2 裂纹与断口分析
解理裂理断口的异同
解理裂理断口的异同
理解裂纹和断口之间的异同，需要先理解它们分别的定义。
裂纹是材料内部的一种缺陷，是一个或多个深度为d、长度为a、呈簿状或线状的平行于材料表面的缺陷。
裂纹是材料内部
的应力集中区域，当外部载荷作用于材料时，容易导致裂纹扩展并最终造成断裂。
断口是材料在受到外界力或其他作用下，由于裂纹扩展或其他原因而发生的断裂。
断口是指材料在断裂过程中产生的两侧断开的表面。
下面是裂纹和断口之间的异同点：
相同点：
1. 裂纹和断口都与材料的断裂有关，都意味着材料的破坏或损伤。
2. 裂纹和断口都是材料内部应力和外部载荷之间的结果。
不同点：
1. 裂纹是材料内部的一种缺陷，是一个或多个平行于材料表面的缺陷。
而断口是材料在受到外界力或其他作用下发生的破裂，是裂纹扩展或其他原因导致的两侧断开的表面。
2. 裂纹是发生在材料内部的，不易直接观察到。
而断口是发生在材料的表面上，可以直接观察到。
3. 裂纹是由于材料的缺陷或不均匀应力引起的，对材料的强度和寿命有重要影响。
而断口则是裂纹扩展到一定程度时，材料
失去了连续性，无法继续承载外部载荷。
4. 裂纹可以通过检测方法（如超声波检测）来发现和定位。
而断口通常可以通过肉眼观察或显微镜来观察和分析。
综上所述，裂纹和断口是材料断裂过程中的两个关键概念，裂纹是材料内部的缺陷，断口则是裂纹扩展到一定程度后的破裂表面。
它们在形成原因、位置和观察方法等方面都有不同。
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。
失效分析案例讲解
原始资料收集及失效件初步检查
枪管加工工艺 枪管材料：30CrNi2WVA 军工钢(GJB) 长：111 mm 内径：9mm 壁厚：115 mm (内壁镀铬,有6条膛线) 原材料由φ42 mm的棒材通过锻造改拔成φ28 mm 的棒材,然后经以下工艺流程制成枪管成品: 下料→调质→深孔钻→电解抛光→挤丝→去应力→ 机加工→热处理→校直→机加工→酸洗(去除氧化膜) → 镀铬→打高压弹→磁粉探伤→检验→入成品库
失效机理分析及模拟验证 模拟验证试验
取20根与断裂枪管同状态的枪管进行校直模拟试验,对 枪管施加约1 t的压力使其变形,然后进行校直(以上工艺与 实际校直工序相同),校直后进行磁粉探伤,没有发现裂纹,因 此断裂不是由于校直裂纹扩展引起的。 探伤后,所有样品放在酸洗液(去除氧化膜酸溶液)中浸 30 min,取出后清洗并放置24 h,然后再次进行探伤, 5根枪 管出现了裂纹,长度在0.5-1cm之间,裂纹源在校直压点截面 的两侧,两侧均有裂纹产生。 对裂纹枪管进行高压试验,枪管马上断裂,其断口的宏观、 微观形貌与失效件基本一致,说明裂纹是由应力腐蚀引起的。
断口分析 断口宏观分析
宏观断口观察发现裂纹源在枪管内表面阴、阳线的交 界线上,裂纹扩展部分有明显的放射条纹,裂纹以裂源为中 心呈弧形向外扩展,最终断裂部位有明显的剪切唇。 用显微镜观察裂纹,发现裂纹源部分有约0.02 mm深 的渗铬层(图5白色部位),明显大于整体渗铬层深度(0.01 mm),说明枪管在内膛镀铬前已经产生了裂纹。
失效件初步检查
断裂枪管的裂纹都出现在管中部(图1),即进行校直时 的压点处。裂纹源在枪管内壁阴线与阳线的交界线上,成曲 线向外扩展,裂纹长度在410cm左右。根据断口的宏观形貌 (图2),可发现断口为脆性断口,裂源区、扩展区和瞬断区分 明。
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。
航空发动机风扇静子叶片缘板焊缝裂纹故障分析
航空发动机风扇静子叶片缘板焊缝裂纹故障分析摘要：为排除某型发动机风扇静子叶片缘板焊缝裂纹故障，对故障件进行了断口分析、焊缝模拟件疲劳试验和残余应力测量。
结果表面焊缝表面存在较大的焊接残余应力使焊缝处材料疲劳性能下降，叠加叶片的振动应力和静应力，使故障部位产生疲劳裂纹。
关键字：航空发动机，风扇静子叶片，焊缝裂纹风扇是航空发动机的重要组成部件，其作用是提高进口空气的压力和温度，并作为发动机的承力框架[1]。
风扇机匣作为承力机匣，其结构可靠性关系着整台发动机的工作安全[2]。
风扇机匣一般使用焊接结构，具有结构简单，重量轻的优点。
近年来，风扇机匣裂纹故障时有发生，如何确定故障发生机理和处置措施是航空发动机工程人员关注的问题。
刘洋等[3]型机匣裂纹故障，通过动应力测试和古德曼图等手段开展研究，确定了故障原因，提出了增加加强筋等排故措施。
本文针对一种风扇静子叶片缘板焊缝裂纹故障，采用断口分析和动应力测量的等手段，研究焊缝裂纹的故障机理，制定了相关的排故措施。
1故障概述某型发动机风扇机匣为整环结构，由外环、静子叶片和内环三部分组成，静子叶片上缘板为四边形，直接插入机匣外环四边形型孔内，用电子束焊焊接成一体，如图1所示。
图 1 风扇机匣结构示意图对该型发动机试车检查时发现，风扇机匣荧光显示发现多条裂纹。
裂纹主要位于上缘板排气侧焊缝边缘，内表面显示出的裂纹长度大于外表面，部分裂纹未裂透。
如图2所示。
一旦裂纹扩展至闭合环形，可能会形成掉块，打伤发动机流道件，造成严重危害。
图 2 风扇机匣裂纹荧光显示照片2故障原因分析2.1断口分析选取一条贯穿机匣的典型裂纹，打开裂纹进行断口分析。
裂纹断口呈灰黄色，断面较平坦，无明显塑性变形，源区位于叶片与机匣焊缝边缘，内壁起裂，向外壁及两侧机匣部分扩展。
源区附近约10×3mm范围的断面相对平坦，有明显疲劳弧线特征，如图3所示。
图 3 裂纹断口分析形貌扫描电镜显微观察，裂纹起始于焊缝区边缘表面，线源，源区呈放射棱线特征，未见材料及冶金缺陷，未见机械损伤痕迹，扩展区可见疲劳弧线及细密疲劳条带。
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
失效分析技术
失效分析专题讲座第四、五、六期失效分析技术傅国如1,2张峥1（1.北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100083）（2.北京航空工程技术研究中心，北京100076）摘要：失效分析技术主要包括痕迹分析技术、裂纹分析技术和断口分析技术等相关内容。
本文简要介绍了这三种分析技术的基本概念、主要内容、一般程序和基本方法，以及它们在工程失效分析中的应用。
关键词：失效分析技术；痕迹分析技术；裂纹分析技术；断口分析技术中图分类号：T 文献标示码：A 文章编号：FAILURE ANALYSIS TECHNOLOGYFU Guo-ru1,2Zhang Zheng1(1.School of Materials Science and Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China)(2.Beijing Aeronautical Technology Research Center, Beijing 100076, China)Abstract: There are trace analysis technology, crack analysis technology and fractography analysis technology in failure analysis technology. The basic concept, principal content, common process and basic means are introduced in this paper. The application of these three techniques in engineering failure analysis was also introduced in this paper.Keywords: Failure Analysis technology; Trace analysis technology; Crack analysis technology; Fractography analysis technology失效分析是一门系统工程，其中的分析技术是其理论和实践基础。
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
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。
2 裂纹与断口分析
out
基本原则→用尽可能简单的仪器 得到满意的结果!
16
断口形貌观察工具的特性比较
out
17
第二节 裂纹分析
工艺裂纹
金属零件在各种加工过程中产生的裂 纹(如:铸造裂纹、焊接裂纹、白点、热处 理裂纹等), 往往是零件的断裂源。
金属零件在使用过程中产生的裂纹 ,如:应力腐蚀裂纹(包括氢脆裂纹) 、 疲劳裂纹和蠕变裂纹。
单一滑移系启动
纯剪切断口
out常发生在滑移形变不受约束或约束较
小的情况。如:平板承受拉伸载荷，薄壁容 器过载, 器壁承受双向拉伸载荷。
工程构件中常出现的两种
韧性断裂宏观形貌
36
韧性断口宏现形貌 非杯-锥状
有外周缺口圆棒试样
厚板
放 射 区 增 加
薄板
out
37
脆性断裂的断口宏观形貌
大多数是穿晶解理型的，其断口的宏观形 貌具有两个明显的特征: 小刻面 由于各晶粒解理面与断裂面位向不 相同，若把断口放在手中旋转时，将闪闪发光， 像存在许多分镜面似的。 人字条纹或山形条纹 随着裂纹的发展，由 断裂源点形成的人字 纹“或山形纹”变粗( 图中箭头指示方向为 裂纹扩展方向)。
贝纹花样法
在断口上若有疲劳 的贝纹线，则根据疲劳条 纹的弧线确定疲劳源。
源区
out
疲劳断口的贝纹线，从裂纹源呈放射状
28
c. 断口样品的清洗和保存
带灰尘或其他附着物的断口
out
29
清洁断口
带油污的断口
out
30
锈蚀较严重的断口
out
31
在腐蚀环境下断裂的断口
out
32
3.2 宏观断口分析
out
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”。
疲劳断口示意图疲丐源疲劳区（贝纹区）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切和aj JJDOO-DB 口-D e sciljKD 450DGQ 0D 45QCJI ?^*■?住沓40"-&|>住©*4& QGIO4OO&Q o a&IJ 00'g "6 令 0 b K 0吕占0 0菖®1&QQ0『00flD劈曰-D0B *■?* I'.n-IQIDlwJldjg^Jooo&pcaDaOQd *Lg 日da00!口巳u M £ -I &D H &&&口負 L-CO O QO 口 QID C^--dcoo存在时则弧线清晰。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(宏观）
out Q：何种晶体结构材料易出现脆性断裂？
编辑课件
9
薄板表面 薄板侧面-断口
out
编辑课件
10
b. 按裂纹扩展路径分类
沿 晶
混
晶
穿
晶
out
编辑课件
11
c. 按裂纹机制分类
out
编辑课件
12
out
编辑课件
13
d.按受力状态不同分类
e. 按环境介质不同分类
out
编辑课件
14
f. 按服役条件分类
放射标记法
剪切唇法
非完全脆性的断裂就有剪切唇。 断口上只有纤维区和剪切唇时， 裂纹是从试样中心的纤维区内外扩展 的，该情况的材料塑性较好。 断口同时有纤维区、放射区和剪 切唇，则塑性变形限制于裂纹前端区 域内。
贝纹花样法
在断口上若有疲劳 的贝纹线，则根据疲劳条 纹的弧线确定疲劳源。
源区
out 疲劳断口的编辑贝课件纹线，从裂纹源呈放射状 28
(确定断裂路径与组织关系) 5. 失效类型确定和失效原因判断
out
编辑课件
21
3.1 断口样品的制备与保存
a. 断口样品的选取
b. 断口样品的切割
out
编辑课件
22
判定主裂纹的方法
将散落断口拼合， 检验断口，氧
测量其几何形状变 化最严重区为
化，变形量最大的 最先断裂区
为主裂纹。
（主裂纹形成）
out
源区的位置、数量及裂纹编扩辑课展件 方向等。
33
金属断口宏观分析的依据主要有：断口的颜 色、花纹、粗糙程度、边缘情况、位置等。
静载拉伸断口
out
编辑课件
34
纤维区吸收大量塑性变形功而丧失金属光泽
韧性断裂
out
脆性断裂
编辑课件
拉伸试 样的断 口比较
不同特征的各种类型断裂!
1.2 断裂失效形式 ?
a. 按断裂前变形程度分类
完全脆性断裂和完全韧性 断裂是较少见的，通常是出现 脆性和韧性的混合型断裂。
out
编辑课混件 合型
撕裂韧窝与剪切韧窝
① 韧性断裂与断口特征
机 理
（屈服强度）
out
编辑课件
7
(微观）
out
(宏观）
编辑课件
8
② 脆性断裂与断口特征
展的反方向上(如图) ----多枝型法。
多枝型法示意图
T型法示意图
后生的裂纹是不可能穿越原
out
有的裂纹的, 由此可判定相遇裂
编辑课纹件 中哪一条为主裂纹 --T型法20则。
第三节 断口分析
断口分析思路与步骤
1. 断口样品的制备与保存 2. 断口的宏观观察(判定裂纹源) 3. 断口的显微观察 4. 断口截面分析
人字形法
• 当表面无应力集中, 裂纹源区在两组“人”字形的汇 合处，即“人”字上部指向裂源。
out
• 若表面有应力集中（存在缺口），“人”字下部指向 裂源。
编辑课件
26
美国顺纳德球形储氢压力容器 碎片拼合后的一个视图
out
据断口人字条纹矢形方向 汇集到清扫孔A、B、C处，从而
编辑课件 断定裂纹源于清扫孔处。 27
编辑课件
23
out
编辑课件
24
判定裂纹源的方法
最小应变法
碎块拼凑法 人字形法
放射标记法 剪切唇法
构件形成裂纹并逐渐 裂开后，有效截面越来 越小，宏观变形逐渐增 大, 通常源区是几乎不 变的。
贝纹花样法
out
编辑课件
25
碎块拼凑法
从碎块拼形的大小或 密合程度可判别那个是先 断开的。(A裂纹密合程度 差，是先断开的) 。
out
编辑课件
15
1.3 裂纹与断口 的分析手段
万能轧机双排人字齿轮轴劈裂形貌
宏观观察 ( 肉眼, 放大镜) 显微分析 ( OM SEM TEM) 显微裂纹←磁力探伤、荧光探伤、超声波探伤
X光探伤和低倍侵蚀 等 产物分析（EDX\XRD\XPS等）
基本原则→用尽可能简单的仪器
out
得到编辑课件满意的结果!
16
断口形貌观察工具的特性比较
out
编辑课件
17
第二节 裂纹分析
工艺裂纹 金属零件在各种加工过程中产生的裂 纹(如:铸造裂纹、焊接裂纹、白点、热处 理裂纹等), 往往是零件的断裂源。
使用裂纹 金属零件在使用过程中产生的裂纹 ,如:应力腐蚀裂纹(包括氢脆裂纹) 、 疲劳裂纹和蠕变裂纹。o来自t拉伸编辑课件
河海大学力学与材料学院硕士课程
金属材料失效分析
（Failure analysis of metallic materials）
第2讲 裂纹与断口分析
out
编辑课件
第2讲 裂纹与断口分析
第一节 裂纹与断口 第二节 裂纹分析 第三节 断口分析
out
编辑课件
2
第一节 裂纹与断口
1.1 裂纹与断口的本质
c. 断口样品的清洗和保存
带灰尘或其他附着物的断口
out
编辑课件
29
清洁断口
带油污的断口
out
编辑课件
30
锈蚀较严重的断口
out
编辑课件
31
在腐蚀环境下断裂的断口
out
编辑课件
32
3.2 宏观断口分析
断口的宏观分析是断裂失效分析的基础。通过宏观
out 分析，可直接确定断裂的宏观表现及其性质，以及断裂
18
扭转
2.1 裂纹分析思路与内容
残骸拼合、复原
肇事件判断
主裂纹判断 裂纹源位置
裂纹萌生位置 裂纹源特征
out
编辑课件
裂纹源附近状况
19
2.2 主裂纹与裂纹源位置的确定
裂纹源 通常起源于零件的应力集中处,或材 料缺陷(裂纹处) 。通常主裂纹较二次裂纹宽而 长,裂纹源区一定在主裂纹上,且在二次裂纹扩
out 全破坏—断裂! 通过无损检测,内部有超过按断裂力学计算
的临界尺寸的裂纹或缺陷的编辑零课件件,应报废!
3
金属构件在应力作用下分离为
断 口 互不相连的两个或两个以上部分,断
裂处暴露出的自然表面(即裂纹扫过 的面积)称为断口。
形貌特征→裂纹扩展留下的痕迹。
•与断裂过程有关信息的直接记录 (忠实记录者和见证者)
• 判别失效原因的有利证据 (根据断口主裂纹判别裂纹源)
out
编辑课件
4
金属材料的断裂过程
三个阶段：---裂纹萌生； ---裂纹亚稳扩展及失稳扩展； ---断裂。
低速稳态扩展:﹤5m/s 非稳态快速扩展:＞1Km/s
声速：空气(25℃) 346m/s
out
编辑课件
5
金属构件可能在制造、成形或使用阶段 的启裂、萌生裂纹, 受不同的环境因素及承 载状态的影响而使裂纹扩展直至断裂。
裂纹(裂缝)
完整金属在应力作用下, 某些薄弱部位发生局部破裂而 形成的一种不稳定缺陷。
• 直接破坏材料的连续性 • 应力集中(多数裂纹尾端较尖锐)
→ 金属发生低应力下破坏
实际金属零件中不可避免存在各种微裂纹。
可能产生于工艺或使用过程中,在特定载荷或环境条件
下逐渐产生并逐渐长大,一旦扩展到临界尺寸,零件即发生完