典型斷口顯微分析

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1、實(shí)驗(yàn)二典型斷口的電子顯微分析1.概述斷口是斷裂失效中兩斷裂分離面的簡(jiǎn)稱。由于斷口真實(shí)地記錄了裂紋由萌生、擴(kuò)展直至失穩(wěn)斷裂全過程的各種與斷裂有關(guān)的信息。因此，斷口上的各種斷裂信息是斷裂力學(xué)、斷裂化學(xué)和斷裂物理等諸多內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，對(duì)斷口進(jìn)行定性和定量分析，可為斷裂失效模式的確定提供有力依據(jù)，為斷裂失效原因的診斷提供線索。斷口金相學(xué)不僅能在設(shè)備失效后進(jìn)行診斷分析，還可為新產(chǎn)品、新裝備投入使用進(jìn)行預(yù)研預(yù)測(cè)。斷口、裂紋及冶金、工藝損傷缺陷分析是失效分析工作的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，沒有斷口、裂紋及損傷缺陷分析的

2、正確診斷結(jié)果，是無法提出失效分析的準(zhǔn)確結(jié)論的。采用掃描電鏡可對(duì)金屬斷裂典型斷口形貌進(jìn)行觀察，還可對(duì)其微區(qū)成分進(jìn)行分析。本實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容為：利用二次電子成像，觀察金屬斷裂典型斷口形貌，了解典型斷口的微觀特征.的成分差別。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉二次電子成像觀察方法，了解金屬材料典型斷口形貌特征：（2）掌握雙相不銹鋼沖擊斷口形貌特征；（3）掌握X70鋼疲勞斷口形貌特征。3.實(shí)驗(yàn)裝置及材料（1）掃描電子顯微鏡（JSM-6390A型）一臺(tái)；（2）超聲清洗儀一臺(tái)；（3）斷口試樣若干；（4）放大鏡一只；（5）吹風(fēng)機(jī)一只

3、；（6）無水酒精若干。4.實(shí)驗(yàn)原理4.1金屬材料典型斷口特征：（1）斷口宏觀形貌特征在實(shí)際失效分析中,按斷口的表面宏觀變形分類，斷口分為脆性斷口、韌性（延性）斷口、韌-脆混合斷口；按斷裂類型分類，則分為解理斷裂、準(zhǔn)解理斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂、沿晶斷裂等。對(duì)韌性金屬材料一次過載造成的韌性斷裂，宏觀上的基本特征通常表現(xiàn)為三個(gè)特征區(qū)，即纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)。這三個(gè)特征區(qū)是斷口的三要素。表13-1列出了幾種典型斷口的宏觀形貌特征，根據(jù)這些特征，可診斷出斷口的宏觀類型。表13-1典型斷口的宏觀形貌特征（2）

4、斷口微觀形貌特征按斷口表面微觀形貌分類，斷口分為解理斷口、準(zhǔn)解理斷口、韌窩斷口、疲勞斷口、沿晶斷口等。斷口上常見的微觀特征有韌窩、滑移特征、解理特征、準(zhǔn)解理特征、沿晶斷裂特征和疲勞斷裂特征等斷裂特征花樣。一般情況下的斷口為混合形貌斷口。例如，同時(shí)存在解理、疲勞和韌窩，或疲勞和韌窩共存，韌窩和準(zhǔn)解理共存等。斷口的不同區(qū)域顯示不同類型的微觀形貌①韌窩特征韌窩是金屬延性斷裂的主要微觀特征。它是材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微孔洞經(jīng)形核、長(zhǎng)大、聚集直至最后相互連接而導(dǎo)致斷裂后在斷口表面上所留下的痕跡。由于其它

5、斷裂模式上也可觀察到韌窩，因此不能把韌窩特征作為韌性斷裂的充分判據(jù)，而只能作為必要判據(jù)來應(yīng)用。零件受力狀態(tài)不同，韌窩可有不同的形狀，即韌窩的形狀可反映零件的受力狀態(tài)。韌窩的最基本形態(tài)有等軸韌窩、剪切韌窩和撕裂韌窩三種，如圖13-8所示。?a.等軸韌窩?b.剪切韌窩?c.撕裂韌窩圖13-8韌窩的三種基本形態(tài)示意圖?②滑移特征屬于金屬延性斷裂的一種微觀特征，包括滑移線、滑移帶、蛇形花樣和漣波花樣，是在正應(yīng)力作用下,金屬沿滑移面滑移分離的主要微觀特征。③解理特征金屬在正應(yīng)力作用下,由于原子結(jié)合鍵破壞而造成的沿

6、一定晶體學(xué)平面(解理面)快速分開的過程稱為解理斷裂。解理斷裂屬于脆性斷裂的一種,解理面通常是表面能量最小的晶面,不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的解理面；面心立方晶系的金屬一般不發(fā)生解理斷裂。解理斷裂區(qū)宏觀上沒有明顯的塑性變形，在太陽(yáng)光下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可觀察到反光的小刻面,屬于脆性斷裂。嚴(yán)格意義上說，解理斷裂面上是沒有任何解理特征花樣的，但在實(shí)際材料中，由于各種因素的作用，解理面局部均會(huì)發(fā)生微觀的塑性變形，從而形成解理臺(tái)階、河流花樣、舌狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣及瓦納線等特征。圖13-9是解理斷口上常見的典型微觀形貌。

7、?圖13-9典型解理斷裂斷口特征形貌④準(zhǔn)解理斷裂特征介于解理斷裂與延性斷裂間的一種過渡斷裂形式。宏觀上無明顯塑性變形或變形較小，斷口平整，具有脆性斷裂特征；微觀形貌有河流花樣、舌狀花樣及韌窩與撕裂棱等,如圖13-10所示。?圖13-10準(zhǔn)解理斷裂微觀形貌⑤沿晶斷裂特征屬于脆性斷裂的一種，又稱為晶間斷裂，是多晶材料沿晶界面發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，如圖13-11所示?？煞譃檠鼐ыg窩斷裂和沿晶脆性光面斷裂。沿晶面上具有線痕(雞爪痕)特征的沿晶斷裂，是氫脆斷裂的典型形貌，如圖13-12所示；沿晶面上具有核桃紋特征的沿晶

8、斷裂是應(yīng)力腐蝕斷裂的典型形貌；液體金屬致脆的沿晶面上一般可看到致脆的金屬殘留痕跡。?圖13-11沿晶斷裂微觀形貌?圖13-12沿晶面上線痕特征⑥疲勞斷裂特征疲勞斷裂過程可分為疲勞裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展三個(gè)階段。疲勞條帶是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段的最重要的顯微特征，也是疲勞斷裂斷口的基本形貌特征；它是判斷斷口為疲勞斷裂的充分判據(jù)，但不是必要判據(jù)。一般韌性材料容易形成疲勞條帶，而脆性材料則比較困難。輪胎花樣、排列規(guī)則的平行韌窩帶、平行的多條二