金属断口分析
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。
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。
金属断裂断口分析
4
沿晶断裂
沿晶断裂的裂纹沿晶界扩 展，大多数是脆性断裂， 由晶界上的一薄层连续或 不连续脆性第二相、杂质 物，破坏了晶界的连续性 所造成，也可能时杂质元 素向晶界偏聚引起的。 应力腐蚀、氢脆、回火脆 性、淬火脆性、磨削裂纹 等大都是沿晶断裂。
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解理断裂
金属材料在一定的条件下 （如低温） ，当外加正应力 达到一定数值后，以极快 速率沿一定晶体学平面产 生的穿晶断裂，因与大理 石断裂类似，古城此种晶 体学平面为解理面。家里 面一般是低指数晶面或表 面能最低的晶面。 例如： 晶体结构为 bcc： Fe、 解理面为｛001｝hcp 的主 要解理面为｛0001｝ 金属材料在切应力作用下 沿滑移面分离断裂，其中 又分滑断（纯剪切断裂） 和微孔聚集性断裂。纯金 属尤其是单晶体金属常产 生纯剪切断裂，其断口呈 锋利的楔形（单晶体金属） 或刀尖形（多晶体金属的 完全韧性断裂） 。这是纯粹 由滑移流变所造成的断 裂。微孔聚集性断裂是通 过微孔形核、长大聚合而 导致材料分离的。由于实 际材料中常同时形成微 孔，通过微孔长大互相连 接而最终导致断裂。
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剪切断裂
断口形貌
1
韧性断裂
2
脆性断裂
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，没有任何征兆， 因而危险性很大。脆性断 裂的断裂面一般与正应力 垂直，断口平齐而光亮， 常呈放射状或结晶状。
3
穿晶断裂
多晶体金属断裂时，裂纹 扩展的路径可能是不同 的。穿晶断裂的裂纹穿过 晶内。穿晶断裂可以是韧 性断裂（如韧脆转变温度 以上的穿晶断裂） ，也可以 是脆性断裂（低温下的穿 晶解理断裂）
穿晶断裂可以是韧性断裂如韧脆转变温度以上的穿晶断裂也可以是脆性断裂低温下的穿晶解理断裂4沿晶断裂沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展大多数是脆性断裂由晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相杂质物破坏了晶界的连续性所造成也可能时杂质元素向晶界偏聚引起的
金属材料断口机理及分析
精心整理名词解释延性断裂：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纹。
正断韧性： 河流花样 氢脆：卵形韧窝等轴韧窝1.2.34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）。
断口的试样制备：截取，清洗，保存。
断口分析技术设备：1.宏观断口分析技术（用肉眼，放大镜，低倍率光学显微镜观察分析）2.光学显微断口分析（扫描电子显微镜光学显微镜，透射电子显微镜），3.电镜断口分析。
第三章延性断裂：12.3．1（1约成45（2（321.2.（1）内颈缩扩展：质点大小、分布均匀，韧窝在多处形核（裂纹萌生），随变形增加，微孔壁变薄，以撕裂方式连接（2）剪切扩展：材料中具有较多夹杂物，同时具有细小析出相时，微孔之间可能以剪切方式相连接。
注意：内颈缩扩展与剪切扩展在同一韧窝断口上可能同时发生。
影响韧窝的形貌因素：夹杂物或第二相粒子，基体材料的韧性，试验温度，应力状态。
断口分析技术
金属断口分析的主要方法与技术。
断口分析技术。
断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。
由于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。
因此,断口上的各种断裂信息是断裂力学、断裂化学和断裂物理等诸多内外因素综合作用的结果,对断口进行定性和定量分析,可为断裂失效模式的确定提供有力依据,为断裂失效原因的诊断提供线索。
断口准备。
断口准备的目的是为下一步的断口分析提供适于分析的断口。
要求断口保存得尽量完整、特征原始;尽量不产生二次、甚至三次损伤。
对断口上附着的腐蚀介质或污染物,还需进行适当清理。
当失效件体积太大时,还需分解或切割。
总之,在断口准备过程中,要尽量保证断口（特别是关键断口、起始区断口）的原始特征不被破坏和污染。
对断口的清理应遵循以下基本原则:先判断后清理,先表面后内层,尽量采用物理方法清理而少用化学方法。
常用的清洗方法有机械剥离法、化学腐蚀法、阴极电解法和真空蒸发法等,可根据断口材料特性和附着物的种类等选定。
对断口常用的保护方法有涂保护性涂料、密封于内置干燥剂的塑料袋或干燥皿中和浸泡在无水酒精溶液中等。
切割大块失效残骸件时,应先对断口进行宏观分析,确定首断件,然后进一步确定断裂的起始部位。
切割前,先将需要分析的部位保护起来; 切割时,尽量使用锯、切等不会产生高温的机械方法。
需要使用火焰切割或砂轮切割等会产生高温的切割方法时,切口位置应离开需分析部位一定的距离,同时对切割区域进行冷却,以确保需重点分析部位不会因高温而产生二次损伤。
断口宏观分析设备和技术。
宏观分析是指在小于40 倍的条件下对断口进行观察判断的技术方法。
主要手段是人的肉眼、普通放大镜和体式显微镜。
断口宏观分析技术和方法对断口进行宏观观察时,应注意观察的角度和照明的角度,自然光是最好的照明源,观察时应从不同的角度进行观察。
宏观断口分析的第一步是用肉眼观察断口形貌特征及失效件的全貌,包括断口的颜色、变形程度和断口之外的损伤痕迹等,然后对主要特征区用放大镜或体式显微镜等进行进一步的观察,确定重点分析的部位。
金属失效断口分析
（1）断裂源区和零件几何结构间的关系 断裂源区可能发生在零件的表面、次表面或内部。 对于塑性材料的光滑试件（零件），在单向拉伸
状态下，断裂源在截面的中心部位属于正常情况。为 防止零件出现此种断裂，应提高材料的强度水平或加 大零件的几何尺寸。
表面硬化件发生断裂时，断裂源可能发生在次表 层，为防止此类零件的断裂，应加大硬化层的深度或 提高零件的心部硬度。
（c）断口表面与轴线的夹角远小于45 ，即断口表面既不和最大正应力所在平面相 对应也不和最大切应力所在平面相对应。换句话说，该断裂面是在较小的应力条件下 形成的。由此可以推知，材料的各向异性现象比较严重，横向性能比较差。通常是由 材料中的塑性夹杂物比较多及锻造流线沿轴向分布显著等因素引起的。
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（6）断口上的冶金缺陷 注意观察断口上有无夹杂、分层、粗大晶粒、疏松、 缩孔等缺陷。有时依此可以直接确定断裂原因。
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3.2.4 断口的微观分析
断裂件的断口经宏观分析之后，对断裂的性质、 类型及致断原因等问题已有所了解。但对于许多断裂 问题，特别是在特殊环境条件下发生的断裂，仅限于 宏观分析还是不够的。其原因是，一方面是由于断口 的某些产物需要搞清楚才能确定断裂原因，另一方面 宏观断口形貌尚不能完全揭示出断裂的微观机制及其 它细节。因此，为了进一步搞清楚这些问题、尚需对 断口作微观分析。其内容主要包括断口的产物分析及 形貌分析两个方面。
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（3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹
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3. 断裂（裂纹）源区的宏观判断 主断面（主裂纹）确定后，断裂分析的进一步工
作是寻找裂纹源区。裂纹源区是断裂破坏的宏观开 始部位。寻找裂纹源区不仅是断裂宏观分析中最核 心的任务，而且是光学显微分析和电子显微分析的 基础。
金属断口分析
《金属断口分析》第一章金属的断裂第一节断裂分类失效形式：过大的弹性变形；塑性形变；断裂；材料变化。
其中危害最大的是破裂特别是断裂。
通过对断口形貌特征进行分析从而获得金属断裂机理。
一，宏观脆性断裂与延伸断裂从宏观上看，断裂分为脆性断裂和延性断裂脆性断裂指以材料表面、内部的缺陷或是微裂纹为源，在较低的应力水平下（一般不超过材料的屈服强度），在无塑性变形或只有微小塑性变形下裂纹急速扩展。
在多晶体中，断裂时沿着各个晶体的内部解理面产生，由于材料的各个晶体及解理面方向是变化的，因此断裂表面在外观上呈现粒状。
脆性断裂主要沿着晶界产生，称为晶间断裂。
其断口平齐。
延性断裂是在较大的塑性变形产生的断裂。
它是由于断裂缓慢扩展而造成的。
其断口表面为无光泽的纤维状。
延性断裂经过局部的颈缩，颈缩部位产生分散的空穴，小空穴不断增加和扩大聚合成微裂纹。
二，穿晶断裂和沿晶断裂依据裂纹扩展途径不同，断裂分为穿晶断裂和沿晶断裂，或二者兼有。
穿晶断裂是指裂纹穿过晶体内部的途径发生的；穿晶断裂可能是延性的，也可能是脆性的。
若断裂是穿过晶体沿解理面断开，但无明显塑性变形为脆性断裂。
若穿晶断裂时出现塑性变形则为延性断裂。
沿晶断裂指以裂纹沿着晶界扩展的方式进行。
沿晶断裂多为脆性断裂，，但也有延性的。
应力腐蚀断口，氢脆断口都是沿晶断裂的脆性断裂。
三，韧窝、解理、准解理、沿晶和疲劳断裂这主要是根据微观断裂机制上而言四，正断和切断根据断面的宏观取向与最大正应力交角，断裂方式分为正断和切断正断性断裂是指宏观断面的取向与最大正应力相垂直，如解理断裂切断性断裂指宏观断面的取向与最大切应力方向相一致，而与最大正应力成45度第二节材料的韧性与断裂力学第二章断口分析技术第一节裂纹源位置的判别进行断裂分析首要任务是从碎片中找出最初的断裂部分，然后在其上找出裂纹源，逐步分析产生断裂的原因和性质。
寻找裂纹源的方法：1.T型法如果有两条相交的裂纹构成“T”型，通常横穿整个试样的裂纹为主裂纹，另一条为二次裂纹，2.分叉法样品断裂中，产生许多分叉，裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向，扩展的反方向为裂源位置。
《金属断口分析》课件
应变率对金属断应变率对塑性断裂性能的影响
脆性断裂的应变率效应
研究应变率对脆性断裂特性的影响
断口分析技术
金属材料断口制备
详细介绍金属材料断口制备的方法和步骤
断口分析设备
介绍断口分析的常用设备和工具
断口观察方式
列举不同的断口观察方式和技术
总结与展望
金属断口分析的应用前景
《金属断口分析》PPT课 件
本课件将深入介绍金属断口分析的相关知识，通过详细讲解金属断裂分类以 及断口分析技术，帮助您更好地理解金属材料的断裂机理和应用前景。
金属断裂分类
脆性断裂
晶粒断裂、孪晶断裂、空洞聚合引起断裂、硬夹杂物载荷集中引起断裂
塑性断裂
颈缩断裂、细粒断裂、断微观结构分析
疲劳断裂
疲劳断裂的特点、疲劳断裂的分类、疲劳断口类型分析
探讨金属断口分析在工业领域的应用前景
金属断口分析的发展趋势
展望金属断口分析技术的未来发展方向
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。
铝合金解理断口
铝合金解理断口铝合金是一种常见的金属材料，具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能。
在工程应用中，铝合金常被用作结构材料，用于制造飞机、汽车、船舶等各种工业产品。
在铝合金的加工和使用过程中，经常会出现断裂现象，即铝合金的断口。
本文将以铝合金解理断口为题，探讨铝合金断口的特点、成因和分析方法。
一、铝合金断口的特点铝合金的断口通常呈现出以下几种特点：1. 断口形状多样：铝合金的断口形状可以是平整的、粗糙的、呈现韧突的或者呈现韧性断裂的样貌。
2. 断口颜色明显：铝合金的断口颜色通常呈现出银白色或者灰黑色，有时也会有一些氧化物的颜色。
3. 断口表面有特征：铝合金的断口表面上常常可以观察到沿晶断裂、穿晶断裂或者韧突的特征。
4. 断口有裂纹：铝合金的断口上通常可以观察到裂纹的存在，有时甚至可以发现一些疲劳裂纹或者应力腐蚀裂纹。
二、铝合金断裂的成因铝合金的断裂通常有以下几个成因：1. 力学性质：铝合金的断裂与其力学性质有关，包括材料的强度、韧性、硬度等特性。
2. 加工工艺：铝合金在加工过程中可能会出现过度加工、变形不均匀、应力集中等问题，导致断裂。
3. 缺陷存在：铝合金中可能存在一些微观或者宏观的缺陷，如夹杂物、气孔、夹层等，这些缺陷会成为断裂的起始点。
4. 应力作用：外界应力的作用也是导致铝合金断裂的原因之一，如拉伸、压缩、弯曲等应力。
三、铝合金断口的分析方法对于铝合金的断口，可以通过以下几种方法进行分析：1. 断口形貌观察：通过显微镜观察铝合金的断口形貌，分析断口的特征，判断断裂类型和断裂机理。
2. 化学分析：通过对铝合金断口的化学成分进行分析，了解铝合金中的杂质含量以及可能存在的元素偏析情况。
3. 组织分析：通过金相显微镜观察铝合金的组织结构，分析晶粒大小、相分布、孪生等组织特征。
4. 断口硬度测试：通过硬度测试仪对铝合金的断口硬度进行测试，判断断裂的韧性和强度。
在进行铝合金断口分析时，需要综合运用以上多种方法，全面了解断口的特点和成因，从而准确判断断裂的原因，为改善铝合金的性能和提高产品质量提供依据。
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;
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。
金属断口分析
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。
河流花样：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结构。
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。
均匀分布于断口表面，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：材料表面、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450 .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450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K1^ v c“、二aKic :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）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K -K IC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。
金属疲劳破坏机理及断口分析PPT课件
图9 晶界处形成的疲劳裂纹核心（铁—钴—钒合金） （a）晶界处应力集中；（b）晶界处产生裂纹
图10 孪晶处形成的 疲劳裂纹核心
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图11 非金属夹杂物处产生的疲劳裂纹
（a）夹杂物处的不均匀滑移；（b）夹杂物处形成的疲劳裂纹核 心
图12 疲劳第一 阶段形成的细滑 移线
图13 滑移线的 发展
图14 平行二面 上两列异号位错 相消形成空洞
图4、静拉伸和交变载荷下的滑移带
（a）静拉伸（σ＞ σ0.2）
（b）交变应力（ σ= σ-1，N=105次）
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从图4可以看出，静拉伸试样表面上到处布满细密 的滑移带。交变载荷下，经过应力循环之后，只有 部分晶粒的局部地方出现细滑移带，表现为滑移的 不均匀性。这种滑移的不均匀性通常集中在金属表 面、金属的晶界及金属夹杂物等处，并在该处形成 疲劳裂纹核心。
图16（d）表示反号应力作用时， 滑移沿相反方向进行，原裂纹表面 和新产生的裂纹表面被压近，在裂 纹顶端处被弯折成一个耳状切口。
图16（e）表示当反号应力最大时， 裂纹表面被压合，裂纹尖端又由钝 变锐，形成一个尖角，裂纹前沿向 前扩展一个裂纹。下一次应力循环 又重复以上过程。
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因此，疲劳裂纹的扩展是在裂纹尖端塑性钝 化（钝锐交替变化）过程中不断向前推进的。 在电子显微镜下看到疲劳断口的辉纹就是每 次交变应力下裂纹扩展留下的痕迹。
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驻留滑移带、挤出脊、挤入沟等，都是金属 在交变载荷作用下表面不均匀滑移造成的疲 劳裂纹核心策源地。这些裂纹核心在交变应 力作用下逐渐扩展，相互连接，最后发展成 为宏观疲劳裂纹，图8所示。
图8、疲劳裂纹经过滑移集中区
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产生疲劳裂纹核心的地方还有晶界，孪晶界 以及非金属夹杂物等处，如图9、10、11所 示。
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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。
河流花样：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结构。
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。
均匀分布于断口表面，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：材料表面、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）a Y K c c πσ⋅=1：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）。
断口的试样制备：截取，清洗，保存。
断口分析技术设备：1.宏观断口分析技术（用肉眼，放大镜，低倍率光学显微镜观察分析）2.光学显微断口分析（扫描电子显微镜光学显微镜，透射电子显微镜），3.电镜断口分析。
第三章延性断裂：1．特点：材料断裂前发生明显的塑性变形，也可以说塑性变形是韧断的前奏，而韧断是大量塑性变形的结果。
2. 过程：显微空洞形成，扩展，连接，断裂。
3．类型：韧窝-微孔聚集型断裂、滑移分离断裂。
韧窝断口的宏观和微观形貌特征：1宏观形貌特征（1）纤维区：a.表面颜色灰暗，无金属光泽b.粗糙不平c.无数纤维状小峰组成，小峰的小斜面和拉伸轴线大约成45度角（2）放射区（3）剪切唇:和拉伸轴线大约成45度角注意：塑性较高材料的冲击断口一般具有两个纤维区2微观形貌特征：大小不等的圆形或椭圆形的凹坑（即韧窝）。
韧窝内一般可看到夹杂物或者第二相粒子。
注意：并非每个韧窝都包含一个夹杂物或粒子韧窝的形状等轴韧窝（拉伸正应力，圆形微坑，均匀分布于断口表面）剪切韧窝（剪切应力，抛物线形状，通常出现的位置：拉伸、冲击断口的剪切唇部位） 撕裂韧窝（撕裂应力，抛物线形状）卵形韧窝（卵形）剪切韧窝与撕裂韧窝微观形状无区别，怎么区分？对材料断口的两个表面进行作对比研究：韧窝凸向一致为撕裂韧窝；反之为剪切韧窝 韧窝裂纹的萌生与扩展（以拉伸正应力为例）1.韧窝裂纹的萌生应力超过材料的屈服强度→发生塑性变形→变形部位产生三向应力状态→在沉淀相、夹杂IC c K a K =⋅=I πσ物与金属界面处分离产生微孔，或夹杂物本身破碎形成裂纹，或滑移位错塞积产生孔洞2.韧窝裂纹的扩展（1）内颈缩扩展：质点大小、分布均匀，韧窝在多处形核（裂纹萌生），随变形增加，微孔壁变薄，以撕裂方式连接（2）剪切扩展：材料中具有较多夹杂物，同时具有细小析出相时，微孔之间可能以剪切方式相连接。
注意：内颈缩扩展与剪切扩展在同一韧窝断口上可能同时发生。
影响韧窝的形貌因素：夹杂物或第二相粒子，基体材料的韧性，试验温度，应力状态。
第四章解理断口宏观和微观形貌特征：1．宏观形貌特征：放射状条纹，人字纹，小刻面（发亮的小晶面）2．微观形貌特征：河流花样、舌状花样、扇形花样、鱼骨状花样、瓦纳线、解理台阶 解理台阶的形成：（1）解理裂纹与螺位错交截形成台阶（2）二次解理或撕裂相互连接形成台阶解理台阶的性质：1. 台阶扩展过程中会发生合并或消失（台阶高度减小）2. 相同方向的台阶合并后高度增加3. 相反方向的台阶合并后高度减少或消失4. 台阶高度与柏氏矢量大小、位错密度之间有一定关系河流花样：1．形成机理：河流花样实际上是解理台阶的一种标志。
当裂纹扩展时，同号台阶汇合成较大的台阶，而较大的台阶又汇合成更大的台阶，其结果就形成河流花样。
2．起源：（1）晶界、亚晶界、孪晶界（2）夹杂物或析出相（3）晶粒内部（解理面与螺形位错交截的地方）。
3．影响因素：（1）小角度晶界：倾斜晶界（影响不大，延伸至相邻晶界）扭转晶界（在亚晶界处产生新的裂纹，河流激增）（2）大角度晶界（河流不能通过，在晶界处产生新的裂纹，向外扩展，形成扇形。
） 解理断裂的萌生和扩展1.裂纹萌生机制：（1）位错塞积极制位错运动→运动受阻（晶界、孪晶界、第二相夹杂物）→位错堆积→（理论断裂强度）→产生微裂纹（2）位错反应机制：位错运动→位错相遇→产生新位错（不动位错）→阻碍随后的位错运动→位错堆积→产生微裂纹（3）滑移解理机制位错运动→排列成小角度晶界→部分晶界被阻碍→产生拉应力→微裂纹2.裂纹的扩展：根据格里菲斯表达式来解释 CE c πγσ2=解理断裂的影响因素1.试验温度T↓，裂纹尖端塑性变形区↓→裂纹扩展阻力↓→解理断裂发生的容易程度上升；2.应变速率↑→解理断裂发生的容易程度↑；3.hcp、bcc类型金属、合金易发生解理断裂，fcc类型金属、合金不易发生解理断裂（滑移系）；4.晶粒尺寸↑发生解理断裂的可能性↑；5.显微组织不同，解理断裂路径不同。
断口形貌不同；6.第二相粒子越粗大越容易发生解理断裂。
准解理断裂宏观特征：宏观断口较平整，少或无宏观塑性变形，结晶状小刻面，亮但不发光，较明显的放射状花样第五章疲劳断裂：1.定义：由于交变应力或循环载荷作用下的脆断。
2.分类：（1）按负载和环境条件分类：高周疲劳，低周疲劳，接触疲劳，热疲劳，腐蚀疲劳。
（2）依载荷类型特点分类：弯曲疲劳，轴向疲劳，扭转疲劳。
疲劳断裂的一般特征：（1）断裂应力比静载下的抗拉强度，屈服强度低，断裂前无明显塑性变形，是低应力脆断破坏现象。
（2）疲劳断裂是损伤积累过程的结果，是与时间相关的破坏方式。
它包括裂纹萌生、扩展和失稳断裂三个阶段。
（3）工程构件对疲劳抗力比对静载荷要敏感得多。
（4）微观上一般是穿晶断裂，也属一种脆性穿晶。
疲劳裂纹的萌生和扩展：1.萌生：表面（次表面，内部）2.扩展：第一阶段裂纹起源于材料表面，向内部扩展，扩展速度慢。
第二阶段断面与拉伸轴垂直，凹凸不平。
扩展途径为穿晶，扩展速度快。
（显微特征：疲劳辉纹）疲劳断口形貌特征：1疲劳源：光滑、细洁扇形小区域。
位于材料表面、次表面或者内部。
2裂纹扩展区形状：一条条同心的圆弧颜色：因为氧化或者腐蚀，成黑色或褐色变化规律：年轮间距小，表示裂纹扩展慢，材料韧性好3瞬断区形貌：具有断口三要素（放射区、剪切唇）的特征对于塑性材料，断口为纤维状，暗灰色对于脆性材料，断口为结晶状瞬断区面积越大，越靠近中心部位，工件过载程度越大；反之越小。
疲劳辉纹与疲劳条纹（贝纹线）的区别：贝纹线：宏观特征因交变应力幅度变化或载荷停歇造成的。
辉纹：微观特征，是一次交变应力循环裂纹尖端钝化形成的。
辉纹四要素：１．辉纹相互平行且垂直于裂纹局部扩展方向。
２．辉纹间距随应力强度因子振幅而变化。
３．辉纹个数等于负载循环次数４．通常断面上的一组辉纹是连续的，相邻断面上的辉纹不连续。
疲劳辉纹：1.形成机理：裂纹扩展的连续模型和不连续模型。
2.类型：韧性辉纹，脆性辉纹3.产生的必要条件：（1）张开型平面应变，即正断时才出现（2）延性材料比较容易出现（3）真空中不出现辉纹影响疲劳断口形貌的因素：1载荷类型与应力大小2材质3晶界4夹杂物或第二相5环境介质。
腐蚀疲劳：1定义：材料在循环应力和腐蚀介质共同作用下产生的断裂。
2裂源：材料的腐蚀坑或表面缺陷部位。
3特征：（1）多起源于腐蚀坑处或表面缺陷部位，为多源疲劳（2）断口上具有较模糊的疲劳辉纹（3）断口上具有沿晶断裂形貌，也可能有穿晶断口形貌（4）断口中二次裂纹较多第七章环境应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断引起表面膜局部断裂的原因：环境因素，冶金因素，力学因素，机械破损。
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。
（蠕变断裂为沿晶断裂）第六章环境断裂：金属材料在腐蚀介质和温度环境等条件影响下产生的沿晶或穿晶低应力脆断现象应力腐蚀断裂断裂过程：裂纹的形成、裂纹的扩展氧化膜破坏-腐蚀坑形成-应力腐蚀裂纹萌生和亚临界扩展-机械失稳破坏引起表面氧化膜局部破裂的因素：环境因素、冶金因素、力学因素、机械破损SCC断口形貌特征：1.宏观：（1）呈现脆性特征（2）多源，裂纹形成区成暗色或灰黑色（3）最终断裂区具有金属光泽，常有放射性花样或人字纹。
2.微观：沿晶断口，晶面有撕裂脊等SCC影响因素和预防措施：1.影响因素：应力、环境介质、成分、热处理工艺2.预防措施：降低应力、表面处理、改变腐蚀介质、选材、电化学保护氢脆的分类及其宏微观形貌特征：分为内部氢脆和环境氢脆内部氢脆形貌特征：1宏观：白点（发裂白点、鱼眼型白点）2微观：穿晶解理断口或准解理断口环境氢脆形貌特征：1宏观：与脆性断口相似2微观：沿晶断口和准解理断口SCC与氢脆的关系1联系：通常共同存在，形貌也相似2区别：（1）电化学反应：SCC为阳极溶解控制过程，氢脆为阴极反应控制过程（2）裂源：SCC从表面开始，裂纹分叉；氢脆从次表面或内部开始，裂纹基本不分叉影响氢脆外部因素：温度、氢浓度、置放时间蠕变可由蠕变曲线描述，一般分为三个阶段：1初始蠕变阶段（蠕变速率随时间不断降低）2稳态蠕变阶段（蠕变速率保持不变）3加速蠕变阶段（蠕变速率随时间加快直至断裂）材料蠕变变形机理主要有位错滑移、原子扩散、晶界滑动按照断裂时塑性变形量大小的顺序，可将蠕变断裂分为如下三个类型：沿晶蠕变断裂（高温、低应力）、穿晶蠕变断裂（高应力）、延缩性断裂（高温）沿晶断裂：类型：韧性沿晶断裂、脆性沿晶断裂产生的原因：1脆性沉淀相沿晶界析出2晶界弱化3环境4热应力5晶体粗大断口宏观形貌特征：结晶状、冰糖快状、灰色石状第七章断裂形式：1按裂纹产生部位：表面开裂、内部开裂2按塑性加工方式：轧制开裂、挤压开裂、锻造开裂断裂原因：1塑性变形不均匀2铸锭质量差3加工工艺不合理失效分析的一般程序：外部观察—试验检查—综合分析。