典型断口的扫描电子显微分析

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1、实验二典型断口的扫描电子显微分析Nancy(2010-07-1614:21:52)   1.概述断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。由于断口真实地记录了裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息。因此，断口上的各种断裂信息是断裂力学、断裂化学和断裂物理等诸多内外因素综合作用的结果，对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索。断口金相学不仅能在设备失效后进行诊断分析，还可为新产品、新装备投入使用进行预研预测。断口、裂纹及冶金、工艺损伤缺

2、陷分析是失效分析工作的基础。实践证明，没有断口、裂纹及损伤缺陷分析的正确诊断结果，是无法提出失效分析的准确结论的。采用扫描电镜可对金属断裂典型断口形貌进行观察，还可对其微区成分进行分析。本实验具体内容为：利用二次电子成像，观察金属断裂典型断口形貌，了解典型断口的微观特征.的成分差别。2.实验目的（1）熟悉二次电子成像观察方法，了解金属材料典型断口形貌特征：（2）掌握双相不锈钢冲击断口形貌特征；（3）掌握X70钢疲劳断口形貌特征。3.实验装置及材料（1）扫描电子显微镜（JSM-6390A型）   

3、    一台；（2）超声清洗仪                           一台；（3）断口试样                             若干；（4）放大镜                               一只；（5）吹风机                               一只；  （6）无水酒精                             若干。      4.实验原理4.1金属材料典型断口特征：（1）断口宏观形貌特征对韧性金属材料一

4、次过载造成的延性断裂,宏观上的基本特征通常表现为三个特征区,即纤维区、放射区和剪切唇区。这三个特征区是断口的三要素。在实际的宏观失效分析中,一般将断口分为延性断裂断口、脆性断裂断口和疲劳断裂断口。表13-1列出了这三种典型断口的宏观形貌特征,根据这些特征,可诊断出断口的宏观类型。  表13-1 典型断口的宏观形貌特征（2）断口微观形貌特征断口上常见的微观特征有韧窝、滑移特征、解理特征、准解理特征、沿晶断裂特征和疲劳断裂特征等断裂特征花样。①韧窝特征金属延性断裂的主要微观特征是，材料在微区范围内塑

5、性变形产生的显微孔洞经形核、长大、聚集直至最后相互连接而导致断裂后在断口表面上所留下的痕迹。由于其它断裂模式上也可观察到韧窝，因此不能把韧窝特征作为延性断裂的充分判据，而只能作为必要判据来应用。零件受力状态不同，韧窝可有不同的形状，即韧窝的形状可反映零件的受力状态。韧窝的最基本形态有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种,如图13-8所示。   a.等轴韧窝  b.剪切韧窝  c.撕裂韧窝图13-8 韧窝的三种基本形态示意图 ②滑移特征属于金属延性断裂的一种微观特征，包括滑移线、滑移带、蛇形花样和涟波

6、花样，是在正应力作用下,金属沿滑移面滑移分离的主要微观特征。③解理特征金属在正应力作用下,由于原子结合键破坏而造成的沿一定晶体学平面(解理面)快速分开的过程称为解理断裂。解理断裂属于脆性断裂的一种,解理面通常是表面能量最小的晶面,不同的晶体结构具有不同的解理面；面心立方晶系的金属一般不发生解理断裂。解理断裂区宏观上没有明显的塑性变形，在太阳光下转动时可观察到反光的小刻面,属于脆性断裂。严格意义上说，解理断裂面上是没有任何解理特征花样的，但在实际材料中，由于各种因素的作用，解理面局部均会发生微观的

7、塑性变形，从而形成解理台阶、河流花样、舌状花样、鱼骨状花样、扇形花样及瓦纳线等特征。图13-9是解理断口上常见的典型微观形貌。  图13-9典型解理断裂断口特征形貌④准解理断裂特征介于解理断裂与延性断裂间的一种过渡断裂形式。宏观上无明显塑性变形或变形较小，断口平整，具有脆性断裂特征；微观形貌有河流花样、舌状花样及韧窝与撕裂棱等,如图13-10所示。   图13-10准解理断裂微观形貌 ⑤沿晶断裂特征属于脆性断裂的一种，又称为晶间断裂，是多晶材料沿晶界面发生断裂的现象，如图13-11所示。可分为沿

8、晶韧窝断裂和沿晶脆性光面断裂。沿晶面上具有线痕(鸡爪痕)特征的沿晶断裂，是氢脆断裂的典型形貌，如图13-12所示；沿晶面上具有核桃纹特征的沿晶断裂是应力腐蚀断裂的典型形貌；液体金属致脆的沿晶面上一般可看到致脆的金属残留痕迹。   图13-11沿晶断裂微观形貌   图13-12沿晶面上线痕特征 ⑥疲劳断裂特征疲劳断裂过程可分为疲劳裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展三个阶段。疲劳条带是疲劳裂纹扩展第二阶段的最重要的显微特征，也是疲劳断裂断口的基本形貌特征；它是判断断口为疲劳断裂的充分判据，但不是必要判据。