材料科学中的失效分析在世界上所有报道的新闻中，电视转播最多的总是涉及描述灾难性灾难的事件。这些灾难的范围很广，从航空公司坠毁、建筑物倒塌，以及任何其他类型的导致生命损失的故障。一般大众不了解的是，是什么因素导致了这些可怕的事情发生。科学家和材料工程师使用一种称为失效分析的过程来解答这些谜团。失效被定义为结构、机器或机器零件的尺寸、形状或材料特性的任何变化。

或者换句话说，部件变得无法令人满意地执行其预期功能。大多数材料的失效可以归咎于四个特定原因之一。

1)设计：通常在失效分析中，工程设计是导致灾难的主要因素。有时，材料被修改到不再符合其最初设计目的的程度。如果改变其“纸上”设计，材料很容易承受过高的应力或过高的应力集中。

2）制造：某些材料的加工和拼凑方式也会产生故障模式。例如，焊件是金属的一个容易出现问题的区域，就像模制塑料中的熔接线或接合线一样。金属成型、热处理、焊接和机加工会导致高残余应力。

(左)Heverill消防部门空中梯子故障。有缺陷的焊缝和高于计算值的应力导致了这种阶梯倒塌。（右）由于应力集中过高而导致的典型焊接故障。同样，注塑成型塑料部件中的高冻结应力通常会导致故障。孔隙和空隙在金属铸件和塑料模制件中很常见。这些用作应力集中器并降低承载能力。3)服务：环境退化是导致金属和塑料故障的最重要的服务相关原因之一。一个主要的环境因素是铁的氧化，通常称为铁锈。这种与服务相关的故障会导致许多问题，尤其是在较旧的组件中。下图：氧化金属的例子。这种类型的故障是由于氧化显着削弱了材料的正常机械性能而引起的。

其他因素包括过度磨损、撞击损坏、过载和放电。环境因素在挑战者号航天飞机灾难中非常普遍。发现异常寒冷的天气导致O形圈无法扩展到其设计规格。这导致液体燃料泄漏，导致爆炸，导致船上所有七名宇航员丧生。

这张照片显示了升空后不久的挑战者号航天飞机。故障分析人员确定，液体燃料火箭的泄漏引发了爆炸。4）材料：其他可能导致故障的制造和材料相关问题包括：不利的热机械历史、不良的微观结构、材料缺陷和异物污染。在本网站的案例研究页面中，将更仔细地分析其中一些类型的故障。（这部分网页是JaredLefaivre先生于年12月独立研究的结果）