实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析

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断裂韧性实验报告

东南大学力学实验报告随着断裂力学的发展，相继提出了材料的K 、J (J阻力曲线)、6 (CTOD阻力曲线)等一IC R R些新的力学性能指标，弥补了常规试验方法的不足，为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。

下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。

IC对于线弹性或者小范围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态彻底由应力强度因子K 所决定。

K 是外载荷P ，裂纹长度a 及试样几何形状的函数。

在平面应变状态下，当P 和aI I的某一组合使K =K ，裂纹开始失稳扩展。

K 的临界值K 是一材料常数，称为平面应变断I IC I IC裂韧度。

测试K 保持裂纹长度 a 为定值，而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态，将此时的ICP 、a 代入所用试样的K 表达式即可求得K 。

C I ICK 的试验步骤普通包括：IC(1) 试样的选择和准备(包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲劳预制裂纹等)；(2) 断裂试验；(3) 试验结果的处理(包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载P 的确定、实验测试值K 的Q Q 计算及KQ有效性的判断)。

J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值。

测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系：UB ?a其中U 为外界对试样所作形变功，包括弹性功和塑性功两部份， a 为裂纹长度， B 为试样厚度。

J 积分测试有单试样法和多试验法之分，其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。

但无论是单试样法还是多试样柔度标定法，都须先确定启裂点，而艰难正在于此。

因此，我国 GB2038-80 标准中规定采用绘制J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。

这是一种多试样R法，其优点是无须判定启裂点，且能达到较高的试验精度。

这种方法能同时得到几个J 积分值，满足工程实际的不同需要。

所谓J 阻力曲线，是指相应于某一裂纹真实扩展量的J 积分值与该真实裂纹扩展量的关R系曲线。

金属材料失效分析1-断裂

断裂强度σf : 指原子面发生分离时所需要的真应力大小。 T , f
一、理论断裂强度σm
1、定义：如果一个完整的晶体，在拉应力作用下，使材料沿某原子面发生分离，这时的σf就是理论断裂强度。
31
2、断裂强度计算
假设原子间结合力随原子间距按正弦曲线变化，
周期为λ，则:
a0
m
sin
2 x
其中: σm理论断裂强度
试样形状
21
四、断口三要素的应用
根据断口三要素可以判断裂纹源的位置及宏观裂纹扩展方向裂纹源的确定： ①利用纤维区，通常情况裂源位于纤维区的中心部位，因此找到纤维
区的位置就找到了裂源的位置； ②利用放射区形貌特征，一般情况下，放射条纹的收敛处为裂源位置； ③根据剪切唇形貌特征来判断，通常情况下裂纹处无剪切唇形貌特征，
而裂源在材料表面上萌生。
22
裂纹扩展方向的确定： ①纤维区指向剪切唇 ②放射条纹的发散方向 ③板状样呈现人字纹（chevron pattern）
其反方向为源扩展方向
23
§3、断裂过程
裂纹形成裂纹扩展：亚稳扩展（亚临界扩展阶段）
失稳扩展
24
裂纹形成的位错理论（裂纹形成模型或机制） 1、位错塞积理论—stroh理论 2、位错反应理论—cottrel理论 3、位错墙侧移理论 4、位错交滑移成核理论 5、同号刃位错聚集成核理论
亚稳扩展：裂纹自形成而扩展至临界长度的过程特点：扩展速度慢，停止加载，裂纹停止扩展
裂纹总是沿需要需要消耗扩展功最小的路径，条件不同，亚稳扩展方式、路径、速度也各不相同失稳扩展：裂纹自临界长度扩展至断裂特点：速度快，最大可达声速；扩展功小，消耗的能量小；危害性大，总是脆断

失效分析实验

• 说明疲劳断口特征并绘出形貌图。说明疲劳断口特征并绘出形貌图。 • 分析影响疲劳断裂的因素。分析影响疲劳断裂的因素。
失效分析实验1拉伸韧性断口形貌分析2拉伸脆性断口形貌分析3冲击断口形貌分析4疲劳断口形貌分析介愁卞愁埃夜楔倚借痊诉跪山吓正踪坤悄眉婚斗屹活酥校沦靠堰诺锋这樱失效分析实验失效分析实验把锄残毅斗垣横晚兵孺镰狡紧膊轿斯碌骑槛旬那启才谰辩陪党皿丰炔吝距失效分析实验失效分析实验呸嗓吊默赐耿撬晋苗敦政垂锑售嫁损斌角兔樊股冗滞讳竭蒜拈陀拍妓刽兴失效分析实验失效分析实验除痈清侮紧访翼吟孰箕售翁嫂撵簿杰啪郎锦牧蓟咒汁崭衍珊纽锻股俏国廷失效分析实验失效分析实验普言可氰机伺胜醚陡秩师惩耳孵饥绰弃镀寄仪濒渍鹃谐诈近准叫侣渴贯禄失效分析实验失效分析实验牙雁药戈空筷惭磁怠值水靖冗整着妨菱韦摘斤釉鞘哉龙骸级谭轻自闯斗淆失效分析实验失效分析实验a拉伸断口画出断口形貌估算各部分面积比侵芳紊挽凯胡豆愁文甸茶傻驮构瓮莽愧浇衅垛砧燎颐爆烈邵蹄惋拯拼肝摈失效分析实验失效分析实验兢灸围陇虱江器饯过听代沙敞猜赚溯呜掺甫凡乒谱蕴处骇职彭尤腊亨蔼庇失效分析实验失效分析实验骡奎疑巡涎溜骏卉帧带缎带剔氓弦匪涪荡钞讽龟竣骏奥逸烃撰菌鞘捍贞亢失效分析实验失效分析实验近饶渊祈谢伺旦胚森懂胁芦什溶誉宜揩饲垒岭出枫例行迂祈裙炉男玩瞒枕失效分析实验失效分析实验栏阿拉哈棠蝉足诉粳图力熏室增遭奖茁话朱宠阶炊分惰笑坷奋苛荔爵估场失效分析实验失效分析实验濒咱乱苏秉震仲炸经绸件卓柞惟链泞锚肪视技绢即擞宽只末苟衰又尚钨错失效分析实验失效分析实验刹女贞澳甘呀降灸莫讯羊锯合绢腰锰绦芜仰份墓拦邮匿缺酞身抽叙疑莱欧失效分析实验失效分析实验流攫磊鲤鸯孟穗仕霹蛋耸瞎喇扩造溺滔伍吩懒疫荷筒惊员诛蛮础氮凉防眨失效分析实验失效分析实验了解冲击实验的意义材料在冲击载荷作用下所表现的性能
4.实验步骤实验步骤

工程材料力学性能答案

111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111.7决定金属屈服强度的因素有哪些？12内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。

外在因素：温度、应变速率和应力状态。

1.9试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。

固溶强化、形变硬化、细晶强化1.10试述韧性断裂与脆性断裂的区别。

为什么脆性断裂最危险？21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。

1.13何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。

上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化1.20断裂强度与抗拉强度有何区别？抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力，记为σb；拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系：σf = σb (1+ψ)；脆性材料的抗拉强度就是断裂强度；对于塑性材料，由于出现颈缩两者并不相等。

1.22裂纹扩展受哪些因素支配？答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。

2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222.3试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。

答：单向拉伸试验的特点及应用：单向拉伸的应力状态较硬，一般用于塑性变形抗力与切断强度较低得所谓塑性材料试验。

压缩试验的特点及应用：（1）单向压缩的应力状态软性系数a=2，因此，压缩试验主要用于脆性材料，以显示其在静拉伸时缩不能反映的材料在韧性状态下的力学行为。

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
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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：

材料的力学性能断裂与断口分析

材料的力学性能－断裂与断口分析材料的断裂断裂是工程材料的主要失效形式之一。

工程结构或机件的断裂会造成重大的经济损失，甚至人员伤亡。

如何提高材料的断裂抗力，防止断裂事故发生，一直是人们普遍关注的课题。

任何断裂过程都是由裂纹形成和扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。

对断裂的研究，主要关注的是断裂过程的机理及其影响因素，其目的在于根据对断裂过程的认识制定合理的措施，实现有效的断裂控制。

✓材料在塑性变形过程中，会产生微孔损伤。

✓产生的微孔会发展，即损伤形成累积，导致材料中微裂纹的形成与加大，即连续性的不断丧失。

✓损伤达到临界状态时，裂纹失稳扩展，实现最终的断裂。

按断裂前有无宏观塑性变形，工程上将断裂分为韧性断裂和脆性断裂两大类。

断裂前表现有宏观塑性变形者称为韧性断裂。

断裂前发生的宏观塑性变形，必然导致结构或零件的形状、尺寸及相对位置改变，工作出现异常，即表现有断裂的预兆，可能被及时发现，一般不会造成严重的后果。

脆性断裂断裂前，没有宏观塑性变形的断裂方式。

脆性断裂特别受到人们关注的原因：脆性断裂往往是突然的，因此很容易造成严重后果。

脆性断裂断裂前不发生宏观塑性变形的脆性断裂，意味着断裂应力低于材料屈服强度。

对脆性断裂的广义理解，包括低应力脆断、环境脆断和疲劳断裂等。

脆性断裂一般所谓脆性断裂仅指低应力脆断，即在弹性应力范围内一次加载引起的脆断。

主要包括：与材料冶金质量有关的低温脆性、回火脆性和蓝脆等；与结构特点有关的如缺口敏感性；与加载速率有关的动载脆性等。

材料的断裂比较合理的分类方法是按照断裂机理对断裂进行分类。

微孔聚集型断裂、解理断裂、准解理断裂和沿晶断裂。

有助于→揭示断裂过程的本质→理解断裂过程的影响因素→寻找提高断裂抗力的方法。

材料的断裂将环境介质作用下的断裂和循环载荷作用下的疲劳断裂按其断裂过程特点单独讨论。

金属材料的断裂－静拉伸断口材料在静拉伸时的断口可呈现3种情况：(a)(b)：平断口；(c)(d)：杯锥状断口；(e)尖刃断口平断口：材料塑性很低、或者只有少量的均匀变形，断口齐平，垂直于最大拉应力方向。

断裂失效分析

机械产品的失效一般可分为非断裂失效与断裂失效两大类。

非断裂失效一般包括磨损失效、腐蚀失效、变形失效及功能退化失效等。

断裂失效是机械产品最主要和最具危险性的失效其分类比较复杂一般有如下几种: 1按断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、沿晶断裂和疲劳断裂2按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂3按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。

在失效分析实践中大都采用这种分类法。

断裂失效分析是从分析断口的宏观与微观特征入手确定断裂失效模式分析研究断口形貌特征与材料组织和性能、零件的受力状态以及环境条件如温度、介质等等之间的关系揭示断裂失效机理、原因与规律进而采取改进措施与预防对策。

从本期起分期介绍韧性、脆性及疲劳三类断裂失效分析的基础知识及典型失效案例分析。

. 韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂即零件断裂之前在断裂部位出现较为明显的塑性变形。

在工程结构中韧性断裂一般表现为过载断裂即零件危险截面处所承受的实际应力超过了材料的屈服强度或强度极限而发生的断裂。

在正常情况下机载零件的设计都将零件危险截面处的实际应力控制在材料的屈服强度以下一般不会出现韧性断裂失效。

但是由于机械产品在经历设计、用材、加工制造、装配直至使用维修的全过程中存在着众多环节和各种复杂因素因而机械零件的韧性断裂失效至今仍难完全避免。

. 工程材料的显微结构复杂特定的显微结构在特定的外界条件如载荷类型与大小环境温度与介质下有特定的断裂机理和微观形貌特征。

金属零件韧性断裂的机理主要是滑移分离和韧窝断裂。

2.2.1 滑移分离韧性断裂最显著的特征是伴有大量的塑性变形而塑性变形的普遍机理是滑移即在韧性断裂前晶体产生大量的滑移。

过量的滑移变形会出现滑移分离其微观形貌有滑移台阶、蛇形花样和涟波等。

因此有必要对滑移分离加以叙述。

1滑移带晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线滑移部分的晶体与晶体表面形成的台阶称为滑移台阶。

由这些数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。

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。

材料科学专业优质课材料力学与失效分析

材料科学专业优质课材料力学与失效分析材料科学专业优质课——材料力学与失效分析材料力学与失效分析是材料科学专业中的重要课程，它涵盖了材料的力学性能以及材料在使用过程中可能出现的失效原因和机制。

本文将从材料力学基础、失效分析方法和案例分析三个方面来介绍材料力学与失效分析的相关内容。

一、材料力学基础材料力学是研究材料的应力、应变、变形及其与力学性能之间的关系的基础学科。

它主要包括静力学、动力学和弹性力学等方面。

在静力学中，材料的受力分析和平衡条件是基本内容，可以通过受力分析确定材料的内力分布和力的平衡状态。

在动力学中，材料的运动和受力分析是重点内容，可以研究材料在受外力作用下的响应和变形情况。

弹性力学是材料力学中的重要概念，它研究的是材料在弹性变形范围内的力学性能，包括应力-应变关系、弹性模量和泊松比等参数。

二、失效分析方法1. 失效模式与机理分析失效模式是指材料在使用过程中可能出现的失效形式，比如断裂、疲劳、腐蚀等。

失效机理是指导致材料失效的原因和机制，比如应力集中、氢脆、晶体缺陷等。

失效模式与机理分析是材料失效分析的起点，通过对失效模式和机理的研究，可以确定失效原因并采取相应的措施预防失效。

2. 实验测试与数据分析实验测试是失效分析的重要手段之一。

通过对材料的物理、化学性能进行测试，可以获取与失效相关的数据。

比如断口形貌分析、材料组织结构分析、化学成分分析等。

数据分析是在实验测试的基础上，对获取的数据进行处理和解读。

可以通过统计学方法、数学模型等，对材料的失效行为进行分析和预测。

3. 数值模拟与仿真数值模拟和仿真是现代失效分析的重要手段之一。

通过建立适当的数学模型和计算方法，可以模拟材料在不同载荷条件下的响应和变形情况。

比如有限元方法可以对材料的应力分布、变形情况进行模拟和计算。

通过数值模拟和仿真，可以更好地理解材料的失效行为，指导材料的设计和改进。

三、案例分析1. 断裂失效案例分析断裂是材料在受力过程中出现的一种常见失效模式。

机械结构的失效模式与原因分析

机械结构的失效模式与原因分析导言机械结构在工程领域起着重要的作用，其可靠性直接关系到设备的使用寿命和安全性。

然而，随着机械结构的长期使用和外界环境的变化，失效问题也不可避免地出现。

本文将探讨机械结构的失效模式和其潜在的原因，为工程师和设计者提供有益的信息和指导。

一、疲劳失效疲劳失效是机械结构最常见的失效模式之一。

在长期的工作过程中，机械结构会不断地受到振动和应力的作用，导致材料的微观变形和疲劳破坏。

这种破坏方式通常是逐渐发展，不易察觉，直到最终发生失效。

疲劳失效的原因可以归结为两个方面：一是结构设计的不合理，包括应力集中、材料选择不当等；二是运行工况的变化以及外界环境的影响，如温度、湿度、腐蚀等因素。

为了避免疲劳失效，设计者应该合理选择材料和结构形式，减少应力集中，加入过载或阻尼装置等。

此外，定期进行结构检测和维护工作也是必不可少的。

二、磨损和腐蚀失效除了疲劳失效之外，磨损和腐蚀失效也是机械结构常见的失效模式。

磨损失效是指机械零件在摩擦和磨削作用下逐渐丧失其原有形状和尺寸的现象。

而腐蚀失效则是机械零件因为受到化学物质或者电化学作用而逐渐腐蚀和破坏。

磨损失效的原因主要是由于工作面之间的相对运动产生的摩擦力和应力，这些力和应力会逐渐磨损机械零件表面，导致失效。

而腐蚀失效则是由于工作环境中存在的腐蚀介质，如酸、碱、盐等，侵蚀了机械零件的表面，导致破坏。

为了防止磨损和腐蚀失效，设计者可以采用耐磨涂层、选择抗腐蚀材料等方法。

此外，定期进行机械零件的维护和润滑也能够有效延长结构的使用寿命。

三、断裂失效断裂失效是机械结构最严重的一种失效模式，其通常由于结构的强度不足或者材料的质量问题导致。

在受到剧烈的负荷作用下，机械结构会发生脆性断裂或韧性断裂。

脆性断裂是指材料在受到应力集中和高应力的情况下，发生不可逆的、迅速的、无伸长的断裂。

这种断裂方式通常是突然发生的，极易引起严重的事故。

而韧性断裂则是材料在受到高应力情况下，发生可逆的、有塑性伸长的断裂。

金属材料的损伤和断裂(韧性、脆性)

原创小刘-LZP08-07原文一、“彗星号”大型客机失事惨剧促发金属断裂行为研究史的开端1954年1月10日，一架英国海外航空公司（BOAC）的一架“彗星”1型客机（航班编号781号）从意大利罗马起飞，飞往目的地是英国伦敦。

飞机起飞后26分钟，机身在空中解体，坠入地中海，机上所有乘客和机组人员全部遇难。

这次事故震惊了全世界，英国成立了专门的调查组调查事故。

该型客机停飞两个月。

就在英国海外航空公司总裁保证该机型不会再出事并复飞后不久，另一架“彗星”型客机也发生了同样的空中解体事故，坠毁在意大利那不勒斯附近海中。

在此一年的时间里，共有3架“彗星”型客机在空中先后解体坠毁。

此惨剧令当时英国为之骄傲的“彗星号”大型客机寿终正寝，也促发了科学家研究低应力断裂的“裂纹力学”，此即断裂力学诞生的由来。

“彗星号”大型民航客机对事故的调查发现，“彗星”客机采用的是方形舷窗。

经多次起降后，在方形舷窗拐角（直角）处会出现金属疲劳导致的裂纹（裂隙）。

正是这个小小的裂纹引起了灾难事故。

后来，所有客机舷窗均采用圆形或设计有很大的圆角，以减小应力集中，提高金属疲劳强度；延缓疲劳裂纹的发生，此系后话。

进一步研究证明，裂纹的存在，引起飞机结构发生低应力破坏，通行的设计准则遇到极大挑战。

这个研究孕育了断裂力学的诞生，并促进了其快速发展。

到1957年，美国科学家欧文（G.R.Irwin）提出应力强度因子的概念，从此线弹性断裂力学基本建立起来。

断裂力学诞生并用于结构设计后，源于裂纹引发的灾难事故大大减少，可见断裂力学是破解结构低应力破坏的金钥匙。

再看一组图片所有的工程结构都是由工程材料制造而成；所有的断裂事故，均源于材料的微、细、宏观的损伤和断裂。

材料与结构的损伤断裂引发的事故实在太多。

二、材料的力学性能参数：强度、塑性、韧性、脆性、弹性从应力应变曲线上也可看出脆性或韧性材料材料的力学性能指的是材料在给定的外界条件下所表现的行为，完全由材料的微观组织结构决定。

汽车零部件断裂失效分析简述(岑举

其中力学要素是断裂失效分析的第一要点。因为力学因素的变换、波动、属性远比强度属性要活跃得多。例如占开裂问题绝大部分的疲劳断裂（含脆性断裂）基本上是一个力学属性的表征；
结构和配合的特性、载荷的性质和幅值、大多的内在质量缺陷、工作和运行的状态、应力状态等等，都属于力学分析的范畴。他们不仅决定了是否开裂，还总体上决定了以什么形式或在什么部位开裂。
设计的使用应力（各种指标）和强度（各种指标）技术条件；
关注实际的使用应力（工况）及制造质量分布的偏移和变化；两者分布曲线相交则产生失效。目前的失效分析和认知程度、评价主要还是在定性的水平上。
技术条件设计应力
制造质量使用应力、工况
2.5 断裂分析要素
从可靠性理论中断裂的应力模型得知，应力和强度是断裂分析的两大要素，两个要素中哪一个贡献较大？最为活跃？如何地感知和评价是断裂分析中的一个焦点；
关于灰色系统
是对内部结构可以部分了解或可以综合运用逻辑推理的方法进行分析的系统。
从人类实践的绝对性来看，人类可以穷尽对机电失效规律及其预防的认识，但从对失效分析的个别实践和认识来看，又总是在有限的空间内进行的。因此，对失效特点和规律的认识又往往是有限的和相对的，这就决定了失效分析的研究和发展总是处于一个灰色系统内。（失效分析的持续性、阶段性、可认知性和无止境性）（失效分析的病理学研究方法和流行病学研究方法）
式等原因引发局部产生微动磨损现象，导致疲劳开裂。这类问题在轴孔配合结构中最多体现。
疲劳断裂
案例20、某连杆销孔疲劳开裂在挤压载荷作用下的疲劳开裂；表现出了对油孔边缘处应力集中
的敏感性。
疲劳断裂
案例22、剪切应力疲劳开裂
半轴、钢板弹簧等零件，产生在高强韧性的零件中；属于应变疲劳的性质，也称为高应力低周疲劳；扭转的应力状态更有部件及断裂失效特性

失效分析总结

第一章1、零件失效：当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效。

2、零件失效的含义：1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等，从而完全丧失其功能。

2）.零件在外部环境下作用下，部分的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完成规定功能，如由于腐蚀导致尺寸超差等。

3）零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。

3、失效分析：通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，也就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。

4、失效分析可分为事前分析、事中分析、事后分析。

5、失效分析的社会经济效益：（1）失效将造成巨大的经济损失。

（2）质量低劣、寿命短导致重大经济损失。

（3）提高设备运行和使用的安全性。

第二章1.工程构件的失效分为断裂、磨损、腐蚀三大类。

2.失效形式分类及原因（表2-1P18）3.失效来源包括1.设计的问题2.材料选择上的缺点 3.加工制造及装配中存在的问题 4.不合理的服役条件4.应力集中：零件截面有急剧变化处，就会引起局部地区的应力高于受力体的平均应力，这一现象称为应力集中。

表示应力集中大小的系数称为应力集中系数。

5.缺口敏感性NSR=σNb/σb（σNb表示缺口式样抗拉强度，σb表示光滑试样抗拉强度）比值NSR越大，敏感性越小。

当NSR>1时，说明缺口处发生了塑性变形的扩展，比值越大说明塑性变形扩展越大，脆性倾向越小。

塑性材料的NSR>1，材料反而具有缺口强化效应，缺口敏感性小甚至不敏感。

NSR<1，说面缺口处还未发生明显塑性变形扩展就脆断，表示缺口敏感。

6.内应力通常分为3类：第一类内应力（宏观应力）是指存在于物体或者在较大尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在0.1mm以上；第二类内（微观）应力是指在晶粒大小尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸为10-1~10-2mm；第三类（微观）应力是在原子尺度范围保持平衡的应力，尺寸为10-3~10-6。

焊接结构的失效形式

焊接结构的失效形式焊接结构的失效形式有：脆性失效、塑性失效、疲劳失效、应力腐蚀失效等。

下面就常见的几种失效的特征及断口特点作具体分析。

一脆性失效：1 脆性失效的特征：脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效。

通过脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失。

脆性断裂在工程结构中是一种非常危险的破坏形式。

其特点是裂纹扩展迅速，能量消耗远小于韧性断裂，而且很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的征兆，而是突然发生。

脆性断裂断口表面发亮，呈颗粒状，属于平直类型，是在平面应变状态下发生的。

同时，脆性断裂是在低应力条件下发生的，因而这种断裂往往带来恶性事故和巨大损失。

2 脆性断裂断口的宏观分析：脆性断裂断口在宏观上有小刻面和放射状或人字花样两种形式。

脆性断口穿晶结晶面为解理面，在宏观上呈无规则取向。

将脆性断口在强光下转动时，可见到闪闪发光的特征。

一般称这些表面发亮呈颗粒状的小平面为“小刻面”．即解理断口是由许多“小刻面”组成的。

因此，根据这个宏观形貌很容易判别解理断口；放射状或人字花样是脆性断口的另一个宏观形貌特征。

人字花样指向裂纹源，其反向即倒人字为裂纹扩展方向。

因此，可以根据人字花样的取向，很容易地判断裂纹扩展方向及裂纹源的位置。

另外，放射状花样的收敛处为裂纹源，其放射方向均为裂纹的扩展方向。

二塑性失效：1 塑性失效的特征：塑性断裂的特点是金属断裂时伴随有明显的塑性变形并消耗大量能量。

由于塑性断裂是在大量塑性变形后发生的，结构断裂后在受力方向上会留下较大的残余变形，在断口附近有肉眼可见的挠曲、变粗、缩颈等。

塑性变形常使容器直径增加和壁厚减薄。

在大多数材料中，拉伸塑性断口呈灰色纤维状，宏观上分为平直面和剪切面。

2垫性断裂断口的宏观分析：由于显微空洞的形成、长大和聚集，最后形成锯齿形纤维状断口。

这种断裂形式多属穿晶断裂，因此断口没有闪烁的金属光泽而是呈暗灰色。

断裂失效分析(2)

您现在位置：失效分析广告断裂失效分析(2)钟培道(北京航空材料研究院,北京100095)3脆性断裂失效分析3.1概述工程构件在很少或不出现宏观塑性变形(一般按光滑拉伸试样的ψ<5%)情况下发生的断裂称作脆性断裂,因其断裂应力低于材料的屈服强度,故又称作低应力断裂。

由于脆性断裂大都没有事先预兆,具有突发性,对工程构件与设备以及人身安全常常造成极其严重的后果。

因此,脆性断裂是人们力图予以避免的一种断裂失效模式。

尽管各国工程界对脆性断裂的分析与预防研究极为重视,从工程构件的设计、用材、制造到使用维护的全过程中,采取了种种措施,然而,由于脆性断裂的复杂性,至今由脆性断裂失效导致的灾难性事故仍时有发生。

金属构件脆性断裂失效的表现形式主要有:(1)由材料性质改变而引起的脆性断裂,如兰脆、回火脆、过热与过烧致脆、不锈钢的475℃脆和σ相脆性等。

(2)由环境温度与介质引起的脆性断裂,如冷脆、氢脆、应力腐蚀致脆、液体金属致脆以及辐照致脆等。

(3)由加载速率与缺口效应引起的脆性断裂,如高速致脆、应力集中与三应力状态致脆等。

3.2脆性断裂的宏观特征金属构件脆性断裂,其宏观特征虽随原因不同会有差异,但基本特征是共同的。

(1)断裂处很少或没有宏观塑性变形,碎块断口可以拼合复原。

(2)断口平坦,无剪切唇,断口与应力方向垂直。

(3)断裂起源于变截面,表面缺陷和内部缺陷等应力集中部位。

(4)断面颜色有的较光亮,有的较灰暗。

光亮断口是细瓷状,对着光线转动,可见到闪光的小刻面;灰暗断口有时呈粗糙状,有时呈现出粗大晶粒外形。

(5)板材构件断口呈人字纹放射线,放射源为裂纹源,其放射方向为裂纹扩展方向,如图1所示。

图1板材构件脆性断口宏观特征(6)脆性断裂的扩展速率极高,断裂过程在瞬间完成,有时伴有大响声。

3.3脆性断裂机理与微观特征金属构件脆性断裂主要有穿晶脆断(解理与准解理)和沿晶脆断两大类。

3.3.1解理断裂解理断裂是金属在正应力作用下,由于原子结合键被破坏而造成沿一定晶体学平面(即解理面)快速分离。

零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析

零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析本文旨在介绍零件的脆性断裂失效分析的重要性和目的。

脆性断裂是指在零件受到一定载荷作用下，没有发生明显的塑性变形，而导致突然断裂的现象。

这种失效模式对于工程结构的安全性和可靠性具有重要的影响。

脆性断裂的失效分析是一项关键的任务，旨在确定零件破坏的原因和机制，以及采取相应的措施来预防和控制脆性断裂的发生。

在分析中，我们还会涉及到与脆性断裂相关的其他失效现象，如疲劳断裂、应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。

通过对零件脆性断裂失效的深入分析，我们可以更好地了解材料的性能和强度，确定适当的设计和加工参数，以及制定合理的维护和检修计划。

这对于提高工程结构的可靠性，延长零件的使用寿命以及降低维护成本具有重要意义。

本文将通过对脆性断裂失效分析的相关知识进行详细解释和说明，为读者提供系统的理论基础和实践指导，以便能够有效地进行脆性断裂的失效分析工作。

解释脆性断裂是指在应力作用下，当零件发生断裂时没有明显的塑性变形。

详细讨论导致脆性断裂的各种原因，包括疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等。

脆性断裂是指材料在受力作用下发生的突然断裂，常常发生在零件长时间受重复负载或特定环境下受力情况下。

脆性断裂的原因多种多样，下面将对其中的疲劳、应力腐蚀和氢脆断裂进行详细讨论。

疲劳断裂：疲劳断裂是由于零件在长时间受到变化的载荷作用下产生的。

当重复载荷作用于零件时，如果应力超过了材料的疲劳极限，就会发生疲劳断裂。

疲劳断裂是零件的高频失效模式，常见于机械装置和结构中。

应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂是指在特定环境中，材料受到应力和腐蚀介质共同作用时突然断裂。

应力腐蚀断裂的发生是由于腐蚀介质在零件表面引起局部腐蚀，而应力则产生了裂纹的扩展。

应力腐蚀断裂是一个复杂的断裂形式，常见于化工设备和海洋装备等领域。

氢脆断裂：氢脆断裂是由于材料在存在氢的环境中发生的断裂。

氢脆断裂的主要机制是氢的扩散和积聚在材料中，导致材料的力学性能降低，从而引起断裂。

断裂失效分析

3.3疲劳断裂失效
定义：工程构件在交变应力作用下,经一定循环周次后发生
的断裂称作疲劳断裂。
疲劳断裂的特点
➢ 疲劳破坏表现为突然断裂,断裂前无明显变形 ➢ 造成疲劳破坏的循环交变应力一般低于材料的屈服极限,有
的甚至低于弹性极限 ➢ 零件的疲劳断裂失效与材料的性能、质量、零件的形状、尺
寸、表面状态、使用条件、外界环境等众多因素有关。
(2) 断口上的微观特征主要是韧窝。
3.2 脆性断裂
定义：工程构件在很少或不出现宏观塑性变形(一般按光滑拉伸试样的ψ< 5 %) 情况下发生的断裂称作脆性断裂
特点：具有突发性，常常在低应力下断裂，危害性大。
• 引发脆性断裂的因素
(1) 由材料性质引起的脆性断裂,如热裂、冷裂、兰脆、回火
脆、过热与过烧致脆、不锈钢的475 ℃脆性等。 (2) 由环境温度与介质引起的脆性断裂,如冷脆、氢脆、应力
(1) 断口附件有明显宏观塑性变形。 (2) 断口外形呈杯锥状。杯底垂直于主应力,锥面平行
于最大切应力,与主应力成45°角;或断口平行于最大切应力,与主应力成45°的剪切断口。 (3) 断口表面呈纤维状,其颜色呈暗灰色。
• 韧性断裂的微观特征
➢ 韧性断裂的微观特征主要是在断口上存在大量的韧窝。 ➢ 注意：
•交变应力与交变应变
应力循环图中σmax为最大应力;σmin 为最小应力;σm 为平均应力;σa 为应力幅;Δσ为应力范围; Rs 为应力比(Rs =σmin /σmax )
应变循环
图中εmax 为应变幅的最大值,εmin为应变幅的最小值。应变幅εa 、应变范围Δε(Δε= 2εa ) 、平均应变εm 和应变比Rε= ,εmin/ εmax

常见断口的失效分析-2

常见材料失效形式与分析1.概述材料失效分析技术包括：感官检查、断口分析、化学成分分析、力学性能测试、组织分析、无损检测、残余应力测试、结构受力分析、使用维护分析、环境分析等。

其中断口分析是重要的一环。

材料失效形式有断裂、变形、腐蚀、磨损等。

在机械装备的各类失效中以断裂失效最主要、危害最大。

断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。

断口真实地记录了裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息。

对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式及断裂类型的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索，并且可以作为冲击试验转变温度的确定依据。

断口金相学不仅能在设备失效后进行诊断分析，还可为新产品、新装备投入使用进行预研预测。

本实验的主要内容为：观察不同载荷下失效的金属断口的宏观形貌和微观形貌，掌握其宏观形貌特征和微观形貌特征。

2.实验目的（1）了解拉伸、冲击、疲劳断口各特征区的构成及形貌特征；（2）掌握判定断口承载类型及断裂性质的方法。

3.实验装置及材料（1）扫描电子显微镜（JSM-6390A型）一台；（2）超声清洗仪（SCQ-200）一台；（3）拉伸、冲击、疲劳断口试样若干；（4）放大镜一只；（5）吹风机一只；（6）丙酮、无水酒精、导电胶带若干。

4.实验原理4.1断口形貌特征：（1）宏观形貌特征包括断口附近的残留塑性变形特征，如：缩颈量的多少、表面的凹凸程度，有无剪切唇等；断口的光泽和颜色：各区域的颜色及亮、暗程度，氧化腐蚀产物的颜色；断口的形貌特征花样：如纤维状、结晶状、发光小平面、放射线、弧形线等；特征区的位置、分布、面积；材料内部缺陷的痕迹等。

（2）微观形貌特征断口上常见的微观特征有：韧窝，特征包括微孔深度、大小，微孔形态（等轴、剪切、撕裂）等；滑移，具有滑移线、蛇形花样、涟波花样和延伸区（平直区）等特征；解理，包括台阶、河流、舌状、扇形、鱼骨状花样及瓦纳线等特征。

准解理，介于解理断裂与塑性断裂间的一种过渡断裂形式，具有解理小平面、撕裂棱、浅韧窝、涟波花样及延伸区等特征；沿晶断裂，具有岩石状、冰糖状等特征；疲劳，具有条带、二次裂纹、轮胎花样等特征；腐蚀，具有氧化物、腐蚀产物、泥纹等特征。

铸件失效分析报告

铸件失效分析报告引言铸件是常用的金属成型工艺之一，广泛应用于各个领域的机械制造中。

然而，在使用过程中，铸件可能会出现失效现象，例如裂纹、变形、断裂等。

本报告旨在对铸件失效进行分析，找出失效的原因，并提出相应的建议。

一、失效描述在实际使用中发现某些铸件出现断裂现象。

断裂表现为铸件上出现明显的裂纹，并伴随着变形。

这些断裂的位置主要集中在铸件的连接处，例如焊接缝或连接孔。

二、失效原因分析经过对失效铸件的观察和分析，结合相关理论知识，我们初步推断铸件失效的原因可能是以下几个方面：1.材料问题：铸件可能使用了低质量的材料或者材料存在质量问题，导致其力学性能不符合要求，易发生断裂。

2.设计问题：铸件的设计可能存在缺陷，如圆角半径不足、壁厚变化过大等，导致应力集中，增加了断裂的风险。

3.制造问题：铸件的制造过程可能存在问题，例如铸型不完善、铸造温度控制不当等，造成铸件内部存在缺陷，从而降低了其强度。

4.使用问题：铸件在使用过程中可能受到了异常的外力载荷作用，或者受到了腐蚀、疲劳等环境因素的影响，导致断裂。

三、实验分析为了进一步确认铸件失效的原因，我们进行了一系列的实验分析。

首先，我们对失效铸件的材料进行了化学成分分析。

结果显示，铸件所使用的材料与设计要求的标准材料存在差异，材料中掺杂了较高含量的夹杂物，这可能是材料强度下降的主要原因。

进一步进行金相组织分析后发现，失效铸件的金相组织存在明显的缺陷和非均匀性。

部分区域存在晶界偏析和孔隙等缺陷，这些缺陷对铸件的强度和韧性具有显著的负面影响。

同时，我们对失效铸件的断口进行了扫描电镜观察。

观察结果显示，断裂面上存在明显的沿晶裂纹，这表明铸件可能存在应力集中的问题。

此外，断裂面上还发现了一些细小的颗粒，初步判断为夹杂物或者金属氧化物，这些颗粒的存在进一步加剧了铸件的脆性。

四、建议和改进措施基于对失效铸件的分析结果，我们提出了以下建议和改进措施：1.选择合适的材料：铸件的材料应符合设计要求的标准，并经过相关质量检测，避免选用低质量的材料。

实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析

断裂韧性实验报告

金属材料失效分析1-断裂

失效分析实验

工程材料力学性能答案

6-断口失效分析技术

材料的力学性能 断裂与断口分析

断裂失效分析

断口分析报告

材料科学专业优质课材料力学与失效分析

机械结构的失效模式与原因分析

金属材料的损伤和断裂(韧性、脆性)

汽车零部件断裂失效分析简述(岑举

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零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析

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铸件失效分析报告

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