金属的裂纹与断口试卷.ppt

* 锈蚀较严重的断口 * 在腐蚀环境下断裂的断口 * 3.2 宏观断口分析 断口的宏观分析是断裂失效分析的基础。通过宏观分析，可直接确定断裂的宏观表现及其性质，以及断裂源区的位置、数量及裂纹扩展方向等。 * 金属断口宏观分析的依据主要有：断口的颜色、花纹、粗糙程度、边缘情况、位置等。 纤维区吸收大量塑性变形功而丧失金属光泽 静载拉伸断口 * 拉伸试样的断口比较 脆性断裂 韧性断裂 点状破裂 韧 性 好 * 根据断口表面粗糙度及反光情况可以大致 判断断裂的性质。 由断裂前塑性变形量大小及断口形貌特征， 可大体判断断裂的类型是韧性的、脆性的还 是疲劳断裂。 由裂纹形状确定断裂源和裂纹扩展的方向 断 口 三 要 素 工程构件中常出现的两种 韧性断裂宏观形貌 常发生在滑移形变不受约束或约束较小的情况。如:平板承受拉伸载荷，薄壁容器过载, 器壁承受双向拉伸载荷。 在直径较大、没有缺陷及缺口的光滑圆 棒试样慢应变拉伸试验中，当材料韧性好，通常出现韧性断裂。 杯锥状断口 纯剪切断口 单一滑移系启动 * 韧性断口宏现形貌 非杯-锥状 有外周缺口圆棒试样 薄板 厚板 放 射 区 增 加 * 脆性断裂的断口宏观形貌 大多数是穿晶解理型的，其断口的宏观形貌具有两个明显的特征: 小刻面 由于各晶粒解理面与断裂面位向不相同，若把断口放在手中旋转时，将闪闪发光，像存在许多分镜面似的。 人字条纹或山形条纹 随着裂纹的发展，由断裂源点形成的人字纹“或山形纹”变粗(图中箭头指示方向为裂纹扩展方向)。 * 沿晶断裂和解理断裂一般都是脆性断裂，所以断口上常能观察到放射状特征，对于纯沿晶或纯解理断口，将不存在纤维区及剪切唇区。 沿晶断口 在一些具有极粗大晶粒的材料中，其沿晶断裂的宏观断口呈现“冰糖状”特征。若晶粒很细，须在电子显微镜下才能辨认。 解理断口 宏观形态除能观察到放射状条纹外，还具有结晶状形态，有许多强烈反光的小平面(或称刻面)。在有些纯解理断口上只有结晶状而看不到放射花样。 * 疲劳断口的宏现形貌 应根据疲劳条纹的密度、疲劳源区的光亮度和台阶情况来确定疲劳源的起始次序。 最初疲劳源区经历交变负荷作用的时间长，疲劳条纹密度大，同时比较光泽明亮。 最初疲劳源区 * 缺口敏感性对疲劳断口形态的影响 若材料对缺口不敏感→疲劳条纹绕着裂纹源或成为向外凸起的同心形状 对缺口敏感→疲劳条纹绕着裂源外开始较为平坦，向前扩展一定距离即以反弧形向前扩展。 * 负荷类型、应力集中程度和负荷大小 对疲劳断口形态的影响示意图 断裂区 扩展区 * 几种重要断裂方式的断口特征 * * 冲击断口断口三要素分布示意图 若材料塑性足够好，则放射区完全消失 一般情况下，缺口附近先形成纤维区，然后是放射区及剪切唇，剪切唇沿无切口的其它三侧边分布。 摆锤冲击下，缺口一侧受拉应力，另一侧受压应力。整个断面上受力方向不同，所以当受拉应力的放射区进入受压区时可能会消失而重新出现纤维区(如图所示)。 剪 切 唇 纤维区 放射区 * 当应变速率↑、温度↓时, 绝大多数材料变得更强但更脆。 温度越低,剪切唇数量越少。 高应变速率的试样对应的斜面断裂（剪切唇）较少。 冲击断口 表面中覆盖的剪切唇 （斜面断裂面）的百分数 剪切唇 * 应力腐蚀和氢脆断口宏观形貌 应力腐蚀 裂纹源常产生于构件表面，断口的裂纹源及亚临界扩展区因介质的腐蚀作用而至黑色或灰黑色。 氢脆断裂 若是冶炼过程中形成氢分子，则当钢水冷却时常在夹杂物等缺陷处析出或聚集，形成断口上的“白点”或“鱼眼”特征。 若由外界环境中氢侵入材料后发生( 如酸洗液、电镀液等) 的沿晶断裂，断口有放射状或结晶状等脆性特征。 鱼眼 * 白点 白点是由于钢中氢含量过高引起的一种缺陷． * * 3.3 微观断口分析 根据断口微观形貌特征可判定断裂的类型， 从裂纹源处查明断裂原因。它还能进行断裂失 效的定量分析，如进行韧性的定量测量，分析 测定裂纹的扩展速率、断裂过程与影响因素之 间的定量关系等。 断口微观形貌中，韧窝、解理花样、疲劳辉纹等分别 是判断金属韧性断裂、解理断裂和疲劳断裂的主要依据 分析内容：产物分析 + 形貌分析 * 疲劳条纹 沿晶脆性断裂（×500）