断口分析

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金属材料断口分析的步骤与方法

金属材料断口分析的步骤与方法

金属材料断口分析的步骤与方法金属材料断口分析是一项综合性很强的技术分析工作,通常需要采用多种仪器联合测试检验的结果,从宏观到微观,从定性到定量进行研究分析。

因此,需要严格的科学态度和有步骤的操作。

断口分析的步骤包括:选择、鉴定、保存和清洗试样;宏观检验和分析断裂表面、二次裂纹以及其他表面现象;微观检验和分析;金相剖面的检验和分析以及化学分析;断口定量分析,如断裂力学方法;模拟试验等。

在进行断裂构件的处理和断口的保存时,需要采取措施把断口保存好并尽快制定分析计划。

对于不同情况下的断口,应采用不同的方法进行处理。

例如,对于大气中的新鲜断口,应立即放入干燥器内或真空干燥器内而不必清洗;对于带有油污的断口,应先用有机溶剂溶去油污,最后用无水乙醇清洗吹干;在腐蚀环境下发生断裂的断口,则需要进行产物分析。

通常可以采用X射线、电子探针、电子扫描显微镜或俄歇能谱仪进行产物分析,得出结论后再去掉产物观察断口形貌。

总之,断口分析是一项重要的金属材料分析技术,需要严格的科学态度和有步骤的操作。

去除腐蚀产物的方法之一是干剥法。

使用醋酸纤维纸(AC纸)进行清理是最有效的方法之一,特别是在断口表面已经受到腐蚀的情况下。

将一条厚度约为1mm的AC纸放入丙酮中泡软,然后放在断口表面上。

在第一张条带的背后衬上一块未软化的AC纸,然后用夹子将复型牢牢地压在断口表面上。

干燥后,使用小镊子将干复型从断口上揭下来。

如果断口非常污染,可以重复操作,直到获得一个洁净无污染的复型为止。

这种方法的一个优点是,它可以将从断口上除去的碎屑保存下来,以供以后鉴定使用。

此外,还可以使用复型法来长期保存断口。

断口表面不能使用酸溶液清洗,因为这会影响断口分析的准确性。

对于在潮湿空气中暴露时间比较长、锈蚀比较严重的断口,以及高温下使用的有高温氧化的断口,一定要去除氧化膜后才能观察,以避免假象。

如果一般有机溶液、超声波洗涤和复型都不能洁净断口表面,可以采用化学清洗。

断口分析

断口分析

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13.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。

金属断口分析

金属断口分析

断口(断裂)的基本特征与机理
滑移分离
滑移的形式
波状滑移:在晶体材料中不仅有直线型的滑移线或滑移带,
而且有波状的滑移线或滑移带。尤其是体心立方材料,由于它 没有最密排的晶面,所以滑移没有一个确定的晶面,一般可能 在几个较密的低指数面滑移,如{110}、{112}、{123}。而密排 方向是<111>,它便是滑移方向。共有48个滑移系,如果有很
断口(断裂)的基本特征与机理
滑移分离
滑移的形式 滑移碎化:当一个晶粒产生滑移变形时,它受到相邻晶粒的 束缚而阻止该晶粒的滑移,这样滑动的晶粒随着滑移变形量的 增加而产生硬化现象;另一方面这个晶粒边界的应力场将促进 相邻晶粒的滑移。与此同时,这个晶粒开动了更多的滑移系来 反抗相邻晶粒的阻力,由此产生了多重滑移而引起滑移碎化。 扭折带:在晶体材料滑移变形时,有时出现滑移部分的晶体 相对于基体旋转一定的角度,滑移区域内的滑移线成S形弯曲, 称为扭折带。扭折带两端的晶体区域具有不同的去向,但扭折 带平面总是大致垂直于主要参与滑移的方向。
断口分析的作用及意义
断裂失效分析从裂纹和断口的宏观、微 观特征入手,研究断裂过程和形貌特征与 材料性能、显微组织、零件受力状态及环 境条件之间的关系,从而揭示断裂失效的 原因和规律。
断裂力学方法和金属物理方法之间架起 联系的桥梁。
断口(断裂)分类
1.断裂与断口 构件或试样在外力作用下导致裂纹形成扩展 而分裂为两部分(或几部分)的过程称为断 裂。包括裂纹萌生、扩展和最后瞬断三个阶 段。 各阶段的形成机理及其在整个断裂过程中所 占的比例,与构件形状、材料种类、应力大 小与方向、环境条件等因素有关。 断裂形成的断面称为断口。断口上详细记录 了断裂过程中内外因素的变化所留下的痕迹 与特征,是分析断裂机理与原因的重要依据。

断口分析方法

断口分析方法

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 .
3. 断口的宏观分析
目的: 分析断裂的起源位置;裂纹的扩展方向; 根据断口变形的情况和断口宏观痕迹大致 判断断裂的性质,受力状况,环境状况, 材料缺陷状况等. 选择取样分析位置,为进一步的断口微观 分析或其他相关检验做准备和指明方向.
判断裂纹源和裂纹扩展方向的原则
在有放射状花样的情况下,放射方向是裂纹扩展方向,沿 反方向可追溯到裂纹源;分叉裂纹分叉方向是裂纹扩展方 向. 弧线形的贝纹状花样是裂纹扩展速度发生变化在断口上留 下的痕迹,一般情况下弧线凸向为裂纹扩展方向; 断口的色泽可资参考,如氧化情况,腐蚀产物的厚度,疲 劳断口的表面磨光情况等等; 对于装备中多个元件发生断裂的情况,主要根据低应力断 裂还是大应力断裂来判断首断件,一般是低应力断裂件为 首断件. 对于韧性断裂,可通过裂纹的走向,鼓包,壁厚减薄情况 等判断起爆点.
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.
2. 断口分析样品的制备
取样:最好采用手锯切割试样;采用砂轮切割要 注意避免过热;采用线切割前要对断口进行保 护;人工启开裂纹时最好将试样冷至材料低温脆 性转变温度以下,但之后应及时烘干试样; 除油:一般情况下建议采用汽油或酒精,采用丙 酮则发生二次污染的可能性较大. 除锈:除锈前应对断口进行腐蚀产物等的分析, 以免清洗后损失该方面的信息.根据材料的成份 和锈蚀状态选择清洗液. 对于不能现场取样的断口,可以采用火棉胶复型 等办法得到断口形貌复形,和萃取断口残留物进 行显微分析.采用复型最重要的是避免假象.

金属断口机理及分析

金属断口机理及分析

名词解释延性断裂:金属材料在过载负荷的作用下,局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。

蠕变:金属长时间在恒应力,恒温作用下,慢慢产生塑性变形的现象。

准解理断裂:断口形态与解理断口相似,但具有较大塑性变形〔变形量大于解理断裂、小于延性断裂〕是一种脆性穿晶断口沿晶断裂:裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。

解理断裂:在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。

应力腐蚀断裂:拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断疲劳辉纹:显微观察疲劳断口时,断口上细小的,相互平行的具有规则间距的,与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。

正断:断面取向与最大正应力相垂直〔解理断裂、平面应变条件下的断裂〕韧性:材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小,是材料强度和塑性的综合反映。

冲击韧性:冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。

位向腐蚀坑技术:利用材料腐蚀后的几何形状与晶面指数之间的关系研究晶体取向,分析断裂机理或断裂过程。

河流把戏:解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。

其形状类似地图上的河流。

断口萃取复型:利用AC纸将断口上夹杂物或第二相质点萃取下来做电子衍射分析确定这些质点的晶体构造。

氢脆:金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断。

卵形韧窝:大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。

等轴韧窝:拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。

均匀分布于断口外表,显微洞孔沿空间三维方向均匀长大。

第一章断裂的分类及特点1.根据宏观现象分:脆性断裂和延伸断裂。

脆性断裂裂纹源:材料外表、内部的缺陷、微裂纹;断口:平齐、与正应力相垂直,人字纹或放射花纹。

延性断裂裂纹源:孔穴的形成和合并;断口:三区,无光泽的纤维状,剪切面断裂、与拉伸轴线成45º .2.根据断裂扩展途分:穿晶断裂与沿晶断裂。

穿晶断裂:裂纹穿过晶粒内部、可能为脆性断裂也可能是延性断裂;沿晶断裂:裂纹沿着晶界扩展,多属脆断。

应力腐蚀断口,氢脆断口。

3根据微观断裂的机制上分:韧窝、解理〔及准解理〕、沿晶和疲劳断裂4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分:正断、切断正断:断面取向与最大正应力相垂直〔解理断裂、平面应变条件下的断裂〕切断:断面取向与最大切应力相一致,与最大应力成45º交角〔平面应力条件下的撕裂〕根据裂纹尖端应力分布的不同,主要可分为三类裂纹变形:裂纹张开型、边缘滑开型〔正向滑开型〕、侧向滑开型〔撒开型〕裂纹尺寸与断裂强度的关系Kic:材料的断裂韧性,反映材料抗脆性断裂的物理常量〔不同于应力强度因子,与K准则相似〕:断裂应力〔剩余强度〕 a :裂纹深度〔长度〕Y:形状系数〔与试样几何形状、载荷条件、裂纹位置有关〕脆性材料K准则:KI是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量,是表征裂纹尖端应力场强度的计算量;KIC是材料固有的机械性能参量,是表示材料抵抗脆断能力的试验量第二章裂纹源位置的判别方法:T型法〔脆断判别主裂纹〕,分差法〔脆断判别主裂纹〕,变形法〔韧断判别主裂纹〕,氧化法〔环境断裂判别主裂纹〕,贝纹线法〔适用于疲劳断裂判别主裂纹〕。

金属材料断口分析的步骤与方法

金属材料断口分析的步骤与方法

金属材料断口分析的步骤与方法断口分析通常是一个从宏观到微观,从定性到定量的分析过程,并且是应用多种仪器联合测试检验的结果,是综合性很强的技术分析工作。

因此需要严格的科学态度,精心地、有步骤地进行研究分析。

断口分析步骤:(1)所有试样的选择、鉴定、保存以及清洗;(2)宏观检验和分析(断裂表面、二次裂纹以及其他的表面现象);(3)微观检验和分析;(4)金相剖面的检验和分析以及化学分析;(5)断口定量分析(断裂力学方法);(6)模拟试验。

1 断裂构件的处理及断口的保存在确定了断裂的金属构件后,就要采取措施把断口保存好,尽快制定分析计划。

通常金属构件的断裂不止一个断口,有时要立即判断主断口有困难,此时应该把所有断件收集好,在收集过程中切勿把断口碰伤或对接,也不要在断口上使用防蚀涂层。

保护和清理断口是断口分析的一个重要前提。

对断口和裂纹轨迹进行充分检查后方可进行清洗。

对于不同情况下的断口应该用不同方法处理:(1)大气中的新鲜断口,应立即放入干燥器内或真空干燥器内而不必清洗。

(2)对于带有油污的断口,首先用汽油,然后用丙酮、三氯甲烷、石油醚及苯等有机溶剂溶去油污,最后用无水乙醇清洗吹干。

当浸没处理还不能去除油污时,可使用蒸汽或超声波方法进一步去除。

(3)在腐蚀环境下发生断裂的断口,通常在断口上覆盖一层腐蚀产物,这层产物对于分析断裂原因是非常有用的,但对断口形貌观察常常带来很大的麻烦。

在这种情况下,需要用综合分析的方法来考虑。

因为有许多腐蚀产物容易水解或分解,因此进行产物分析要抓紧时间,同时不要进行任何清洗和处理。

通常把带有腐蚀产物的断口试样,先用X射线、电子探针、电子扫描显微镜或俄歇能谱仪进行产物分析,得出结论后去掉产物再观察断口形貌。

去掉腐蚀产物有时可采用干剥法。

用醋酸纤维纸(称AC纸,由7%的醋酸纤维素、丙酮溶液制成厚度0.1~1mm的均匀薄膜)复型进行清理是最有效的方法之一,尤其是断口表面已经受到腐蚀的时候。

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。

金属材料断口分析-精彩部分

金属材料断口分析-精彩部分

断口分析总结
1 断口微观分析 系统介绍:
2 1,解理与准解 理;
3 2,剪切断裂;
4 3,疲劳断裂;
4,晶间断裂
5等 断口的一般 特征
解理与准解理断裂的断口具有以下之一 的重要特征----解理部分:
解理与准解理断裂的断口具有以下之一 的重要特征----准解理部分:
剪切断裂断口的一般特征
下面介绍:
01
断口微观分析的
系统说明:
02
1解理与准解理;
03
2剪切断裂;
04
3疲劳断裂;
05
4晶间断裂等
断口特征
有关断口分析的 基本概念介绍--10; 冲击断口的宏观 形貌及示意图
V缺口试样
断口
示意图
有关断口分 析的基本概 念介绍---11;
带有中央切口板 试样的反复交变 拉伸的疲劳断口
有关断口分析的基本概念 介绍---12; 弯曲与旋转弯曲疲劳断口
a, Ⅰ; b, Ⅱ; c, Ⅲ;
平面应变和平面应力时断口 有关断口分析的基本概念介 绍---4;
a,平面应变时的断口,正断 型;
b,平面应力时的断口,切断 型;
屈服区大小沿板厚方向改变的情况(穿透裂纹“哑铃状”) 有关断口分析的基本概念介绍---4;
有关断口分析 的基本概念介 绍---5; 静载荷下光滑 圆试样的拉伸 断口宏观形貌 示意图
有关断口分析的基本概 念介绍---6;
静载荷下缺口拉伸试样 断口宏观形貌示意图
有关断口分析的基 本概念介绍---7; 裂纹不对称扩展的 断口形态示意图
有关断口分 析的基本概 念介绍---8; 矩形拉伸试 样的断口形 貌及示意图
有关断口分析的 基本概念介绍--9;

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。

断口分析

断口分析

故障件的断口分析在形形色色的故障分析过程中,人们常会看到一些损坏零件的断口,但是人们缺乏“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和合金钢而言,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看不到颗粒状形貌,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、裂纹扩展区和瞬时断裂区特征(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13.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、裂纹扩展区和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: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他两个区要小很多。

疲劳裂纹大多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:是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。

它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”。

疲劳弧线是因机器运转时的负载变化、反复启动和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。

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,人们常会看到一些损坏零件的断口,但是人们缺乏“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和合金钢而言,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看不到颗粒状形貌,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、裂纹扩展区和瞬时断裂区特征(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、裂纹扩展区和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: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他两个区要小很多。

疲劳裂纹大多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:是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。

它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
是因机器运转时的负载变化、反复启动和停止而留
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,三个区的大小和位置不同。

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,还可看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,但从断口来看它更像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=φ
23mm
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
螺纹和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,因此是安全的。

5.结论:
损坏的样件是由于产生淬火裂纹,从而导致打扭矩时拉断。

摆臂断裂。

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