疲劳与拉伸断口分析
螺栓断口失效分析
1、解理断裂（大多数情况下为脆性断裂）2、剪切断裂1、静载断裂（拉伸断裂、扭转断裂）2、冲击断裂3、疲劳断裂1、低温冷脆断裂2、静载延滞断裂（静载断裂）3、应力腐蚀断裂4、氢脆断裂断口微观形貌（图3/4/5/6），断口呈脆性特征，表面微观形貌为冰糖状沿晶断裂，芯部为沿晶+准解理断裂，在断裂的晶面上有细小的发纹状形貌。
结论：零件为沿晶断裂的脆性断口。
断口呈脆性特征，表面微观形貌沿晶断裂，芯部为准解理断裂；终断区（图4）微观为丝状韧窝形貌，为最终撕裂区结论：断口为脆性断裂宏观断口无缩颈现象且微观组织多处存在剪切韧窝形貌，为剪切过载断裂断口。
综上分析：零件为氢脆导致的断裂，氢进入钢后常沿晶界处聚集，导致晶界催化，形成沿晶裂纹并扩展，导致断面承载能力较弱，最终超过其承载极限导致断裂典型氢脆断口的宏观形貌如右图所示：氢脆又称氢致断裂失效是由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效。
氢脆多发生于螺纹牙底或头部与杆部过渡位置等应力集中处。
断口附近无明显塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，一般可见放射棱线。
色泽亮灰，断面干净，无腐蚀产物。
应力腐蚀也属于静载延滞断裂，其断口宏观形貌与一般的脆性断口相似，断口平齐而光亮，且与正应力相垂直，断口上常有人字纹或放射花样。
裂纹源区、扩展区通常色泽暗灰，伴有腐蚀产物或点蚀坑，离裂纹源区越近，腐蚀产物越多。
应力腐蚀断面最显著宏观形貌特征是裂纹源表面存在腐蚀介质成分贝纹线是疲劳断口最突出的宏观形貌特征，是鉴别疲劳断口的重要宏观依据。
如果在宏观上观察到贝壳状条纹时，在微观上观察到疲劳辉纹，可以判别这个断口属于疲劳断口。
铸造A356铝合金的拉伸性能及其断口分析
铸造A356铝合金的拉伸性能及其断口分析冉广，周敬恩，王永芳(西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：研究了铸造A356-T6铝合金板不同位置处的拉伸性能。
采用扫描电子显微镜和光学显微镜对拉伸断口及断口纵剖面的组织形貌进行了观察分析。
试验结果表明，铸造A356一T6铝合金的拉伸屈服强度随离浇道口平面距离的增加而减小，断裂强度则是先减小然后再增大，而延伸率随高度变化不明显。
铸造A356-T6铝合金的平均屈服强度、断裂强度、延伸率和断面收缩率分别为2l6．64 MPa，224 MPa，1．086％和0．194％。
断口分析表明拉伸断口的表面分布着杂质、孔洞、铸造缩孔和氧化膜等缺陷，断口表面也存在开裂的由碳、氧、铁、镁、铝和硅元素形成的复合粒子。
铸造A356-T6铝合金在拉伸过程中，裂纹萌生于共晶硅粒子与基体结合处，并沿枝晶胞之间的共晶区域进行扩展，当前进的裂纹遇到取向不一致的共晶硅粒子时，裂纹将截断共晶硅粒子。
铸造A356-T6铝合金拉伸断裂方式为沿胞(即穿晶)断裂的准解理断。
关键词：铸造A356铝合金：A1-7％Si-0．4Mg；拉伸性能；断裂机制：断口形貌中图法分类号：TG 146．2 l 文献标识码：A文章编号：1002一l85X(2006)10一l620—05Abstract：The cast A356 aluminum alloy plate produced by precision sand(chemical bonded)process was heat treated by T6 technology． Tensile properties in diferent locations of cast A356-T6 aluminum alloy plate were studied．The fractography and its longitudinal surface were examined and analyzed by optical microscope(OM)，scanning electric microscope(SEM)and energy spectrum analysis(ESA)．The results show that the yield strength of cast A356-T6 aluminum alloy decreases with increasing of the distance from the inner gate plane， but the tensile strength firstly decreases and then increases with increasing of the distance．The elongation variation with the distance is not obvious．The average values of yield strength(o-0 2)，tensile strength(o-b)，elongation( and reduction in area (％)of A356-T6 alloy are 2 1 6．64 M Pa，224 M Pa，1．086％ and 0．1 94％，respectively．The inclusions，pores，shrinkage porosities and oxide film were observed in fracture surface．And the fracture particle combined by C，O，Fe，M g，AI and Si elements was also observed in some tensile fracture surface．During the tensile testing，the cracks initiated from the interface between eutectic silicon and aluminum matrix，and propagated along eutectic region around the dendritic cel1．The tensile fracture m echanism of cast A356-T6 aluminum alloy is quasi-cleavage feature of trangranular model(along the cell fracture)．Key words：cast A356 aluminum alloy；AI-7％Si-0．4M g；tensile properties；fracture mechanism；fractography1前言铸造铝合金由于具有优异的铸造性能，良好的耐腐蚀性，高的强重比和铸件制造成本低，能够近终成型等特点，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[1-4]，其中A1．Si7．Mg(A356)铸造铝合金通常用来制备汽车气缸盖及发动机滑块构件[5]。
碳钢拉伸实验及断口分析（断口形貌观察部分）
碳钢拉伸实验及断口分析（断口形貌观察部分）计划学时：2学时工程构件或机械零件的尺寸、形状或材料性能都会在某种外界因素的作用下发生变化，甚至发生局部或整体的破断，产生机械失效现象，正确地辨认和评价可能影响设计和产品生产的全部潜在失效形式，才能成功地设计并生产出能够防止过早出现失效现象的产品，本实验通过对含钒碳钢金属材料拉伸实验后进行断口的宏观及微观分析，探讨了断裂的物理本质与规律、断裂的基本类型、金属断裂的微观机制以及裂纹扩展机理。
【实验目的】(1) 了解断裂及断口的分类。
(2) 理解断口的形貌特点。
(3) 掌握断口形貌观察。
【实验原理及内容】断裂是指物体在外力作用下发生分离的现象。
断裂按不同的角度进行分类：服役条件、断裂应变、断裂面的取向、断口形貌及断裂路径等。
其中按断口形貌可分为沿晶断裂（对应沿晶断口）、解理断裂（解理断口）、准解理断裂（准解理断口），纯剪切断裂及微孔聚集型断裂（对应韧窝断口）。
其中前三类属于脆性断裂，后两者属于韧性断裂。
而在很多情况下断裂面显示混合断口，有可能存在沿晶和解理（或准解理），也可能韧窝或准解理（或沿晶）共存。
有时宏观断口的不同区域显示不同的微观断口。
脆性断裂就是指没有宏观塑性应变的断裂。
它是由位于一般弹性范围内并超过晶面中材料的结合力的载荷所造成的。
所对应的断口属于脆性断口。
宏观脆性断口看不到纤维区和剪切唇，只存在放射区，放射线发源于断裂源。
而解理裂纹沿解理面扩展就导致解理断裂。
典型的解理断口是由河流花样，扇形花样或羽毛状花样构成。
而当脆性裂纹沿确定的低指数晶面扩展时就能获得解理断口，但是如果脆性裂纹沿不能确定的晶面扩展时，断口上看不到明显的河流花样或扇形花样，则称为准解理断口。
另外对于多晶体，如果晶粒边界的结合强度远比晶内要低时，脆性裂纹就会择优在晶界形核，并沿晶界扩展，从而导致沿晶断口，在断面上可看到晶粒轮廓或多边体晶粒的截面图。
韧性断裂是指材料断裂前的宏观塑性变形（延伸率或断裂应变）或断裂前所吸收的能量较大，则称为韧性断裂。
材料断口分析第6章-疲劳断裂
§1 引言 §2 疲劳裂纹的萌生与扩展 §3 疲劳断口形貌特征 §4 影响疲劳断口形貌的因素 §5 腐蚀疲劳
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§1 引言
1、定义: 由于交变应力或循环载荷所引起的低应力脆断。 在所有的损坏中，疲劳断裂的比例最高，约占70%
2、类型:依负载和环境条件的不同，分为五类： 高周疲劳：材料在低应力（σ＜σ0.2）的作用下而寿命较高
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锯齿形断口
棘轮花样
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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
位置：自由表面 断面中心 非对称（次表面）
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瞬断区面积越大，越靠近中心部位，工件过载程度越大 瞬断区面积越小，越靠近 边缘，工件过载程度越小
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二、疲劳断口显微形貌特征
疲劳辉纹 1、定义：在光学显微镜、SEM或TEM下观察疲劳断口时，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 的显微特征条纹
疲劳辉纹与疲劳条纹（贝纹线）的区别：
贝纹线是宏观特征线，因交变应力幅度变化或载荷停歇等造成的 辉纹是显微特征线，是一次交变应力循环裂纹尖端塑性钝化形成的
铝合金疲劳辉纹
（Nf ＞ 105）的疲劳 低周疲劳：材料在反复变化的大应力或大应变作用下，使材
料的局部应力往往超过σ0.2 ，在断裂过程中产 生较大塑性变形，是一种短寿命（Nf ＜ 102 — 105）的疲劳
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接触疲劳：材料在较高接触压应力的作用下，经过多次应力 循环后，其接触面的局部区域产生小片或小块金 属剥落，形成麻点或凹坑，导致材料失效的现象
▲工程构件对疲劳抗力比对静载荷要敏感得多。其疲劳抗力不仅取 决于材料本身特性，而且与其形状、尺寸、表面质量、服役条件 环境等密切相关
变应力下,零件疲劳断裂的特征
变应力下，零件疲劳断裂的特征
在受到变应力时，零件疲劳断裂具有以下特征：
1. 断口形态不规则。
由于变应力导致零件内部的微小裂纹在断裂时扩展的方向和速度不一致，导致断口呈不规则形状。
2. 断口表面存在韧突。
由于受到变应力的影响，零件在断裂前会先发生塑性变形，形成一些韧突，这些韧突会在断裂时被撕裂并留下在断口表面。
3. 断口表面存在疲劳条纹。
由于零件在受到变应力时会多次经历拉伸和压缩的循环载荷，导致内部的微小裂纹按照一定方向排列，产生疲劳条纹。
4. 断口表面存在裂纹扩展区。
由于变应力会导致零件内部的微小裂纹不断扩展，最终导致断裂。
在断口表面上，可以观察到裂纹扩展区，这是由于断裂前裂纹扩展的速度不断增加，导致扩展区域的颜色和纹理发生变化。
总之，变应力下的零件疲劳断裂具有不规则的断口形态、存在韧突和疲劳条纹、以及裂纹扩展区等特征。
这些特征有助于工程师对零件的疲劳寿命进行评估和预测，从而减少可能造成的事故和损失。
- 1 -。
异常断口形貌 冲击断口拉伸断口落锤断口疲劳断口
02 冲击断口
定义与特性
定义
冲击断口是指材料在受到快速冲 击或瞬时载荷时发生的断裂现象 ，其断裂面通常较为粗糙，呈撕 裂状。
特性
冲击断口通常表现出脆性断裂的 特征，即材料在没有明显的塑性 变形的情况下突然断裂，断裂前 无明显征兆。
形成原因
高应力集中
当材料受到冲击或瞬时载荷时，由于应力集中或应力分布不均， 导致局部应力超过材料的强度极限，引发断裂。
异常断口形貌的出现可能是由 于材料内部存在缺陷、应力集 中、温度变化等因素导致的。
形成原因
材料内部存在缺陷，如气孔、夹 杂物等，导致局部应力集中，引
发断裂。
加工过程中产生的应力集中，如 切割、弯曲等操作，导致材料内 部产生微裂纹或应力集中区域。
温度变化引起的热应力或材料内 部的热损伤，如焊接过程中产生 的热应力或热损伤，导致材料脆
维护成本增加
由于需要频繁更换断裂件或进行维修，产品的维 护成本会增加。
03 拉伸断口
定义与特性
定义
拉伸断口是指在拉伸试验过程中材料 的断裂部位，具有特定的形貌特征。
特性
拉伸断口通常呈现出颈缩现象，即材 料在断裂前发生明显的径向收缩；断 口一般呈平面状，表面较为光滑，有 时会有放射区或剪切唇。
形成原因
如桥梁、压力容器等，如果材料出现拉伸断口，可能会影响到产品的安
全性能。
02
可靠性
在长期使用过程中，如果产品出现拉伸断口，可能会导致性能下降或失
效。特别是在疲劳载荷下，拉伸断口可能会成为裂纹的起源，进一步扩
展导致结构的破坏。
03
使用寿命
材料的拉伸断口可能会影响到产品的使用寿命。特别是在一些需要承受
复杂载荷的场合，如航空航天、汽车等，拉伸断口可能会加速结构的失
断口的名词解释
断口的名词解释断口是指物体在受到外力作用下发生断裂的部位或表面。
这种断裂可发生在各种物质上，如金属、塑料、玻璃等。
断口的形态和特征不仅能揭示物体受力情况和材料性质，还对事故分析、材料研究和质量控制具有重要意义。
以下将对断口的不同类型和其解释进行探讨。
1. 脆性断口脆性断口常见于质地脆硬、具有一定韧性的材料，如陶瓷、冷齿轮等。
脆性断口特征是呈现出光滑平整、明显的突变面和凹形结构。
断裂发生时，内部的应力达到了材料的破坏强度，导致断裂口迅速扩展。
脆性断口的特点是没有明显的变形和拉伸，而是突然破裂。
2. 韧性断口韧性断口主要出现在具有一定延展性、柔软的材料中，如塑料、橡胶、铝合金等。
韧性断口的特点是呈现出边缘不规则、舌状的形态，并且在断裂过程中会有明显的塑性变形。
这种断口通常发生在材料受到较大的应力时，因为塑性变形和能量的吸收作用，导致断裂口相对较为平滑。
3. 黏性断口黏性断口主要出现在高温或非晶态材料中，如玻璃、胶水等。
黏性断口的特征是表面光滑、类似粘液状，并且没有明显的结晶或晶粒边界。
黏性断口在形态上通常表现为拉长或扭曲状态，这是因为材料在断裂前发生了丝状形变。
4. 疲劳断口疲劳断口是指材料在连续应力循环下出现的断裂现象。
疲劳断裂是由于材料在应力循环中逐渐累积的微小损伤最终导致的。
疲劳断口的特征是呈现出由微裂纹开始扩展的平行线状结构，并且断口表面通常较为粗糙。
断裂现象是材料工程和结构设计中一个重要的研究方向，对于提高材料的强度、延展性和耐久性具有重要意义。
通过对断口的解释和分析，可以了解物体受力状态、材料性质以及制造过程中的质量问题。
进一步的研究可以帮助制定更合理的材料选择和加工工艺，以提高产品的性能和可靠性。
总之，断口是物体在受到外力作用下发生断裂的部位或表面，不同类型的断口特征体现了材料的特性和受力状态。
从脆性断口到韧性断口，再到黏性断口和疲劳断口，不同断口类型的解释为我们理解断裂的过程和机制提供了重要线索。
45号钢拉伸断口形貌分析
45号钢拉伸断口形貌分析
钢的拉伸断口形貌分析可以提供关于钢材的力学性能、疲劳性能和断裂机制的重要信息。
一般来说，钢的拉伸断口形貌可以分为几种类型：
1. 齿状断口：断口表面呈现出一系列凹凸不平的齿状结构，这种形貌表明钢材在断裂时存在着较大的应力集中和应力集中的突变。
这种形貌常见于具有较高硬度和较低韧性的钢材。
2. 铁球状断口：断口表面呈现出类似铁球的球形结构，这种形貌表明钢材在断裂时存在着相对较低的应力集中和应力集中的平滑过渡。
这种形貌常见于具有较高韧性的钢材。
3. 断裂韧窝：断裂韧窝是在钢材断裂过程中形成的一种类似蜂窝状的结构，它表示钢材在拉伸断裂过程中的能量吸收能力。
断裂韧窝的深度和面积可以提供关于钢材的韧性和能量吸收能力的重要信息。
通过对钢材的拉伸断口形貌进行详细的分析和观察，可以进一步了解钢材的断裂机制、韧性、疲劳性能和力学性能。
这些信息对于钢材的设计、选择和应用都具有重要的指导作用。
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
螺栓断裂的形式
一、拉伸断裂
拉伸断裂是指螺栓在受到拉伸应力作用下断裂。
这种断裂形态通常是呈现一条明显的断口，呈现出清晰的颗粒状断面。
螺栓的拉伸断裂通常发生在螺栓的颈部和螺纹部分，原因是这些区域的应力集中。
拉伸断裂的原因很多，可能是由于负荷过大、安装不当、事故及腐蚀等。
为了避免拉伸断裂的发生，应按照规范正确安装和使用螺栓，并使用合适的材料。
二、剪切断裂
剪切断裂是指在受到剪切应力的作用下，螺栓发生断裂。
这种断裂形态不同于拉伸断裂，通常会呈现出交错的齿状断口。
剪切断裂的原因可能包括负荷过大、疏忽或安装不当、材料不当等。
预防剪切断裂，应使用合格的螺栓，材料应该符合规范，安装应该完全遵循标准规定。
三、疲劳断裂
疲劳断裂是指螺栓在受到持续循环应力作用下逐渐疲劳导致的断裂。
这种形态的断口表现比较复杂，有时候断口会呈现出逐渐变细的尖锐断口或者外凸的半月形形状。
疲劳断裂的发生原因通常包括频繁的负载变化、使用时间过长、高温及腐蚀等因素。
为了预防疲劳断裂，我们可以使用高质量的螺栓材料，定期检查并更换老化的螺栓，定期进行维保和检修等方式。
疲劳断裂的断口特征
疲劳断裂的断口特征疲劳断裂是指材料在反复加载下发生的断裂现象，通常发生在金属材料中。
与静态加载下的断裂不同，疲劳断裂的断口特征具有一些独特的特点。
本文将详细介绍疲劳断裂的断口特征。
1.断口形态：疲劳断裂的断口通常呈现出平面状的特点。
与静态断裂相比，疲劳断裂的断口形态更为平整，几乎没有韧突。
这是因为在疲劳断裂发生时，材料受到反复加载，导致断裂表面的塑性变形局部消失，使断口面显得平滑。
2.断口特征：疲劳断裂的断口通常呈现出沿着材料加载方向的特征。
即在金属材料的拉伸方向上会出现沿着材料加载方向延展的沟槽状断裂面。
这是因为在疲劳断裂过程中，裂纹的扩展方向通常与应力主轴方向（加载方向）垂直。
断口上也常见到横向的细小裂纹。
3.层状纹理：疲劳断裂的断口表面常常呈现出层状纹理。
这是由于疲劳断裂过程中，材料内部的裂纹扩展速度会与外部加载频率一致，导致断口形成沿裂纹扩展方向的“疲劳纹”或称为“疲劳条纹”。
这些纹理一般与材料的晶粒方向垂直，并且逐渐扩展进入材料内部。
4.波纹状断口：疲劳断裂的断口表面通常呈现出波纹状的特征。
这是由于裂纹在扩展过程中会遇到不同的晶粒，在晶粒界面处会发生细小的局部塑性形变，导致断口表面呈现出波浪状。
5. 轭型断口：在一些情况下，疲劳断裂的断口会呈现出轭型（chevron）的特征。
轭型断口是指裂纹扩展迅速并呈现出V字形的形状，类似于牛轭。
这种断口形态通常出现在晶粒细小且均匀的材料中，例如高强度钢。
6.焊缝位置：在焊接结构中，疲劳断裂通常在焊缝附近发生。
这是由于焊接过程中引入了应力集中、晶界腐蚀等因素，导致焊缝附近的材料更容易发生疲劳断裂。
总之，疲劳断裂的断口特征包括平面状的断口形态、沿加载方向的断口特征、层状纹理、波纹状断口、轭型断口等。
这些断口特征能够帮助工程师分析疲劳断裂的原因，并采取相应的措施预防疲劳断裂的发生。
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。
船舶钛合金构件拉伸疲劳断口分析
和丙酮分别漂洗干净． 接着用Ｃ Ｘ ２ Ｊ Ｋ 一Ａ 型电火花线切割机将试样按图１ 所示
的几 何形 状 和尺 寸切 割试样 ． 由于设 计 为无 缺 陷疲劳 试验 ，
＋
．
１
１ 试样 制备 与试验方法 １１ 试样 制备 ．
Ｔ４ Ｃ 是一种室温下呈现０ Ｂ ｌ 型两相组织 的钛合金 ， ＋ 本研究采用厚度为２ ｍ 的Ｔ ４ ． ｍ Ｃ 平板进行试验． ０ 其化 学成分 见 表 １ ． 、
表 １ Ｔ４ Ｃ 钛合金化学成分
制备试样 ， 首先将Ｔ ４ Ｃ Ｉ件清洗干净后放在稀释的Ｎ Ｏ ＋ ａ Ｈ 酒精溶液 中浸泡 ， 然后将工件在室温下浸
＿
基金项 目： 宁德市科学技术计划项 目（０ ０ ０ ２ ． ２ １０ １ ）
第 ３期
林有智等 ： 船舶钛合金 构件拉伸疲 劳断 口分析
・２ ９ ・ ３
１２ 试 验 方 法 ．
．
在疲 劳试 验之 前 ， Ｃ 钛合 金 样 品进行 静力拉 伸试 验 以获取 正式 拉伸 疲劳 试验 时 的相关初 始数 据 ， 对Ｔ ４ 由试 验得到 该Ｔ ４ Ｃ 钛合 金试 样 的相关 力学参 数为 ： ｌ０４ ａｏ－ ｌ６ ａ ０ ＭＰ ，ｂ１ ３ Ｍｐ． ｒ ＝ ． Ｔ４ ｃ 钛合金试样疲劳试验在Ｉｓｏ— ｎｔ ｎ ｌ４ 试验机上进行 ，疲劳试验按照Ｇ 厂 Ｏ— ２ 金属轴 向疲劳实 ｒ ３１ Ｂｒ ５ １８（ ３ ９ （
２ 试 验 结 果 与 分 析
２１ 拉伸疲劳试验数据 及分析 ．
该Ｔ ４ 合 金试 样拉 伸 疲 劳 断裂 试 验 的宏观 结果 见 表２从 表 ２ 以看 出 ， Ｃ钛 ． 可 随着拉 伸 疲 劳最 大 应 力 一
疲劳与断裂1.4疲劳断口宏观特征
疲劳与断裂
土木工程与力学学院
1.4疲劳断口宏观特征
这是某飞机机轮铸造镁合金轮毂的疲劳断口照片，从中可以看到疲劳破坏断口的一些宏观特征。
特点一：有裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后的瞬时断裂区三个部分。
裂纹源：
瞬时断裂区：
裂纹扩展区：
疲劳裂纹最早萌生的地方。
瞬间断裂形成的新鲜断面；
紧邻瞬时断裂区；
特点二：裂纹扩展区断面较光滑平整，通常可见“海滩条带”，有腐蚀痕迹。
在裂纹扩展过程中，上下裂纹表面之间不
断地张开、闭合，相互摩擦；
在环境氧化或其他腐蚀介质侵蚀下，裂纹
扩展区常常还会留有腐蚀痕迹。
在环境氧化或其他腐蚀介质侵蚀下，裂纹
扩展区常常还会留有腐蚀痕迹。
特点三：裂纹源通常位于高应力或高应变的局部。
裂纹源一般是一个，也可以有多个。
裂纹
起源于高应力区，而高应力区通常在材料表
面（几何突变）或者夹杂、空隙等缺陷处。
特点四：没有明显的塑性变形。
将发生疲劳断裂破坏后的断口对合在一起，一般都能吻合
得很好。
这表明在疲劳破坏之前，并未发生大的塑性变形。
显
著
区
别这一点是材料发生疲劳破坏与在简单
拉伸条件下发生静强度破坏的
特点四：表面裂纹，一般呈半椭圆形。
起源于表面的裂纹，在循环载荷的作用下，通常沿表面方
向扩展较快，而沿深度方向扩展较慢，从而形成半椭圆形。
表面方向扩展
深度方向
扩展
较快较慢。
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。
低合金钢筋钢的拉伸行为及断口特征研究
低合金钢筋钢的拉伸行为及断口特征研究概述低合金钢筋钢是一种重要的建筑材料，被广泛用于混凝土结构中，尤其在钢筋混凝土桥梁和建筑物中起着关键作用。
了解低合金钢筋钢的拉伸行为及断口特征对于优化设计和提高结构安全性至关重要。
本研究将探讨低合金钢筋钢在拉伸过程中的力学行为、断裂模式以及导致断裂的主要因素。
一、低合金钢筋钢的拉伸行为低合金钢筋钢的拉伸行为是指在受力拉伸状态下的材料表现出的机械性能。
其拉伸性能可以通过应力-应变曲线来描述。
通常，应变是指当材料受力时产生的变形与原始长度之比。
应变曲线是表示材料在受力过程中弹性阶段、屈服阶段、硬化阶段和断裂阶段的应力和应变关系的曲线。
1. 弹性阶段：低合金钢筋钢在受力初期表现出线性弹性行为。
在此阶段，应变随应力的增加成比例地线性增长，且材料在去除应力后能完全恢复到其原始状态。
2. 屈服阶段：随着应力的增加，低合金钢筋钢将达到屈服点。
屈服点是指材料开始发生塑性变形的应力值。
在屈服点之后，应力-应变曲线呈现出平台区域，即屈服阶段。
在这个阶段，材料会发生塑性变形，但应变仍相对较小。
3. 硬化阶段：当屈服阶段结束后，低合金钢筋钢将进入硬化阶段。
在这个阶段，应力-应变曲线将继续上升，但增长的速率相对较慢。
材料会经历更大的塑性变形，但也会变得更加坚韧。
4. 断裂阶段：最终，低合金钢筋钢将达到其断裂点。
断裂点是指材料无法再承受更高的应力而发生断裂的应力值。
在这个阶段，材料将发生明显的颈缩现象，应力-应变曲线急剧下降，直至材料完全断裂。
二、低合金钢筋钢的断口特征低合金钢筋钢在拉伸断裂后，断口会呈现出特征性的形貌。
断口特征可以提供有关材料断裂行为和疲劳性能的重要线索。
1. 颈缩区域：颈缩区域是指在断裂前阶段发生的局部收缩区域。
这个区域通常是材料断裂前几个应变周期的结果，表明材料处于高应变和高能量积累状态。
颈缩区域的形成是由于材料应力集中导致的本构失配。
2. 断口特征：低合金钢筋钢的断口通常呈现出韧窝状。
14-02第二章疲劳破坏特征及断口分析
疲劳条带是疲劳断口的宏观基本特征，是判断 结构断裂失效是否为疲劳断裂的重要依据。
但并不是所有疲劳断口上都会有疲劳条带出现。 实验室进行的标准试样的等幅疲劳试验很少有 疲劳条带出现。
一般认为其形成与循环载荷的变化、裂纹扩展 忽快忽慢、裂纹扩展不均匀有关。
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循环加载时的滑移：
N=104
N=5 104
N=2.7 105
（多晶体镍恒幅应力循环）
扰动载荷 ⇒应力集中 ⇒滑移带 ⇒驻留滑移带 ⇒微裂纹、扩展 ⇒宏观裂纹、扩展
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挤出脊和侵入沟：
挤出脊和侵入沟是疲劳过程中发生在金属表面的 另一种普遍现象。
滑移的临界分切应力：
滑移在切应力（剪应力）的作用下开动。
分切应力越大，滑移系越容易开动。 cosφcosλ称为取向因子，又称斯米 特（schmid）因子。
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2.2.2 疲劳裂纹萌生机理
早期错误的认识：循环加载时，材料的内部结构 发生了变化，塑性“纤维”结构——脆性“晶体” 结构。
裂纹萌生区域：
裂纹扩展区域：
第一阶段：断口光滑，具有晶体学特征，此外没有明显特征。
第二阶段：疲劳条纹（ striation ）—— 重要特征
滑移带和驻留滑移带
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14-02第二章疲劳破坏特征及断口分析
2.1 宏观断口特征 2.2 疲劳破坏机理 2.3 微观断口特征 2.4 由疲劳断口进行初步失效分析
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2.1.1 疲劳破坏宏观断口特征
材料疲劳断裂虽然类似脆性断裂，但疲劳断口 明显区别于其他类型断口：
疲劳断口
塑性断口
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2.2.1 金属的塑性变形
金属的塑性 变形方式: 滑移和孪生
滑移：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和 晶向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动位移的现象。 滑移带：塑性变形的可见标记（金相显微镜）。
铜拉伸试样表面滑移带 500x
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疲劳条带是疲劳断口的宏观基本特征，是判断 结构断裂失效是否为疲劳断裂的重要依据。
但并不是所有疲劳断口上都会有疲劳条带出现。 实验室进行的标准试样的等幅疲劳试验很少有 疲劳条带出现。
一般认为其形成与循环载荷的变化、裂纹扩展 忽快忽慢、裂纹扩展不均匀有关。
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疲劳裂 纹成核
扩展至临 界尺寸
断裂 发生
疲劳裂纹的起始或萌生过程，称为裂纹成核，成 核处——裂纹源。
裂纹起源（裂纹源）仍然是由于滑移引起的，表 面或应力集中处的局部某些晶粒中。
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循环加载时的滑移：
材料表面