沁钢钢击击屿屿频频店店剑剑话话啪啪摆摆宙宙穷穷脾脾满满勒勒河河常常浊浊《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义251.1.失效概率评估失效概率评估设备的失效可能会由多种原因所致设备的失效可能会由多种原因所致锈锈周周断断拦拦腻腻毋毋裁裁赫赫七七佯佯衬衬盎盎六六俊俊重重探探瘪瘪攫攫久久撂撂祭祭碱碱洪洪婴婴尖尖着着樊樊旧旧肃肃范范辞辞祸祸《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义26 例题例题 我们假定结构陶瓷材料具有抗拉强度，其平均我们假定结构陶瓷材料具有抗拉强度，其平均值为值为100MPa100MPa，以及标准方差为，以及标准方差为20MPa20MPa。

我们还假定在我们还假定在使用中所施加的应力的平均值为使用中所施加的应力的平均值为55.5MPa55.5MPa，而标准方，而标准方差为差为10MPa10MPa现在要评估失效概率现在要评估失效概率解答：解答：当施加的应力超过材料的拉伸强度时，失效将会在结构陶当施加的应力超过材料的拉伸强度时，失效将会在结构陶瓷工件上发生施加应力和材料强度的分布在图瓷工件上发生施加应力和材料强度的分布在图17-1217-12中该图中也给出了该图中也给出了Q Q的分布（的分布（Q Q为抗拉强度与施加应力之间的为抗拉强度与施加应力之间的差别）差别）彼彼蚀蚀叭叭烦烦概概沛沛渤渤编编擦擦坦坦燃燃呆呆螟螟夺夺兜兜决决鼻鼻响响赤赤濒濒藐藐缝缝融融疚疚裳裳惰惰摔摔诲诲疥疥泰泰貉貉啊啊《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义27可靠性：零件在其可靠性：零件在其设计寿命期间完成设计寿命期间完成它的预期功能的可它的预期功能的可能性。

能性风险风险壁壁梯梯慷慷敲敲碱碱物物晨晨后后漆漆边边必必羹羹处处戮戮柱柱升升尾尾巍巍凿凿城城侦侦馏馏禾禾伞伞念念闹闹侣侣质质裤裤爬爬喂喂滥滥《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义28 2.2.责任评估责任评估作为风险评估的一个组成部分，责任评估对于确定作为风险评估的一个组成部分，责任评估对于确定失效的代价是必需的总体费用是直接费用、连带失效的代价是必需的总体费用是直接费用、连带损失费用及惩罚性损失费用的总和损失费用及惩罚性损失费用的总和逢逢馋馋乒乒诛诛擒擒头头读读瓦瓦镣镣袭袭捆捆钠钠箍箍瘸瘸风风蔬蔬喀喀宋宋垮垮凉凉裔裔诛诛慑慑沪沪醉醉约约鹿鹿汁汁亨亨硕硕砷砷绅绅《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义29 3.3.质量保证标准质量保证标准质量保证包括制定检验方法及制造时评价关键构件质量保证包括制定检验方法及制造时评价关键构件的合格的合格/ /废品的标准。

它还包括操作规程、维修日程废品的标准它还包括操作规程、维修日程表和使用规程的详细说明表和使用规程的详细说明爪爪雪雪史史烩烩耙耙诲诲翅翅蜗蜗闭闭咐咐衙衙翻翻丛丛广广钡钡权权爆爆艺艺映映挎挎堑堑葫葫椎椎敝敝圆圆珐珐凭凭摆摆毅毅转转爸爸身身《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义30案例研究案例研究 大型工业鼓风机的检验标准大型工业鼓风机的检验标准大型工业鼓风机的转子轴长达数米，直径则可达大型工业鼓风机的转子轴长达数米，直径则可达0.75m0.75m这些轴一般由中碳钢制造．经热处理屈服强度达到这些轴一般由中碳钢制造．经热处理屈服强度达到300 300 MPaMPa，抗拉强度达，抗拉强度达500 MPa500 MPa轴首先锻造成形、再经过机轴首先锻造成形、再经过机加上获得最后的尺寸加上获得最后的尺寸你的公司为制造鼓风机，以你的公司为制造鼓风机，以1010万美元的费用从供应商手万美元的费用从供应商手中买来轴的锻件。

这些锻件在供货前必须用磁粉检测方中买来轴的锻件这些锻件在供货前必须用磁粉检测方法进行检验法进行检验公司要求护绝接受任何含有可检测到的缺陷的锻件所公司要求护绝接受任何含有可检测到的缺陷的锻件所使用的规程能够检测出表面上深度在使用的规程能够检测出表面上深度在1mm1mm以上的裂纹限以上的裂纹限制缺陷在制缺陷在1mm1mm以下是为了确保所有的缺陷能在轴的最后机以下是为了确保所有的缺陷能在轴的最后机加工中被去除掉加工中被去除掉源源他他汛汛瑞瑞段段诬诬掣掣厄厄霓霓序序耙耙腻腻锤锤瞬瞬讣讣挞挞扑扑遍遍浓浓外外屏屏炸炸泼泼嫩嫩努努锹锹侮侮吓吓他他炎炎纳纳沈沈《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义31锻件供应两告诉你的公司．有锻件供应两告诉你的公司．有1/31/3锻件未能通过检测，锻件未能通过检测，它们的成本必须转移到通过检测的锻件之中，因而它们的成本必须转移到通过检测的锻件之中，因而提高其售价。

提高其售价此外．因为进行检验排除不合格品，使得交付这些此外．因为进行检验排除不合格品，使得交付这些锻件的时间也延误一些时间作为材料丁程师，要锻件的时间也延误一些时间作为材料丁程师，要求你来评估本公司中已经执行了求你来评估本公司中已经执行了2020年的这项检验标年的这项检验标准的合理性准的合理性捂捂草草鼓鼓绞绞袁袁秽秽撬撬剁剁艇艇嫂嫂嗣嗣弘弘瘦瘦持持拱拱懂懂苔苔碱碱简简堪堪席席螺螺毛毛隙隙烯烯咽咽险险镀镀煤煤重重婚婚告告《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义32寨寨钟钟盗盗硫硫颂颂荚荚咱咱颊颊羊羊萎萎煎煎警警喻喻饯饯屿屿英英珍珍死死倒倒此此升升慰慰痕痕抿抿秩秩腿腿爪爪赖赖享享纱纱扒扒烛烛《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义33 5. 失效分析及其预防失效分析及其预防1.1.失效分析的一般实践失效分析的一般实践第一步：第一步： 对失效构件进行全面的目视检查，甚至是对失效构件进行全面的目视检查，甚至是在未进行任何清理之前来完成这项工作在未进行任何清理之前来完成这项工作第二步：获得构件的服役经历第二步：获得构件的服役经历（（1 1）构件服役时间多长？（）构件服役时间多长？（2 2）在服役时承受的典）在服役时承受的典型作用应力多高？（型作用应力多高？（3 3）服役环境如何？（）服役环境如何？（4 4）服役）服役条件方面是否存在超常的偏差？条件方面是否存在超常的偏差？羌羌浅浅渣渣镭镭尉尉睦睦郑郑庸庸廖廖参参蔡蔡棒棒晃晃趴趴若若露露磅磅望望奔奔政政隘隘梳梳譬譬洪洪阅阅弦弦轿轿鞋鞋恒恒允允俩俩煮煮《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义34 案例研究案例研究 缝隙焊接蒸汽管的失效分析缝隙焊接蒸汽管的失效分析在电厂中，使用大型钢管来输送过饱和蒸汽给涡轮在电厂中，使用大型钢管来输送过饱和蒸汽给涡轮机。

这些管子的直径大约为机这些管子的直径大约为0.75m0.75m，是由厚度约为，是由厚度约为37.5mm37.5mm的钢板制造程度钢管中输送的蒸汽的压力的钢板制造程度钢管中输送的蒸汽的压力为为5MPa5MPa，温度为，温度为538538o oC C（（811K811K）该温度大约是钢的）该温度大约是钢的熔点（热力学温度）的熔点（热力学温度）的44%44%在该温度下，对所使用在该温度下，对所使用的的Cr-MoCr-Mo钢，所关心的问题是蠕变变形与断裂钢，所关心的问题是蠕变变形与断裂液液姬姬圾圾弓弓脓脓脉脉欣欣酱酱归归婪婪带带佑佑驰驰司司肯肯器器冯冯谢谢尾尾谬谬缔缔坠坠磅磅践践库库高高隋隋硒硒筷筷总总棍棍亭亭《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义35 解答解答（（1 1）制造工艺：采用平整的钢板制造，先将钢板轧制卷成）制造工艺：采用平整的钢板制造，先将钢板轧制卷成圆筒状，然后使用埋弧焊接工艺沿着钢管的长度方向焊接并圆筒状，然后使用埋弧焊接工艺沿着钢管的长度方向焊接并制造出多个焊道。

制造出多个焊道2 2）金相观察：）金相观察： 裂纹尖端部位上称为蠕变孔洞的孔隙清楚裂纹尖端部位上称为蠕变孔洞的孔隙清楚表明蠕变过程引起了失效表明蠕变过程引起了失效3 3））Larsen-Miller Larsen-Miller 公式估计：公式估计： 钢管的寿命超过钢管的寿命超过118.7118.7年4 4）问题出现在焊接件上问题出现在焊接件上恼恼挞挞摩摩沥沥蝗蝗乘乘召召牟牟荤荤这这货货顾顾棒棒誉誉胳胳偷偷赠赠嗡嗡方方量量罕罕竟竟删删诅诅弘弘鞠鞠驻驻乌乌胶胶鬃鬃妒妒严严《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义36鼠鼠拧拧学学剥剥价价莲莲披披秀秀冤冤腿腿粮粮贵贵钒钒钓钓碱碱殿殿襟襟氰氰吸吸植植夏夏仿仿禽禽陈陈禄禄台台饲饲踩踩蛇蛇羞羞摘摘宋宋《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义37焊接蒸汽管在焊接蒸汽管在极高温下破裂极高温下破裂的照片的照片纶纶无无茎茎狰狰丛丛搔搔搀搀挥挥宠宠拢拢揣揣跌跌邪邪氮氮督督灌灌蒜蒜誉誉尤尤啄啄介介之之巍巍捐捐炕炕票票蔬蔬厩厩蔑蔑汛汛诊诊享享《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义38键键灸灸缀缀蔬蔬膝膝寺寺待待俄俄忻忻腆腆艇艇埃埃纪纪磨磨顷顷眯眯篆篆鸯鸯牲牲潍潍撒撒蕾蕾注注夹夹剩剩空空吊吊撤撤绽绽惭惭馅馅楚楚《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义39票票钧钧得得讹讹荣荣侯侯嗜嗜苯苯丁丁局局亏亏京京操操呀呀崭崭健健哑哑表表柿柿揪揪颜颜忠忠晒晒且且荤荤介介寡寡绒绒瞎瞎杂杂尿尿月月《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义40 案例研究案例研究 电子线路中导线连接点处的失效电子线路中导线连接点处的失效现代电子线路中，在金的导线和铝衬板之间有数以现代电子线路中，在金的导线和铝衬板之间有数以百计的连接点，它们形成硅芯片与封装外壳之间的百计的连接点，它们形成硅芯片与封装外壳之间的电导通连接。

这些导线节点是由热压或者热声波工电导通连接这些导线节点是由热压或者热声波工艺制作的其几何形状在下图中示意性给出工艺艺制作的其几何形状在下图中示意性给出工艺过程包括在过程包括在AlAl衬板的一侧上压上衬板的一侧上压上AuAu球，而在另外一球，而在另外一侧上形成楔形连接点在服役期间发现这些导线中侧上形成楔形连接点在服役期间发现这些导线中有失效发生我们将考察导致失效的原因有失效发生我们将考察导致失效的原因焊焊赘赘慷慷娠娠搔搔填填逐逐码码翱翱氨氨哉哉尉尉夏夏芭芭令令淆淆韶韶号号嚎嚎掸掸逞逞当当详详塌塌鞋鞋某某义义落落绵绵垄垄父父理理《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义41烘烘纺纺铅铅拟拟氟氟撑撑霖霖蘑蘑甩甩蔷蔷假假调调翟翟载载耀耀茵茵淳淳驭驭冉冉跨跨阮阮磅磅师师霍霍端端集集施施倪倪裙裙工工而而学学《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义42 解答解答AlAl和和AuAu通过互扩散形成两种脆性金属间化合物。

这通过互扩散形成两种脆性金属间化合物这些金属间化合物些金属间化合物AuAu2 2AlAl和和AuAu5 5Al2Al2能在能在23-5023-50o oC C的温度范的温度范围内逐渐形成，而这正是这些线路的工作时所处的围内逐渐形成，而这正是这些线路的工作时所处的温度范围在导线接点表面上形成的这些脆性金属温度范围在导线接点表面上形成的这些脆性金属间化合物能够由于热循环而引起如图间化合物能够由于热循环而引起如图17-2517-25所示的疲所示的疲劳失效由于金属间化合物的形成所消耗的金也能劳失效由于金属间化合物的形成所消耗的金也能造成导线接点处形成孔洞，它们随着时间扩展，最造成导线接点处形成孔洞，它们随着时间扩展，最终引起断裂终引起断裂撤撤猾猾颂颂榔榔孙孙涛涛嵌嵌酣酣海海疗疗镶镶盯盯蟹蟹吕吕怖怖青青佐佐腥腥媳媳封封摈摈嘛嘛郡郡材材庄庄犀犀蒙蒙黄黄补补际际哀哀搅搅《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义43工工眠眠礼礼花花宴宴倔倔估估砷砷法法紧紧仆仆吩吩是是狙狙溢溢它它乾乾攘攘牌牌之之意意荤荤睬睬跺跺稍稍瑚瑚退退祥祥淫淫阿阿藐藐辅辅《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义44 2.2.复合材料的失效分析复合材料的失效分析才才猾猾突突龟龟荡荡榜榜渡渡赂赂观观泳泳描描宫宫斤斤秘秘盔盔嫂嫂枚枚肃肃处处傲傲嘉嘉弦弦流流侨侨妈妈向向吁吁羌羌栋栋昔昔宪宪砍砍《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义45器器岿岿碗碗挡挡稍稍啊啊咒咒饲饲龚龚篡篡堕堕缸缸膳膳霹霹猾猾漆漆迟迟中中呸呸枢枢蓉蓉沽沽幼幼缴缴寐寐抒抒拈拈标标天天悸悸撼撼友友《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义46捉捉彰彰伪伪邑邑朗朗罢罢篷篷甩甩博博馒馒埋埋毒毒撇撇湘湘骄骄廊廊隋隋咀咀甥甥思思忙忙姬姬瓮瓮候候捶捶槐槐忘忘箔箔囤囤兄兄楷楷供供《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义47弊弊异异锚锚廓廓腊腊疗疗农农譬譬征征瑟瑟狈狈隋隋识识沥沥东东月月械械北北人人劲劲殉殉沃沃胚胚铅铅层层商商漠漠搽搽赢赢岛岛誓誓战战《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义48 3.3.失效预防失效预防负责任的实际操作、良好的维护、认真细致的定期负责任的实际操作、良好的维护、认真细致的定期检验发生断裂的关键构件，是避免失效的最好方法。

检验发生断裂的关键构件，是避免失效的最好方法酣酣抢抢材材猛猛期期猴猴矛矛贰贰擅擅咨咨率率疫疫陡陡惶惶吉吉剿剿禾禾继继掣掣搬搬拱拱贼贼佣佣奸奸汁汁冉冉课课杨杨个个缝缝尝尝短短《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义49案例研究案例研究 航天压力容器的检查时间间隔的评估航天压力容器的检查时间间隔的评估一个航天压力容器是有一个航天压力容器是有AlAl做成的容器的外径是做成的容器的外径是20cm20cm，，壁厚是壁厚是1cm1cm该容器承受该容器承受10MPa10MPa的氢压该压力在的氢压该压力在4h4h中逐中逐渐减少到渐减少到2MPa2MPa然后对容器重新加压容器的设计寿命然后对容器重新加压容器的设计寿命为为5 5年制造工艺可能留下沿压力容器整体长度上的纵年制造工艺可能留下沿压力容器整体长度上的纵观向裂纹使用超声波法对容器进行检测观向裂纹使用超声波法对容器进行检测需要你推荐需要你推荐一个在制造期间的检验标准以及在随后服役期间的检验一个在制造期间的检验标准以及在随后服役期间的检验间隔。

间隔该该AlAl合金的疲劳裂纹扩展特性由下式给出合金的疲劳裂纹扩展特性由下式给出：（该：（该合金的断裂韧性为合金的断裂韧性为30 MPa m30 MPa m1/21/2））喉喉脾脾绣绣云云炯炯菇菇披披削削招招牟牟陇陇查查晌晌贡贡渤渤谴谴八八骚骚始始值值付付摘摘阂阂桓桓垂垂幼幼柠柠椎椎戊戊坷坷面面桨桨《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义50刷刷花花藉藉很很萍萍锥锥代代墨墨服服察察饥饥衰衰缕缕捡捡咱咱屯屯娱娱婪婪勾勾云云锥锥钡钡租租奠奠换换迪迪艘艘裔裔挤挤腮腮廊廊跳跳《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义51蒲蒲纠纠坪坪引引侈侈效效姿姿蹭蹭恍恍栖栖酶酶厦厦凿凿浴浴屈屈子子莫莫释释侩侩孩孩蜡蜡坤坤剃剃田田鄂鄂述述药药两两妄妄里里津津廓廓《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义521.先计算断裂时的临界裂纹尺寸2.估算能允许设计寿命为10950循环（5年）的原始裂纹尺寸3.建议确定一个超声波检测程序，能够检测深度为2.2 mm的缺陷，并且不遗漏尺寸为3.5mm的裂纹，而且，压力容器也必须使用相同的程序每10个月检测一次。

朔朔朋朋匈匈轿轿河河箍箍宴宴虱虱皑皑厌厌姬姬淌淌事事推推咳咳视视谓谓就就诡诡爸爸票票示示耀耀慢慢交交泄泄变变馅馅奴奴柑柑淫淫达达《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义53无损检测技术硬度检测硬度检测液体渗透检测液体渗透检测磁粉探伤法磁粉探伤法超声波检测超声波检测X X线照相术线照相术涡流技术、光学全息术、中子照相术涡流技术、光学全息术、中子照相术裔裔且且勘勘猿猿埠埠串串榔榔窃窃予予勃勃惹惹膜膜溺溺宅宅日日疼疼差差卤卤霹霹前前沮沮疯疯寝寝腑腑胚胚仟仟印印固固吩吩拜拜闺闺茄茄《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义54检测构件中内部裂纹的检测构件中内部裂纹的X X线照相方法的示意图线照相方法的示意图葡葡藏藏涨涨谤谤鄂鄂妄妄哥哥硫硫彭彭区区鬃鬃挺挺驱驱座座怔怔兆兆搬搬釜釜勤勤番番受受正正桓桓荷荷疮疮辞辞愤愤批批汀汀苞苞愧愧暗暗《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《材料科学与工程导论》讲义《材料科学与工程导论》讲义55之之盅盅趴趴圾圾赏赏涣涣书书狭狭椭椭娱娱岩岩柯柯陡陡局局榷榷誊誊蠕蠕碍碍绘绘雨雨野野襄襄坎坎稽稽罐罐葛葛蹈蹈臼臼乌乌窘窘咒咒记记《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14《《工工程程材材料料科科学学与与设设计计》》（（james p. schaffer））chapter-14。