材料断口分析(第七—八章)

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1、1第七章第七章 断口分析技术断口分析技术1 断口试样的选取断口试样的选取2 断口的一般分析技术断口的一般分析技术3 断口的特殊分析技术断口的特殊分析技术2 1 1 断口试样的选取断口试样的选取 一、主裂纹与二次裂纹的判别一、主裂纹与二次裂纹的判别 1、T型法型法 若一个构件上产生两条裂纹或几个碎片合拢起来，其若一个构件上产生两条裂纹或几个碎片合拢起来，其 裂纹构成裂纹构成“T”型，通常情况下，横穿裂纹型，通常情况下，横穿裂纹A为首先开裂的，为首先开裂的，这时可以认为这时可以认为A裂纹阻碍了裂纹裂纹阻碍了裂纹B的扩展，的扩展，A为主为主 裂纹，裂纹，B为二次裂纹，裂源位置可能在为二次裂纹，裂源位

2、置可能在O或或O 处处3 2、分叉法、分叉法 一般情况下，裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向，一般情况下，裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向， 其反方向指向裂纹源其反方向指向裂纹源O点处。即分叉裂纹为二次裂点处。即分叉裂纹为二次裂 纹（纹（B、C、D），汇合裂纹为主裂纹），汇合裂纹为主裂纹A。4 3、变形法、变形法 根据变形量的大小来判别。变形量大的部位为主根据变形量的大小来判别。变形量大的部位为主 裂纹裂纹A，其它部位为二次裂纹，裂源在主裂纹所，其它部位为二次裂纹，裂源在主裂纹所 形成的断口上。形成的断口上。5 4、氧化法、氧化法 根据材料在环境介质中发生氧化或腐蚀的现象根据材料在环境介质中发生氧化或腐

3、蚀的现象 确定。氧化或腐蚀严重的部位是主裂纹部位，确定。氧化或腐蚀严重的部位是主裂纹部位， 较轻的部位是二次裂纹部位，裂源在主裂纹的较轻的部位是二次裂纹部位，裂源在主裂纹的 表面处。表面处。6 5、贝纹线法、贝纹线法: 适用于疲劳断裂适用于疲劳断裂一般来说，一般来说，脆断脆断用用T型法、分叉法来判别主裂纹型法、分叉法来判别主裂纹 韧断韧断用变形法来判别主裂纹用变形法来判别主裂纹 环境断裂环境断裂用氧化法来判别主裂纹用氧化法来判别主裂纹 疲劳断裂疲劳断裂用贝纹线法来判别主裂纹用贝纹线法来判别主裂纹78二、裂纹源及裂纹扩展方向的判别二、裂纹源及裂纹扩展方向的判别裂源位置的判别裂源位置的判别裂源位置

4、裂源位置：材料表面材料表面 材料次表面材料次表面 材料内部：夹渣、气孔等地材料内部：夹渣、气孔等地 应力集中处：尖角、油孔、凹槽及划痕等应力集中处：尖角、油孔、凹槽及划痕等裂源的判别方法：裂源的判别方法：利用断口宏观形貌特征来判别利用断口宏观形貌特征来判别1、断口三要素、断口三要素: 纤维区中心纤维区中心 放射线或人字纹收敛处放射线或人字纹收敛处 无剪切唇处无剪切唇处92、疲劳断口：、疲劳断口：裂源位于平滑区裂源位于平滑区 疲劳前沿线曲率半径最小处疲劳前沿线曲率半径最小处3、环境断裂：、环境断裂：裂源位于氧化或腐蚀最严重的表面或次表面裂源位于氧化或腐蚀最严重的表面或次表面10显微裂纹局部扩展方

5、向的判别显微裂纹局部扩展方向的判别1、韧窝裂纹、韧窝裂纹 撕裂韧窝的抛物线方向撕裂韧窝的抛物线方向2、解理裂纹、解理裂纹 河流花样的合并方向河流花样的合并方向 扇形花样的发散方向扇形花样的发散方向 台阶高度增加方向台阶高度增加方向11123、疲劳裂纹、疲劳裂纹 与疲劳辉纹相垂直的方向与疲劳辉纹相垂直的方向 轮胎压痕间距增大的方向轮胎压痕间距增大的方向132 2 断口的一般分析技术断口的一般分析技术一、宏观断口分析技术宏观断口分析技术 指用肉眼、放大镜、体视显微镜等来观察分析断指用肉眼、放大镜、体视显微镜等来观察分析断 口的宏观形貌特征的一种方法。口的宏观形貌特征的一种方法。二、微观断口分析技术

6、二、微观断口分析技术 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 光学显微镜光学显微镜 透射电子显微镜透射电子显微镜14断口分析的主要技术手段断口分析的主要技术手段分析手段分析手段放大倍数放大倍数功功 能能肉眼检查肉眼检查放大镜放大镜体视显微镜体视显微镜1-101-100对断口形貌有一全面了解，用于分析断裂原因，对断口形貌有一全面了解，用于分析断裂原因，但不能判明断口的精细结构。但不能判明断口的精细结构。可确定裂纹起点及扩展途径，为微观分析确定最可确定裂纹起点及扩展途径，为微观分析确定最重要途径。重要途径。金相显微镜金相显微镜50-500除上述功能外，利用其焦深浅和易调动焦距可测除上述功能外，利用其焦深浅和

7、易调动焦距可测定凹凸高度差，疲劳条纹间距，裂纹形态，但对定凹凸高度差，疲劳条纹间距，裂纹形态，但对断口形貌难作详细观察。分辨率断口形貌难作详细观察。分辨率0.2。透射电子显微镜透射电子显微镜1千千-几十万几十万焦深大，能观察其一次复型或二次复型凹凸不平焦深大，能观察其一次复型或二次复型凹凸不平的表面，分辨率高，成象质量好，不必破坏断口。的表面，分辨率高，成象质量好，不必破坏断口。但不能在低倍下作扫描观察。但不能在低倍下作扫描观察。扫描电子显微镜扫描电子显微镜几倍几倍-几万几万可直接扫描断口，也可以用复型法观察，放大倍可直接扫描断口，也可以用复型法观察，放大倍数可在一定范围内连续变化，高低倍比较

8、具有方数可在一定范围内连续变化，高低倍比较具有方便、直接快速的优点。但分辨率不如便、直接快速的优点。但分辨率不如TEM，样，样品尺寸受限制，有时要破坏。品尺寸受限制，有时要破坏。153 3 断口特殊分析技术断口特殊分析技术一、断口的腐蚀坑分析技术一、断口的腐蚀坑分析技术1、腐蚀坑的类型、腐蚀坑的类型 位错腐蚀坑位错腐蚀坑 位向腐蚀坑位向腐蚀坑锗中形成小角度晶界的位错腐蚀坑锗中形成小角度晶界的位错腐蚀坑电子束熔炼钨的解理面腐蚀坑电子束熔炼钨的解理面腐蚀坑162、产生原因、产生原因 晶体材料在一定的腐蚀介质中腐蚀溶解具有选择性和晶体材料在一定的腐蚀介质中腐蚀溶解具有选择性和 各向异性各向异性选择性

9、：选择性： 一般情况下，均选择在晶体材料的一般情况下，均选择在晶体材料的低指数平面低指数平面，如立方系的，如立方系的 100、110 、111 112等等各向异性：各向异性：腐蚀溶解是腐蚀溶解是各向同性各向同性，则其腐蚀溶解体积将呈一个，则其腐蚀溶解体积将呈一个圆锥体圆锥体 若腐蚀溶解是若腐蚀溶解是各向异性各向异性，则其腐蚀溶解体积将呈一个，则其腐蚀溶解体积将呈一个角锥角锥 体（多面体）体（多面体）3、几何形状、几何形状 依赖于材料的晶体结构，即晶体结构不同，腐蚀坑的几依赖于材料的晶体结构，即晶体结构不同，腐蚀坑的几 何形状也不相同何形状也不相同17如：立方晶系的金属或合金，优先被腐蚀溶解的晶

10、面通常是如：立方晶系的金属或合金，优先被腐蚀溶解的晶面通常是100、110、111等，等， 腐蚀坑实质上就是由这些低指数晶面所围成的多面体，腐蚀坑实质上就是由这些低指数晶面所围成的多面体， 若腐蚀坑都是由若腐蚀坑都是由100晶面所围成，则这个多面体为正六面体晶面所围成，则这个多面体为正六面体 若腐蚀坑都是由若腐蚀坑都是由111晶面所围成，则这个多面体为正八面体晶面所围成，则这个多面体为正八面体 若腐蚀坑都是由若腐蚀坑都是由110晶面所围成，则这个多面体为十二面体晶面所围成，则这个多面体为十二面体 有时出现不同晶面为界面的多面体，如有时出现不同晶面为界面的多面体，如100+110、100+111

11、、100+110+111，则腐蚀坑的几何形状各异则腐蚀坑的几何形状各异六面体二十六面体十八面体十二面体八面体十四面体184 4、腐蚀坑分析技术、腐蚀坑分析技术 就是利用腐蚀坑溶解体积的几何参数与晶面指数之间的就是利用腐蚀坑溶解体积的几何参数与晶面指数之间的 关系，来分析研究关系，来分析研究晶体取向晶体取向的一种简单测试技术的一种简单测试技术具体应用：具体应用：解理面的确定解理面的确定 应力腐蚀断裂开裂面的确定应力腐蚀断裂开裂面的确定 解理断裂中裂纹扩展方向解理断裂中裂纹扩展方向 疲劳断裂中疲劳裂纹扩展方向疲劳断裂中疲劳裂纹扩展方向局限性：局限性：适用于结晶学断裂，而非结晶学断裂（塑性变形较适用