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
1.失效的基本概念
1）定义：机器或零部件不能完满地完成 指定的功能
2）种类： 弹性变形失效； 塑性变形失效； 断裂失效； 材料变化引起的失效。
断裂力学 (2)
—断08.1
第五章 断口分析简介
5.1 正常的金相组织及缺陷
正常的金相组织：图1-17， 1-18 带缺陷的金相组织：图2-1
5.2 典型断口
解理断口; 准解理断口 韧性断口; 疲劳断口 环境断口; 其它断口
5.3 解理断口的形貌特征
3 过渡区 具有疲劳台阶（二次）、粗大的贝壳状条纹； 可观察到纤维状或放射状条纹
4 瞬断区 凹凸不平，由纤维状、放射状条纹和剪切唇 三部分组成
* 大小、位置、形貌特征 （图6-22,23） 三、微观形貌特征
1.挤入槽与挤出槽 2.疲劳断片: 凹凸不平，凹凸相对，疲劳辉纹
3 疲劳辉纹
* 疲劳断口的第一微观判据（精细结构） （1）形成机理
a)显微空隙的存在； b)钝化与锐化过程的重复； c)解理及塑性变形。 （2）类型 a)韧性疲劳辉纹； b)脆性疲劳辉纹。 （3）形状与分布（图6-72） 面心立方结构的金属或合金中容易出现
（4）疲劳辉纹间距S
常幅载荷：辉纹平行且间距相等
变幅载荷：无规则、断续，间距不等
Bates公式： S C1 K n1
解理断裂：晶体材料受拉应力作用导致晶体 沿着一定的结晶学平面发生的分离过程 （体心立方晶系、密堆六方晶系金属及合金）
一、宏观形貌特征
1. 小刻面：解理断口上的结晶面 2. 放射性条纹：不同平面上的微裂纹在快速 扩展时互相交接而成（方向、收敛处） 3. 人字条纹： （图：方向、收敛处）
二、微观形貌特征
C1, n1：材料常数，合金钢： n1 =1.6
* 当裂纹扩展速率da/dN=110-410-3mm/cycle
时，有：
da S dN
疲劳辉纹形貌特征：
1）辉纹相互平行、并且垂直于裂纹局 部扩展方向；
2）辉纹间距随应力振幅的变化而变化； 3）辉纹的个数等于载荷循环的次数； 4）通常在疲劳断片上的一组辉纹是连
一、宏观形貌特征
1.纤维状标记：呈暗灰色、凹凸不平 2.剪切唇：倾斜、较光滑、鹅毛状 3.塑性变形标记
二、微观形貌特征
1. 韧窝花样 1）正交韧窝 2）剪切韧窝 3）撕裂韧窝
2.蛇行花样：交叉滑移的结果 3.卵形韧窝：二次韧窝 （图5-9）
5.6 疲劳断口的形貌特征
一、疲劳断口的类型
* 按疲劳断裂机理分：高周疲劳断口、低周 疲劳断口、接触疲劳断口、腐蚀疲劳断口、 热疲劳断口、微振疲劳断口
2.失效分析方法
原始资料的收集
碎片的选择与保存 断口分析 其它检验分析 综合分析
3.疲劳失效分析的断裂力学方法
晶界断口百分率法 疲劳辉纹法 疲劳裂纹扩展过程的数值模拟与断口
分析相结合的方法（附图1）
1.解理台阶：解理裂纹沿两个互相平行的解 理面扩展时所形成的台阶（图3-30）
2.河流花样：解理台阶及塑性变形脊线形成的 组合条纹（图3-30，裂纹局部扩展方向）
3.舌状花样：体心立方晶系材料沿着孪晶界面 产生二次解理或局部塑性形变撕裂的结果
4.其它花样：1）扇形花样或羽毛状花样 2）青鱼骨花样 3）瓦纳线