失效分析是一门新兴发展中的学科，近年开始从军工到普通企业普及。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义，是根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。方法分为有损分析，无损分析，物理分析，化学分析等。失效机制是导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。此过程的诱发因素有内部的和外部的。在研究失效机制时，通常先从外部诱发因素和失效表现形式入手，进而再研究较隐蔽的内在因素。在研究批量性失效规律时，常用数理统计方法，构成表示失效机制、失效方式或失效部位与失效频度、失效百分比或失效经济损失之间关系的排列图或帕雷托图，以找出必须首先解决的主要失效机制、方位和部位。任一产品或系统的构成都是有层次的，失效原因也具有层次性，如系统-单机-部件(组件)-零件(元件)-材料。上一层次的失效原因即是下一层次的失效现象。越是低层次的失效现象，就越是本质的失效原因。
检测标准
- ·JY/T 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则
- ·GB/T 13298-1991 金属显微组织检验方法
- ·GB/T 20123-2006 钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)
- ·GBT 5121.27-2008 铜及铜合金化学分析方法 第27部分 电感耦合等离子体原子发射光谱法
案例分析
1. 案例背景
失效样品为某汽车接地线束的固定端子，生产流程为：原料铜管→裁剪→冲压成型→表面镀锡→装配→振动试验(21万次)→断裂;其可靠性测试中6个成品经振动试验21万次后其中一个断裂，委托方要求分析该断裂失效端子的失效机理，并给出改进建议。
2. 分析方法简述
外观检查中可观察到失效样品断裂的2部分能无缝对接，断裂位置在冲压形成的台阶折线处。
将失效样品断口用超声波清洗干净，然后在SEM下放大观察断口形貌，高倍下发现断口存在明显的疲劳条带;低倍下观察到断口两侧低中间高，为两侧先开裂再向中间扩展形成的中间凸起断口形貌，结合据委托方提供的样品振动21万次后断裂信息，判断样品为双向高周疲劳断裂模式。
失效样品先去镀层，再进行化学成分分析，结果表明失效样品材质为纯铜，材料不存在异常。
失效样品和正常样品分别镶样，进行金相分析，失效样品腐蚀前金相观察未发现明显缺陷，腐蚀后可观察到大变形区域的纤维状α相，小变形量区域为α相组织，伴有较多孪晶;正常样品腐蚀前金相观察发现样品表面的折弯处存在微裂纹，裂纹填充满锡，推断裂纹为冷加工成型造成的，腐蚀后可观察到金相组织为α相组织，伴有较多孪晶。
3. 分析与讨论
从断口分析可知，样品断口形貌主要为高周期疲劳断裂特征，根据客户提供的震动试验资料，样品试验过程是周期振动，21万次后断裂，符合低应力高疲劳周期的双向高周疲劳断裂特征，两侧裂纹无锡填充，说明为镀锡后开裂，为冷机加工造成应力折叠形成的开裂。
从化学成分可知失效样品的铜含量在99.99%，材质为纯铜，材料不存在异常。
从金相图片可知，失效样品与正常样品的金相组织都为α相组织，伴有较多孪晶，为冷机加工残留内应力较大的特征;正常样品可观察到填充锡的微裂纹，为冷机加工缺陷，这些表面微裂纹可能会成为开裂源。
4. 结论
样品失效的主要原因为冲压成型形成的台阶折弯处变形量大，伴有大量残余应力，在交替循环弯曲应力作用下成为开裂源继而断裂，为双向高周疲劳断裂模式;高周疲劳断裂一般为偶然现象，不会存在大批量问题。
建议：添加退火热处理工艺，消除冷机加工内应力。
