断口分析

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断口分析技术及其在失效分析中的应用

断口分析技术及其在失效分析中的应用

断口分析技术及其在失效分析中的应用1 . 前言断口是断裂过程的最真实、完整的纪录,从宏观到微观的断口分析可以揭示断裂过程中从裂纹的形核、长大到断裂的各个进程中主断裂面的受力情况、介质环境情况、材料制造情况、以及损伤过程等。

断口分析是通过肉眼观察,和借助显微分析仪器对断裂过程在断裂件上留下的痕迹进行的综合分析和检测,目的是通过分析揭示断裂的过程、断裂的性质和研究断裂机理。

断口分析需要结合断裂件的材料组织结构特征和使用环境状况等方面的知识,才能得出正确的判断。

断口分析的三大作用:1 作为结构材料研究的重要内容之一,用于研究材料的断裂机理; 2 断裂失效分析; 3 评价材料。

断口分析分为宏观断口分析和微观断口分析两部分,二者必须相互结合。

宏观断口分析主要是用肉眼或借助普通放大镜进行观察,从而分析裂纹的扩展方向、断裂的起源位置、断裂过程的载荷情况等断裂的宏观特征;微观断口分析需要借助光学和电子显微分析仪器进行观察和分析,通过对断口的微观形态、结晶学特征、残留元素成分等理化特征的分析,确定断裂的类型和断裂的机理。

断口分析是断裂失效分析的基础,它是建立在人们对各种材料和环境组合下得到的断口的宏观、微观特征和断裂机理研究的长期知识积累的基础之上的。

断裂失效分析是断口分析最重要的运用方面,是判明断裂失效原因的唯一途径,其作用是:1 判定事故责任;2 寻求改善和提高;(改进设计、完善检验措施、改善使用条件;从而使装备的整体性能得到改进)3 为改善管理、预防事故的再次发生提供依据。

因为断口是断裂过程的真实记录,是第一手最可靠的证据,因此断口分析的判断正确与否成为断裂失效分析结论正确与否的关键。

由于工程上的材料和断裂过程千差万别,而且断裂事件发生后,断口常常会受到不同程度的污染和损坏,因此实物断口通常与我们在教科书上所见的不尽一样,甚至相去甚远,这使得工程上的断口分析变得相当复杂。

常常能看见,对于同样的断口,不同人员得出不同判断的情况,往往是因为片面地生套书本所致。

断口分析

断口分析

断口分析1.弹性不匹配的裂纹形核:晶粒间由于取向,化学成分不同,弹性模量是不一样的,外部施加的应力或内部产生的应力在两个经理内产生不同的弹性应变,从而可能导致局部的高应力,并通过形成裂纹加以释放。

2.结晶固体中的塑性形变引起的裂纹形核:低温下的结晶材料,如金属和陶瓷,会发生剪切形变。

从微观结构的层次来看,这是由单个位错的滑动(滑移)或大批的位错协调移动(局部形变孪生)引起的晶体内或晶粒内的剪切形变。

由此产生的剪切应力可能局限在一个窄带内。

当剪切带遇到障碍,例如晶界或者第二相粒子,在剪切带尖上会产生很大的局部应力,这就引起了裂纹形核。

材料的晶体结构及外加应力的方向决定了滑移面或孪生面的方向以及剪切发生的方向。

裂纹形核的平面与材料的晶体结构和“障碍”界面的强度密切相关。

由于结晶解理,裂纹产生在同一晶粒的剪切带中。

当然裂纹也可能会产生在“障碍”处,或者在材料中弱界面处,沿界面形成。

高应力集中也可能会通过普通的塑性形变而不是裂纹形核释放出来。

裂纹是否产生取决于多个不同变量,包括剪切应力大小、障碍的强度、形变动力学以及滑移系的几何性质等。

有些材料比较易碎,容易产生裂纹,是因为无法释放由于塑性形变所产生的高的应力集中。

3.塑性孔洞聚合引起的裂纹形核:这种机制多发生于很多含有刚性颗粒的延性固体中,具体细节取决于固体的微观结构。

当受力变形时,延性基体通过两种方式产生形变:晶体材料的滑移,或者在非晶和半结晶体材料中更为普遍的剪切过程,但其中的坚硬颗粒不会发生形变。

因此,随着颗粒周围产生的许多塑性孔洞,颗粒和基体开始分离。

而一旦形核,由于基体的进一步剪切或高温下的扩散过程,塑性孔洞会不断扩大。

最终,不断变大的塑性孔洞的应力场会彼此交互作用,基体剪切应力逐渐集中到颗粒之间的区域,导致其与基体的分离而形成裂纹。

裂纹是由不规则排列的多个聚集的塑性孔洞构成的。

这说明,裂纹可能是由许多较小的裂纹形成的,在本例中指的就是刚性颗粒与基体界面间的小裂纹。

6-断口失效分析技术

6-断口失效分析技术

匹配断面上的辉 纹、二次裂纹和滑 移线
55
表面刀痕 12.5×
内部夹杂物 120×疲来自源56AlZnMg合金锯齿状断口
切向断口--轮胎压痕:突 出质点、突出部分
切向疲劳断口主要微观形貌:
平面状断口(平滑、光亮) 平行锯齿状断口 轮胎花样
57
正向疲劳断口的示意图 疲劳平台
疲劳台阶或脊棱 疲劳辉纹
85
86
87
88
89
90
91
92
螺栓断口 93
汽车座椅螺钉断口
–断口(肉眼可观察、具有一定的大小) –裂纹(小断口,有时肉眼无法观察) –二次裂纹:具备和断口一样的性质-- “替补
队员”
6
7
1.4 断口分析的技术手段
断口的常用分析方法是宏观和微观方法
–肉眼、或低倍放大镜或体视显微镜
断口全貌(断口位置、颜色、方向性的标志) 判断裂源位置、数量、断裂类型及性质
单晶体 由应力诱导解理断 裂(呈脆性)到应变诱 导(伴随大的延性) 解理断裂的转变
<T c解理 >T c塑变后解理
41
特征1--解理台阶
1
解理裂纹与螺位错相交形成 解理台阶的示意图
解理台阶的会合 a.异号台阶会合使台阶消失 b.同号台阶会合使台阶增大
通过二次解 理形成的解 理台阶
42
河流花样形成过程示意图
40Cr钢回火脆性断口1000× 杂质元素偏聚
49
炉胆焊缝:奥氏体+沿晶界析出的σ相
50
高温持久试样断口50×
2Cr12MoV钢淬火裂纹 断口50×
对比:304高温持久试样断口
51
3.5 疲劳断口
裂纹萌生(表面、应力集中处)→裂纹扩展→过载断裂 机制:

断力讲义-2(断口分析简介)

断力讲义-2(断口分析简介)

5.4 准解理断口的形貌特征
准解理断裂:介于解理与韧窝断裂之间的 断裂(回火马氏体钢)
一、宏观形貌特征
比较平整、塑性变形小,近似于解理 断口的宏观形貌
二、微观形貌特征
* 亦有解理台阶、撕裂脊线、舌状花样 * 微观上有较大的塑性变性(图4-4)
5.5 韧性断口的形貌特征
断口形貌取决于:材料类型、质量、变形 速度、应力状态、试验温度等
二、宏观形貌特征
• 三个区域:平滑区(含疲劳源)、过渡区、 瞬断区
1.疲劳源:单源、多源;表面、次表面
2 平滑区:裂纹萌生、稳定扩展; 呈脆性断口形貌
1)裂纹扩展方向,结合贝壳状、年轮、 海滩状、前沿线等宏观条纹标记来判断;
2)机械磨光标记 3)裂纹扩展区的颜色(黑、黑红) 4)疲劳台阶(多源疲劳断裂) 5)棘轮状标记(应力大、应力集中) • 贝壳状条纹 (图6-22) * 鉴别疲劳断口的重要宏观依据 * 产生、形状、变化
续的,且其长度也大致相等。
4.轮胎压痕
* 疲劳断口微观形貌特征的第二重要依据 * 轮胎压痕是疲劳断口上最小特征花样,
是在疲劳裂纹形成后,由匹配断口上的 “突起”、“刃边”等反复挤压或刻入而 引起的压痕
5.7 环境断口
1.应力腐蚀断口
金属材料、受拉应力、腐蚀环境;多源脆性 断裂,穿晶、沿晶或混晶断裂 2.氢脆断口 体心立方金属及合金;穿晶或晶间断裂 3.腐蚀疲劳断口 往往在材料表面萌生裂纹,多个疲劳源 特征:有腐蚀或氧化形貌、颜色(疲劳区)
5.8 其它断口
1.蠕变断口
金属材料在高温蠕变条件下,可能出现两 种晶间裂开形式:楔形裂纹,圆形或椭 圆形孔穴
2.过热断口
3.沿晶断口
5.9 失效分析概论

断口分析-文档资料

断口分析-文档资料

22Cr双相不锈钢板材的冲击断口
45钢断口形貌
从以上的分析可知:剪切韧窝与撕裂韧 窝形状没有什么区别,只从照片上很难区分, 必须对断口两侧作对应研究,看凸向是否相 同才能确定。
§3.2 韧窝的尺寸
§3.2.1 韧窝的尺寸
韧窝的尺寸包括它的平均直径和深度。影响韧窝尺寸 的主要因素为第二相质点的尺寸、形状、分布,材料本 身的相对塑性、变形硬化指数,外加应力、温度等。
12Cr1MoV980℃正火+720 ℃回火
GH4037钢的不同受力状态下的宏观断口
断口比较平坦,呈颗 粒状。断口主要为放 射区,有粗糙的放射 棱,为典型脆性断口。
断面平坦,断口呈颗 粒状,也是典型的脆 性断口。
“放射状”或“人字形”花样:解理断口另一宏观特 征是具有放射状条纹或人字条纹。放射条纹的收敛处和 人字纹的尖端为裂纹源。“人字纹”形态反映材料性质 与加载速度。材料机械性能相同时加载速度越大“人字 纹”愈明显。加载速度相同时,材料脆性越大“人字纹” 愈明显。
舌状花样
3.扇形花样 当解理裂纹起源于晶界附近的晶内时,河流花样
以扇形的方式向外扩展。根据扇形花样可以判断裂 纹源及裂纹局部扩展方向。
A3钢的扇形河流花样
4.鱼骨状花样
在体心立方金属材料中例如碳钢、不锈钢有时看到形状类 似鱼脊骨的花样。中间脊线是{100}[100]解理造成的,两侧 是{100}[100]和{112}[110]解理所引起的花样。
载荷作用等外部因素;焊接裂纹、焊缝夹杂、气孔严 重及焊后热处理条件不当;压力容器在低温或与有害 介质接触,环境介质与拉伸应力共同作用而产生的应 力腐蚀断口;上述零件的断裂经常呈解理断口,氢脆 断口有时也可见到解理断裂。
解理断裂通常是在没有觉察到的塑性变形的情况下 发生的脆性断裂。体心立方晶系一般沿{100}面解理, 也可以沿{110}、 {112}、 {111}等晶面解理。密排 六方晶体常常沿{0001}发生解理。面心立方金属由于 有大量滑移系统一般情况不发生解理断裂,但是在特 殊情况,例如冬季低温、腐蚀环境或材质较差条

断口分析报告

断口分析报告

断口分析报告1. 背景断口分析是一种通过观察和研究材料的断口特征,以了解材料断裂的原因和性质的方法。

断口分析在材料科学、工程和事故调查等领域都有广泛的应用。

本报告旨在对某一断口进行分析,以确定断裂原因并提供相关建议。

2. 断口特征通过对断口的观察,我们可以得出以下一些断口特征:2.1 断裂模式根据断裂的形态和特征,我们可以将断裂模式分为以下几种类型:•韧性断裂:断口较为平整,可见一些拉伸痕迹。

•脆性断裂:断口光滑,没有明显的变形或拉伸痕迹。

•疲劳断裂:断裂面呈现出扇形状的纹理,通常伴随着细小的裂纹。

2.2 断口形貌根据断口的形貌,我们可以得到以下一些关键信息:•断口表面的平整程度,可以判断材料的韧性。

•断口表面的颜色和气泡,可以了解材料的杂质含量和成分。

•断口表面的纹理和条纹,可以用于判断断裂过程中的应力分布和应力集中。

2.3 断口特征的意义通过对断口特征的分析,我们可以初步判断断裂原因、材料的性能和失效机制。

断口特征的意义如下:•韧性断口表明材料具有较好的韧性和延展性。

•脆性断口表明材料可能存在缺陷或材料本身较脆性。

•疲劳断裂表明材料长期受到了交变载荷的影响,可能需要进行疲劳寿命的评估。

3. 断裂原因分析基于对断口特征的观察和分析,我们进行进一步的断裂原因分析。

断裂原因分为以下几个方面:3.1 材料缺陷材料缺陷是引起断裂的常见原因之一。

缺陷可以存在于材料的制备、成型和使用过程中。

常见的材料缺陷包括:气孔、夹杂物、夹层等。

通过观察断口特征,我们可以判断是否存在明显的材料缺陷。

3.2 施加载荷材料在受到外部力的作用下可能会发生断裂。

施加在材料上的载荷可能包括拉力、压力、剪切力等。

通过观察断口形貌和纹理,我们可以初步判断受力方向和载荷大小。

3.3 环境因素环境因素也可能对材料的断裂起到一定的影响。

例如,高温、湿度、腐蚀等环境条件可能导致材料的性能变化和失效。

通过分析断口的颜色、气泡等特征,我们可以初步判断是否存在环境因素导致的断裂。

断口分析

断口分析

低碳钢解理断口河流花样
河流花样形成示意图
(1)解理台阶产生机制
①两个不在同一个平面上的解理裂纹通过与主解埋面相垂直 的二次解理形成解理台结,如图所示.
二次解理
C103铌合金氩弧焊焊缝断口上的解理台阶
②解理裂纹与螺位错相交形成台阶。解理裂纹与螺位错相交 产生一个布氏矢量大小的台阶。裂纹扩展过程中如与多个同号 螺位错相交,矢量不断叠加,达到一定程度便产生一个能够观 察到的台阶。裂纹与异号螺位错相交台阶就抵消或减少。 ③解理裂纹之间产生较大的塑性变形,通过撕裂方式连接形 成台阶。
④ 通过基体和孪晶的界面发生开裂连接形成台阶。
(2)河流花样的起源
①河流花样起源于有晶面存在的地方:晶界、亚晶界、 孪晶界。
②河流花样起源于夹杂物或析出相。
③河流花样起源于晶粒内部,是由于解理面与螺型位错 交截所致。
低碳钢拉伸断口河流花样起源于晶界
河流花样起源于孪晶界
河流花样起源于夹杂
河流花样起源于析出相
§3.2.3 韧性断口的诊断
1.对材料塑性的判断 ①柔性系数。一般说来,载荷的柔性系数越小,同一种 材料所表现出来的塑性就越大;应变速率越大,温度越低,同 种材料所表现出来的塑性就越小。 ②纤维区、放射区和剪切唇三区的相对大小。纤维区所 占的面积比例越大,说明材料塑性越好。 ③颈缩。颈缩越大材料的塑性越好。 ④韧窝尺寸。韧窝的尺寸越大(平均直径越大、深度越 深),材料的塑性就越好。 2.对载荷类型的判断
等轴韧窝(SEM)
拉长韧窝(TEM)
第二相粒子
第二 相粒 子
22Cr双相不锈钢冲击微观断口形貌(SEM)
§3.2.2 影响韧窝的尺寸因素 1.硬化指数 金属材料本身的相对塑性以及变形硬化指数的大 小直接影响着显微空洞的聚集、连接方式。通常, 变形硬化指数越大的材料难以发生内颈缩,将产生 更多的显微空洞或通过剪切断裂而连接,因此导致 韧窝变小、变浅。受材料本身微观结构和相对塑性 的影响,韧窝表现出完全不同的形态和大小。

材料断口分析

材料断口分析

材料断口分析材料断口分析是一种重要的金相分析方法,通过观察金属材料在受力作用下的断口形貌,可以了解材料的性能和断裂特点。

在工程实践中,材料断口分析可以帮助工程师和科研人员更好地理解材料的性能,为材料的选用、加工和改进提供重要依据。

首先,材料断口分析需要对断口形貌进行详细的观察和描述。

通常情况下,金属材料的断口形貌可以分为韧性断口、脆性断口和疲劳断口三种类型。

韧性断口表现为比较光滑的断口,通常发生在具有良好塑性的金属材料上,表明材料具有较好的韧性和延展性。

脆性断口则表现为比较粗糙的断口,常见于强度较高但塑性较差的金属材料上,表明材料的抗拉强度较高但延展性较差。

疲劳断口则表现为呈现出一定的条纹状和海浪状的形貌,通常发生在金属材料长期受到交变载荷作用下,表明材料具有较好的耐疲劳性能。

其次,材料断口分析需要结合金相显微镜等仪器进行金相组织的观察和分析。

金相组织的观察可以帮助我们更加深入地了解材料的内部结构和性能。

通过金相显微镜观察,我们可以清晰地看到金属材料的晶粒结构、夹杂物分布和相变组织等信息,这些信息对于分析材料的性能和断裂特点具有重要意义。

最后,材料断口分析还需要进行断口形貌和金相组织的综合分析。

通过综合分析,我们可以更加全面地了解材料的性能和断裂特点,为材料的选用、加工和改进提供科学依据。

在实际工程中,材料断口分析可以帮助我们及时发现材料存在的问题,并采取相应的措施进行改进,保证工程的安全可靠性。

综上所述,材料断口分析是一种重要的金相分析方法,通过观察金属材料在受力作用下的断口形貌和金相组织,可以全面地了解材料的性能和断裂特点。

在工程实践中,材料断口分析具有重要的应用价值,可以为工程设计和科研实验提供重要依据,推动材料科学的发展和进步。

SEM的断口分析

SEM的断口分析

新材料研究
探索新材料性能
通过断口分析,可以深入了解新材料的断裂行为和性能特点,为 新材料的研发和应用提供依据。
比较不同材料的性能
通过对比不同材料的断口形貌和特征,可以评估和比较不同材料的 性能差异,为材料的选择和应用提供参考。
优化新材料配方和工艺
通过对新材料的断口分析,可以发现材料在制备和加工过程中存在 的问题和不足,进一步优化新材料的配方和工艺条件。
产品质量控制
检测生产过程中的缺陷
在生产过程中,断口分析可以检测到 材料内部的缺陷和异常,及时发现并 纠正生产过程中的问题,从而提高产 品质量。
验证产品性能
优化产品设计
通过对不同设计方案的断口分析,可 以评估和优化产品的设计,提高产品 的可靠性和稳定性。
通过断口分析,可以对产品的性能进 行验证和评估,确保产品达到预期的 性能要求和使用寿命。
02
TEM在断口分析中主要用于观察断口的内部结构、晶界、相界等,可以获得比 SEM更高的分辨率和更深入的内部结构信息。
03
通过TEM分析,可以深入了解断裂机制和断裂原因,为材料改进和优化提供重 要依据。同时,TEM还可以用于分析材料的晶体结构、相组成等,为材料性能 研究和优化提供重要依据。
04
断口分析的应用
断口分析的重要性和意义
重要性
断口分析是揭示材料断裂失效机理的重要手段,通过对断口的观察和分析,可 以深入了解材料的内部结构和性能,为材料的优化设计和改进提供科学依据。
意义
断口分析对于保障工程安全、提高产品质量、推动材料科学的发展都具有重要 的意义。同时,断口分析也是评价材料性能和可靠性、研究材料失效机制的重 要手段,有助于推动相关领域的科技进步。
跨学科合作

断口分析报告

断口分析报告

断口分析报告1. 引言本报告旨在对断口分析进行详细的说明和解释。

通过针对断口现象进行观察和分析,我们可以获得有关材料性能、工艺参数和破裂机制的重要信息。

断口分析是材料科学和工程领域中常见的实验技术,它对于材料的质量控制、故障分析和产品改进具有重要意义。

2. 断口形貌观察断口形貌观察是断口分析的第一步。

通过使用光学显微镜或扫描电子显微镜,我们可以对断口的形貌进行详细观察和分析。

断口形貌可以提供有关断裂过程和破坏模式的重要线索。

2.1 层状断口层状断口是一种常见的断口形貌,它表现为明显的层状结构。

这种断口形貌通常与延性材料的断裂机制相关,如拉伸载荷下的金属断裂。

2.2 河流状断口河流状断口是另一种常见的断口形貌,它表现为河流状的纹理。

这种断口形貌通常与脆性材料的断裂机制相关,如在低温条件下的金属断裂。

2.3 颗粒状断口颗粒状断口是一种由细小颗粒组成的断口形貌。

这种断口形貌通常与颗粒增强复合材料的断裂机制相关,如纤维增强聚合物复合材料。

3. 断口分析方法3.1 化学分析化学分析是一种常用的断口分析方法,它可以通过对断裂面进行化学成分分析来确定材料的成分。

通过比较断口区域和未破裂区域的化学成分差异,我们可以获得有关材料制备和加工过程中的变化信息。

3.2 热分析热分析是一种通过对断裂样品进行热处理和热解来研究其热性能的方法。

热分析技术包括热重分析、差热分析和热失重分析等。

通过热分析,我们可以了解材料的热稳定性、熔点、热分解温度等重要参数。

3.3 X射线衍射分析X射线衍射分析是一种通过对断裂样品进行X射线衍射实验来研究其晶体结构的方法。

通过分析断口区域和未破裂区域的晶体结构差异,我们可以获得有关材料晶体结构和晶格畸变的信息。

4. 断口分析的应用断口分析在材料科学和工程领域有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域:4.1 产品质量控制通过对断口进行分析,可以帮助我们了解产品的质量和使用寿命。

通过分析断口形貌和断口特征,我们可以判断制造过程中可能存在的问题,并采取相应的措施来提高产品质量。

金属断口分析 实验报告

金属断口分析 实验报告

金属断口分析实验报告通过对金属断口进行分析,了解金属的断裂形态,判断金属的断裂性质。

实验原理:金属的断裂形态受多种因素影响,包括金属的材质、加工工艺、应力状态等。

常见的金属断口形态有韧性断口、脆性断口、中间断口等。

韧性断口是指金属在拉伸过程中逐渐展开,伴随表面的细微颗粒状变形,最终形成一条明显的条纹状断口。

韧性断口的特点是具有较高的塑性变形能力和断裂韧性,常见于延性金属材料。

脆性断口是指金属在加载过程中没有明显的变形,断口很快出现,并且没有延展性,呈现出平整且光滑的特点。

脆性断口的特点是无法承受相对较大的塑性变形,并且在加载过程中存在明显的蠕变现象,常见于脆性金属材料。

中间断口是韧性断口和脆性断口之间的一种过渡形态,断口上既有韧性断口的条纹状结构,又有脆性断口的平整、光滑特点。

中间断口常见于具有一定韧性的脆性金属材料。

实验步骤:1. 准备金属试样,根据试样的材料和加工工艺,选择合适的试样形状和尺寸。

2. 对试样进行预处理,包括清洗、抛光等步骤,以保证试样表面的光滑度和清晰度。

3. 将试样固定在实验台上,利用金属试验机进行拉伸实验或冲击实验,使试样断裂。

4. 观察断口形态,可以使用裸眼观察、显微镜观察等方式进行观察和记录。

5. 根据观察结果判断金属的断裂性质,如韧性、脆性或中间性,可以结合实验数据进行进一步分析和判断。

实验结果分析:根据实验所得的断口形态,可以判断金属的断裂性质。

如果试样的断口呈现出明显的条纹状结构,并且断口表面光滑、平整,说明试样具有一定的延展性和塑性变形能力,可以判断为韧性断口,表示金属具有较好的韧性和延性。

如果试样的断口呈现平整、光滑的表面,没有明显的条纹状结构,且试样未发生明显的延展性变形,可以判断为脆性断口,说明金属具有较差的塑性能力和韧性。

如果试样的断口同时具有条纹状结构和光滑表面,可以判断为中间断口,表示金属具有一定的韧性,但同时也存在一定的脆性。

需要注意的是,金属的断裂性质不仅与材料本身的特性有关,还与加工工艺、试样形状和尺寸等因素有关,因此在判断金属的断裂性质时,需要综合考虑多个因素。

断口分析

断口分析

拉伸断裂在断口上形成等轴状的韧窝
等轴韧窝是在拉伸正应力的作用下形成。应力 在整个断口表面上是均匀的,显微空洞沿空间三个 方向均匀长大,形成等轴韧窝。
拉伸形成的等轴韧窝
剪切断裂
剪切韧窝呈抛物线形。在剪切应力作用下显微空洞沿剪 切方向上被拉长。剪切韧窝在两个相匹配的断面上方向相 反。
卵形韧窝是由较大夹杂物或第二相粒子 先形成韧窝核,大人在长大过程中其自 由表面与一个小韧窝连通,这时小韧窝
河流花样起源于孪晶界
河流花样起源于夹杂
河流花样起源于析出相
河流花样起源于晶粒内部
河流花样在扩展过程中遇到倾斜晶界、扭转晶界和普通大角 度晶界时河流形态发生改变。
裂纹与小角度倾斜晶界相交时,河流连学地穿过晶界。小角 度倾斜晶界是由刃型位错组成。晶界两侧晶体取向差小,两侧晶 体的解理面也只是倾斜一个小角度。因此裂纹穿过时河流花样顺 延到下一个晶粒。
③解理裂纹之间产生较大的塑性变形,通过撕裂方式连接形 成台阶。
④ 通过基体和孪晶的界面发生开裂连接形成台阶。
(2)河流花样的起源
①河流花样起源于有晶面存在的地方:晶界、亚晶界、 孪晶界。
②河流花样起源于夹杂物或析出相。
③河流花样起源于晶粒内部,是由于解理面与螺型位错 交截所致。
低碳钢拉伸断口河流花样起源于晶界
河流通过小角度倾斜界面
河流通过小角度扭转界面
河流花样穿过扭转晶界时将产生河流的激增。扭转界面又称 为孪晶界,两侧晶体以晶界为公共界面旋转了一个角度。因此 解理裂纹不能简单的穿过晶界,必须重新形核后才能沿新的解 理面扩展。
当解理裂纹扩展到大角度晶界(大多数晶界属于大角 度晶界)时,由于晶界结构复杂两晶粒之间缺乏连续性, 晶粒之间的位向差又很大,这些都使解理裂纹无法连接 通过这时裂纹需要重新生核进而扩展,因此有可能在新 的晶粒中出现大量的河流,而且河流台阶的高度差很大, 这也有可能使原来的河流消失。

断口分析的报告模板

断口分析的报告模板

断口分析的报告模板一、背景断口分析是在材料科学领域中常用的一种方法,用于研究材料的断裂行为和性质。

断口的形态、特点和分布规律可以反映出材料的品质和性能,通过对断口的分析,可以帮助人们评估材料的质量、使用寿命和维修效果。

因此,断口分析在工业生产、科学研究和质量检验等领域中具有重要意义。

二、实验目的本实验旨在通过对不同材料的断口进行观察和分析,探究断口形态和分布与材料本身性质的关系,了解断口分析的基本原理和方法,培养学生的分析技能和实验操作能力。

三、实验原理断口形貌分析是材料力学、材料科学中常用的一种表现材料断裂介质、行为和材料物理性质联系的方法。

不同断口形貌可以反映出材料的不同断裂特性和性质,有助于揭示材料的疲劳断裂机理、裂纹扩展特性、韧性、硬度、延展性等重要机械性能参数。

实验中会使用金相显微镜和断口显微镜观察钢、铜、铝等材料的断口形貌,通过对断口的分析和比较,可以了解不同材料的物理性质、力学性质、断裂行为等方面的特点和规律。

四、实验步骤1.制作材料试样,根据不同材料的特点选择适当的尺寸和形状。

2.调节金相显微镜和断口显微镜的参数,获得适宜的观察条件。

3.将试样放入断口显微镜中,观察断口的形貌和特征。

4.调节断口显微镜的放大倍数,并在不同的放大倍数下观察断口的形貌和特征。

5.对不同材料的断口进行比较和分析,结合材料性质和实验结果进行总结和探讨。

五、实验结果经过对不同材料的断口观察和分析,我们得到了以下几点结论:1.钢材断口呈现出一定的韧性和延展性,断口形貌多为锯齿状,表明材料在断裂前有一定的变形和塑性变形;2.铜材料断口呈现出均匀的“层状”结构,表明材料性质各向同性,在断裂过程中没有出现明显的裂纹扩展或形变变化;3.铝材料断口呈现出一定的脆性和脆化特征,断口形貌多为贯通型或翘起状,表明材料在断裂前没有过多的变形和塑性变形,脆性断裂为主要断裂形式。

六、实验结论断口分析可以帮助评估材料的质量和性能,可以揭示材料在工程中的应用潜力和安全性问题。

断口分析

断口分析

断口分析是研究金属断裂面的学科,是断裂学科的组成部分。

金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌,称断口。

简介断口分析(一)断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方,记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料,所以在研究断裂时,对断口的观察和研究一直受到重视。

通过断口的形态分析去研究一些断裂的基本问题:如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。

如果要求深入地研究材料的冶金因素和环境因素对断裂过程的影响,通常还要进行断口表面的微区成分分析、主体分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等。

随着断裂学科的发展,断口分析同断裂力学等所研究的问题更加密切相关,互相渗透,互相配合;断口分析的实验技术和分析问题的深度将会取得新的发展。

断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。

断口的宏观和微观观察断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。

通常把低于40倍的观察称为宏观观察,高于40倍的观察称为微观观察。

对断口进行宏观观察的仪器主要是放大镜(约10倍)和体视显微镜(从5~50倍)等。

在很多情况下,利用宏观观察就可以判定断裂的性质、起始位置和裂纹扩展路径。

但如果要对断裂起点附近进行细致研究,分析断裂原因和断裂机制,还必须进行微观观察。

断口的微观观察经历了光学显微镜(观察断口的实用倍数是在50~500倍间)、透射电子显微镜(观察断口的实用倍数是在1000~40000倍间)和扫描电子显微镜(观察断口的实用倍数是在20~10000倍间)三个阶段。

因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面,观察断口所用的显微镜要具有最大限度的焦深,尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。

扫描电子显微镜最能满足上述的综合要求,故近年来对断口观察大多用扫描电子显微镜进行。

断裂微观机制的分析,有可能把断口的形貌分析同断裂力学指标联系起来,其中最重要的成果之一是系统地建立了断裂机制图,这对解决一些工程断裂问题十分有用。

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故障件的断口分析
在形形色色的故障分析过程中,人们常会瞧到一些损坏零件的断口,但就是人们缺乏“读懂”它的经验,不能从它的断口处判断其损坏的真正原因而贻误了战机。

这里结合整改过程中的一些实例作些介绍,希望能对您有所帮助!
对于汽车常用碳素钢与合金钢而言,其常见断口有:
1.韧性(塑性)断口:发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂。

断口形貌为韧性(塑性)断口,断口呈暗灰色没有金属光泽瞧不到颗粒状形貌,断口上有相当大的延伸边缘。

2.疲劳弯曲断口:
2-1 在抗拉极限范围内的疲劳弯曲断口:出现典型的疲劳裂纹源区、裂纹扩展区与瞬时断裂区特征(下面将详
述)。

2-2 超过抗拉极限范围内的弯曲断口:不具有典型的疲劳断口特征,属于不正常的弯曲断裂。

其断口特征:沿弯
曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层;而内层呈银
灰色白亮条状新断口(见图1)。

图1
3.典型的金属疲劳断口
典型的疲劳断口定会出现疲劳裂纹源区、裂纹扩展区与瞬时断裂区三个特征。

断口具有典型的“贝壳状”或称“海滩状”。

3-1 疲劳裂纹源区:就是疲劳裂纹萌生的策源地,它处于机件的表面,形状呈平坦、白亮光滑的半圆或椭圆形,这就是因为疲劳裂纹的扩展过程速度缓慢,裂纹经反复挤压摩擦而形成的。

它所占有的面积较其她两个区要小很多。

疲劳裂纹大多就是因受交变载荷的机件表面有缺陷;譬如裂纹、脱碳、硬伤痕、焊点等缺陷形成应力集中而引起的。

疲劳裂纹点在同一个机件上可能有多处,换句话说可能有多处疲劳裂纹源区,这需要我们去仔细解读疲劳断口。

3-2 疲劳裂纹扩展区:就是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。

它就是判断疲劳断裂的最重要的特征区。

它以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线,也称疲劳弧线呈“贝纹状”。

疲劳
弧线就是因机器运转时的负载变化、反复启动与停
止而留下的塑性变形痕迹线。

金属材料的塑性好、
工作温度高及有腐蚀介质存在时则弧线清晰。

3-3 瞬时断裂区:由于疲劳裂纹不断扩展使机件的有效断面减小,因此应力不断增加直至截面应力达到材
料许用应力时,瞬时断裂便发生了。

材料塑性大时,
断口呈暗灰色纤维状;脆性材料的断口呈结晶状。

小结:
要点:
疲劳宏观断口的特征
断口拥有三个形貌不同的区域:疲劳源、疲劳区、瞬断区。

随材质、应力状态的不同,三个区的大小与位置不同。

1、疲劳裂纹源区
裂纹的萌生地;裂纹处在亚稳扩展过程中。

由于应力交变,断面摩擦而光亮。

加工硬化。

随应力状态及应力大小的不同,可有一个或几个疲劳源。

2、疲劳裂纹扩展区(贝纹区)
断面比较光滑,并分布有贝纹线。

循环应力低,材料韧性好,疲劳区大,贝纹线细、明显。

有时在疲劳区的后部,还可瞧到沿扩展方向的疲劳台阶(高应力作用)。

3、瞬时断裂区
一般在疲劳源的对侧。

脆性材料为结晶状断口;
韧性材料有放射状纹理,边缘为剪切唇。

范例一:前稳定杆拉杆断头
最近前稳定杆拉杆在市场上出现多次短头现象,见图2
图2
其断口形状见图3、
图3
分析:由于故障里程都很短,理应不属于疲劳断裂的范畴,但从断口来瞧它更像2-2中所描述的超过抗拉极限范
围内的弯曲断口。

引起此故障的可能因素有二:
1)在极限载荷下产生的弯曲断裂
2)材料与工艺上的原因
首先作一简单验算(见图4):
已知:
前稳定杆扭转角刚度
K β=5000 Nm/rad=5000/57、3=87、3Nm/度 稳定杆作用力半径 R=355mm=0、355m
当汽车满载,车轮上下跳动±100mm 时,
稳定杆的工作扭角 β=±7、5°
A=25mm
计算:
稳定杆的交变力矩 M 0= ±K β×β=±87、3×7、5°=±655 Nm
稳定杆端头作用力 N R M F 1844355
.0655±=±=±=
图4
拉杆AA 断面处的弯曲应力σ
233/461001.05.218441
1.01.0cm N a F d M =⨯=⨯⨯==σ 拉杆材料为20号钢,许用应力就是σ=45000N/cm 2,在极限
状态下就有可能产生断头故障,不过这还要进一步调查分析后才能下结论。

范例二。

球笼驱动轴断裂原因分析
1.问题:08-02-25日一辆下线车在打力矩时在花键轴处断裂(图1)。

2.损坏件断口描述:(见图2)
1)在花键部位被拉断。

2)断口有两个区域,一为暗区(已产生的裂纹断面);另一为
亮区(新拉裂的断面)。

3)在暗区边缘沿花键根部有一明显的淬火裂纹(因它而扩
散到整个暗区,形成断裂面)。

4)断口金相颗粒比较细小均匀,说明热处理正常。

图2
3.基本分析
1) 暗区系零件中频淬火时,因花键根部出现淬裂导致该
区大面积与主体裂开。

2) 剩余的亮区部分,在M22×1、5螺旋打力矩时,承受
不了强大的轴向拉力而拉断。

4.验证计算
1)已知:材料为55号碳素钢;花键齿的根径D=φ23mm 螺纹M22×1、5 螺距 t=1、5mm 扭紧力矩 M=217±20 Nm
55号钢的屈服极限为 σs=382 N/mm 2 抗拉强度为σT=647 N/mm 2
螺纹与螺母之间的摩擦系数μ=0、15(钢—
钢)
2)验算:
螺母在用M 力矩扭紧时,计入摩擦的影响,所产
生的轴向力Q 可按以下公式计算:
d t t r M M Q πμπ15.02+-
= =+⨯-⨯=22
15.05.15.115.0112370002370002ππQ 125044 N
从断口亮区所占的面积约为A=(0、78×
222)/2=189mm 2
断口的拉应力:
σ=Q/A=125044/189=662 N/mm 2
该值已达到或超过55号钢的抗拉强度[σT ]
=660N/mm 2
必然在打扭矩时被拉断,如果淬火时零件未出
现淬火裂纹,则断口的拉应力σ=330N/mm2,
大大小于55号钢的抗拉强度[σT]
=660N/mm2,因此就是安全的。

5.结论:
损坏的样件就是由于产生淬火裂纹,从而导致打扭矩时拉断。

摆臂断裂
从断口的齐整状态来瞧像刀切一般,只有一种因素可导致此结果。

众所周知,钢材在轧制时其金属纤维的流向与轧制方向相一致,像木板一样,平行木材纤维施加弯矩则可轻易掰断木板,垂直木材纤维施加弯矩时则很难掰断木板。

对于受力较大的底盘冲压件在落料工序编制时,一定要重视钢板流线的方向,不能与受力方向顺向,否则制成的另件就会出现上面的尴尬。

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