3金属构件常见失效形式及其判断

断口处
宏观断口分析
2. 断口分析的任务 （l）确定断裂的宏观性质。
塑性断裂/脆住断裂/疲劳断裂等。
（2）确定断口的宏观形貌。
纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等；
（3）查找裂纹源区的位置及数量。
裂纹源区的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂 纹源区的数目，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先 后顺序是怎样的等；
产品检
断 口 分 析
断口的宏观分析，能够了解断裂的全过程，因 而有助于确定断裂过程和构件几何结构间的关系，
并有助于确定断裂过程和断裂应力（正应力及切应
力）间的关系。断口的宏观分析，可Βιβλιοθήκη Baidu直接确定断 裂的宏观表现及其性质，即宏观脆断还是韧断，并 可确定断裂源区的位置、数量及裂纹扩展方向等。
断口的宏观分析是断裂件失效分析的基础 查找断裂源区是宏观分析的最重要环节
铝合金
宏观断口分析
生产中的产品检验：
利用断口来检查铸铁件的白口情况，用于确定铸 件的浇注工艺； 用断口法检查渗碳件渗层的厚度，以便确定渗碳 件的出炉时间； 用断口法检查高频淬火件的淬硬层厚度，以便确 定合理的感应器设计及淬火工艺； 用断口法确定高速钢的淬火质量； 用断口法检查铸锭及铸件的冶金质量（如有无疏 松、来杂、气孔、折迭、分层、白点及氧化膜等）。
3.1.1 金属构件的弹性变形失效
3.1.2 金属构件的塑性变形失效
3.1.3 高温作用下金属构件的变形 失效
蠕变断裂机理
• 粘弹性材料在总应变不变的条件下，由于试样内部的粘性 应变（或粘塑性应变）分量随时间不断增长，使回弹应变 分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力（回弹应力） 随时间逐渐降低的现象。 • 物理本质是结构在力的作用下发生塑性变形，这种变形导 致结构内部应力减小。就叫应力松弛。而实际材料受荷载 作用的时候，如果这个荷载远小于材料的弹性极限，则可 以忽略应力松弛的影响，但如果荷载接近于材料的比例极 限，或者荷载相当大，并且持续时间长，则就需要考虑应 力松弛的影响了，比如预应力混凝土结构中的预应力钢筋， 就会出现应力松弛。
。阳极为石墨或铅，阴极为断口试样，75C、3分钟，阴极
电流密度约20Adm-2。
断口处
断 口 分 析
1 断口的处理
②电解溶液为40%NaOH+60%Na2CO3（加热至
550C），断口样品为阴极，容器为阳极，电流密度
40Adm-2，时间5～10s，随后入冷水激冷。为加速清 洗，最后再转入到50～70C的10%柠檬酸铵水溶液中 浸泡1～2min，并同时用毛刷刷试。
蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往非常重要。
腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等。
断口处
断 口 分 析
1 断口的处理
化学法常用的溶液为： 20％NaOH水溶液加 200克／升锌粉。在此溶液中将断 口煮沸5分钟，清理吹干即可。 电化学法（阴极还原法）用于那些使用上述方法难以 清除的氧化物 。 ①电介质为50％硫酸水溶液加 2克／升缓蚀剂（若丁）
断口分
断 口 分 析
2. 断口分析的任务
（4）确定断口的形成过程。
裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如 何等；
（5）确定断裂的微观机制。
解理型/准解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；
（6）确定断口表面产物的性质。
断口上有无腐蚀产物或其他产物，何种产物，该产物是 否参与了断裂过程等。
断口分
3 金属构件的常见失效形式及判断
3.1 3.2 3.3 3.4 变形失效 断裂失效 腐蚀失效 磨损失效
3 金属构件的常见失效形式及判断
3.1 3.2 3.3 3.4 变形失效 断裂失效 腐蚀失效 磨损失效
3.1 变形失效
• 3.1.1 金属构件的弹性变形失效 • 3.1.2 金属构件的塑性变形失效 • 3.1.3 高温作用下金属构件的变形失效
断口分析包括宏观分析和微观分析两个方面。宏观分析主 要用于分析断口形貌。微观分析，既包括微观形貌分析又包括 断口产物分析（如产物的化学成分、相结构及其分布等）。
在对断口进行分析以前必须妥善地保护好断口并进行必要的处理。
断口处
断 口 分 析
1 断口的处理
（1）在干燥大气中断裂的新鲜断口 染断口及损伤断口表面； （2）对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。 （3）在潮湿大气中锈蚀的断口。 （4）在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐 防止锈蚀，防止手指污
3.2 断裂失效
3.2.0
断 口 分 析
断口分析
断口处理及断口分析的任务 断口的宏观分析 断口的微观分析
断口分
断 口 分 析
断口处理及断口分析的任务
断口分析，是用肉眼、低倍放大镜、实体显微镜、电 子显微镜、电子探针、俄歇电子能谱、离子探针质谱等仪器 设备，对断口表面进行观察及分析，以便找出断裂的形貌特 征、成分特点及相结构等与致断因素的内在联系。
断口处
断 口 分 析
1 断口的处理
干剥法是利用复型技术将表面产物去掉，因不影响断口形 貌，故较优越。特别是对于硫化气氛或氧化气氛中断裂的断 面分析时，因腐蚀产物通常是致密的FeS及FeO，效果更佳。 复型技术尚可用来长期保存断口。 干剥法通常采用醋酸纤维纸（又称 AC纸，是由7％的醋
酸纤维素丙酮溶液制成的均匀薄膜）复型技术进行清理。
断 口 分 析
1.最初断裂件的判断 （1）整机残骸的失效分析 整机残骸的分析通常称为残骸的顺序分析。 即根据残骸上的碰伤、划痕及其破坏特征分析整
机破坏的先后顺序，由大部件到小部件，再到单
个零件，进而对最初断裂件的断口作具体分析。
最初件
3.3
断 口 分 析
1.最初断裂件的判断 （2）多个同类零件损坏的失效分析
一组同类零件的几个或全部发生损坏时，要判明事
宏观分
断口的宏观分析
目标：
1. 2. 3. 4. 确定首先破坏部件 判断宏观脆性或宏观韧性断裂 确定主裂纹（起始）断裂位置 判断裂纹源和裂纹走向
1.最初断裂件的判断
• （1）整机残骸的失效分析 • （2）多个同类零件损坏的失效分析 （3）同一个零件上相同部位的多处发生破断
2. 主断面（主裂纹）的宏观判断 3. 断裂（裂纹）源区的宏观判断