《金属断口分析》ppt课件

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1、斷口分析流程搜集背景資料並選取分析的樣品.目視檢察失效樣品.無損檢測(x光,磁粉,酸等).機械試驗(硬度及強度試驗).標記,清理失效樣品.宏觀顯微鏡檢察(斷口表面,二次裂紋等).微觀顯微鏡檢察(失效特徵,裂紋起源等).制備並分析金相切片.確定失效機理.化學分析(材質及微區).斷裂力學分析(有限元法等).模擬試驗(計算機仿真,服役條件模擬).分析全部數據,寫出報告.斷口分析的工具顯微組織與斷口表面結構的特徵在失效分析中起著突出的作用.最常用的工具有:光學顯微鏡(OM)OpticalMicroscope透射電子顯微鏡(TE

2、M)TransmittingElectronMicroscope掃描電子顯微鏡(SEM)ScanningElectronMicroscopeOM,TEM&SEM的比較這些儀器用于斷口組織實驗時,它們是互補的,在特定情況下每種儀器都有自己的專長.比較項目OMSEMTEM分辯率0.1μm0.5nm0.2nm景深小大中等視場足夠大足夠大受限樣品制備簡單簡單複雜成分低高高相關工具與技術X射線螢光化學分析元素的化學分析:WDXA&EDXA.X射線衍射及電子衍射確定晶體材料的成分及組織.立體顯微鏡樣品的全部視場均能保持對焦,並能在

3、同一時間獲得3D效果.斷口的維護斷口表面包涵豐富的信息,理解損害的類型很重要.它能掩蓋或消除斷口特徵,並干擾對斷口的詮釋.化學損害機械損害破斷過程中發生破斷后發生破斷過程中發生破斷后發生斷口的化學損害破斷過程中的化學損害:如果裂紋前沿的周邊環境對基體有腐蝕性,則斷口表面將受環境腐蝕.如:應力腐蝕裂紋,液態金屬的脆性裂紋,腐蝕疲勞裂紋產生的斷口.破斷后的化學損害:破斷后的周邊環境一般都對基體金屬有侵蝕性.如:潮濕空氣對絕大多數鐵基合金有侵蝕性,會在短時間內在斷口表面引起氧化.手指觸摸斷口表面會沾上油脂,水分,鹽分等.斷口

4、的機械損害破斷過程中的機械損害:破斷過程中的機械損害通常由加載條件導致.如:*加載條件使匹配的斷口表面互相磨擦.*疲勞開裂過程中裂紋閉合導致的機械損傷.破斷后的機械損害:破斷后的機械損害通常由管理及運輸條件導致.如:*打開一次裂紋,截取斷口樣品等時.*把兩個斷口半邊固定到一起,或用尖銳的器具來夾持斷口.斷口的清理技術暴露于環境中的斷口表面通常含有碎屑,腐蝕產物,氧化產物及有機污染物等,這些在斷口分析前一定要去除.常用的清理技術有:乾燥氣流或軟的有機纖維刷子清理.復膜法(丙酮,醋酸纖維薄膜等).有機溶劑清理(二甲苯,甲酮

5、,酒精等).水基洗滌劑清理(Alconox溶液等).陰極清理(氰化鈉,碳酸鈉,硫酸等).化學侵蝕(Al:磷酸,鉻酸,Ti:硝酸.)韌性與脆性的含義韌性與脆性通常用以描述材料斷裂后的變形大小,兩者之間並無精確的區分點.韌性特徵:斷裂前有相當大的塑性變形.斷裂終端區通常有剪切唇.斷口表面通常有纖維狀,絲狀等結構.裂紋生長緩慢.脆性特徵:1.斷裂前很少或沒有觀察到塑性變形.2.斷口平坦,且垂直于零件表面.3.斷口表面可能出現晶粒,且反光很好.4.裂紋生長迅速,往往伴之較大響聲.加載方式對斷口的影響拉伸彎曲扭轉韌性脆性韌性脆性

6、韌性脆性缺口對受力的影響穩定力線穩定力線crack軸向應力軸向應力無缺口有缺口缺口對受力的影響材料的斷裂力學分析材料的斷裂往往源于業已存在的裂紋或內部,外在表面的不連續.材料發生突然脆性斷裂的習性並不能從拉伸試驗的結果預測到.韌性材料內部裂紋長至一定程度時,容易發生突然的脆性斷裂.裂紋開口模式拉伸模式滑移模式撕裂模式絕大多數裂紋生長與模式a有關.裂紋的擴展人字紋:矩形斷口上明顯的人字紋標誌,往回指向裂紋的起源(左側).輻射紋:圓形斷口上的輻射紋標誌,向心指向裂紋的起源(上邊).拉伸樣品韌性斷口鋁合金的杯錐斷口杯錐斷口的

7、形成a~e:杯錐斷口形成各階段a:頸縮開始b:形成小空穴(韌窩)c:小空穴連結成裂紋d:裂紋擴展e:最終45度斜角撕裂韌窩的類別等軸韌窩(軸向拉伸)拋物線韌窩(剪切或撕裂)拉伸樣品脆性斷口中碳鋼的解理斷口脆性斷口的形成abcabc裂紋平面的解理分離裂紋平面的撕裂分離常見脆裂類型解理斷裂;(沿低指數晶面)2.沿晶斷裂;(沿晶界)3.穿晶斷裂;(穿過晶體或晶粒)4.脆性非金屬材料的斷裂.如:玻璃,陶瓷,高聚物等.常見脆裂類型沿晶+穿晶+撕裂峰沿晶疲勞失效定義:材料在低于屈服強度的應力水平下,進行大小或方向呈周期改變的加載,

8、經過足夠的循環次數即可發生失效,稱為疲勞失效.宏觀特征:貝殼狀花樣(分三階段)微觀特征:1.疲勞條帶2.二次裂紋3.輪胎軌跡疲勞失效三部曲階段1:疲勞裂紋萌生期.由高循環,低應力的疲勞載荷引發.形成疲勞源.階段2:疲勞裂紋擴展期.總的裂紋途徑垂直于拉伸應力,且裂紋僅在循環中的拉伸部分進行擴展.與滑移有關.階段3:過載斷裂.裂紋擴展