金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件

金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)

主講：孫智君金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)主講：孫智君1前言

失效分析是一門系統(tǒng)工程，其中的分析技術(shù)是其理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。失效分析技術(shù)主要包括：痕跡分析技術(shù)裂紋分析技術(shù)斷口分析技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。前言失效分析是一門系統(tǒng)工程，其中的分析技術(shù)是其理論21痕跡分析技術(shù)

痕跡分析是失效分析中常用的一種分析方法和技術(shù)。通過痕跡分析，不僅可對(duì)事故和失效的發(fā)生、發(fā)展過程做出判斷，而且可為事故和失效分析結(jié)論提供可靠的佐證和依據(jù)。

1痕跡分析技術(shù)31痕跡分析技術(shù)廣義地說，痕跡是指環(huán)境作用于系統(tǒng)，在系統(tǒng)表面留下的標(biāo)記。在機(jī)械失效中，系統(tǒng)指的是失效的構(gòu)件或零件，而環(huán)境則是指外來的力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等因素。因此，對(duì)機(jī)械失效，痕跡可定義為：力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等環(huán)境因素單獨(dú)地或協(xié)同地作用于機(jī)械，并在其表面或表面層留下的損傷性標(biāo)記。1痕跡分析技術(shù)廣義地說，痕跡是指環(huán)境作用于系統(tǒng)，在系統(tǒng)表面41痕跡分析技術(shù)

在失效分析范疇，痕跡的具體含義是指：痕跡的形貌（或稱花樣）；痕跡區(qū)及污染物、反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)成分；痕跡顏色的種類、色度和分布、反光等；痕跡區(qū)材料的組織和結(jié)構(gòu)；1痕跡分析技術(shù)在失效分析范疇，痕跡的具體含義是指：51痕跡分析技術(shù)痕跡區(qū)的表面性能；痕跡區(qū)的殘余應(yīng)力分布；從痕跡區(qū)散發(fā)出來的各種氣味；痕跡區(qū)的電荷分布和磁性等。痕跡分析即是對(duì)失效件的上述特征的變化進(jìn)行鑒別，并找出其變化原因，為失效分析提供線索和依據(jù)的技術(shù)活動(dòng)。1痕跡分析技術(shù)痕跡區(qū)的表面性能；61痕跡分析技術(shù)1痕跡分析技術(shù)72

裂紋分析技術(shù)

裂紋是材料表面或內(nèi)部完整性或連續(xù)性被破壞的一種現(xiàn)象，是斷裂的前期；斷裂則是裂紋發(fā)展的結(jié)果。裂紋分析包括裂紋的無損檢測(cè)、表面分析、光學(xué)金相分析及裂紋打開后的斷口分析等內(nèi)容。2

裂紋分析技術(shù)裂紋是材料表面或內(nèi)部完整82裂紋分析技術(shù)主要內(nèi)容包括：裂紋產(chǎn)生的部位；裂紋的平直情況、或分叉情況、或宏觀走向等；裂紋與主應(yīng)力方向（或切應(yīng)力方向）之間的關(guān)系；裂紋與材料成形方向（軋制方向、流線方向）的關(guān)系；裂紋的嚙合情況（緊密配合，還是分離）；裂紋尖端的情況（尖銳或圓鈍）；裂紋起始位置與零件形狀的關(guān)系（是否有應(yīng)力集中）。

2裂紋分析技術(shù)主要內(nèi)容包括：裂紋產(chǎn)生的部位；裂紋的平直93斷口分析技術(shù)

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、到擴(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)、斷裂物理等諸多方面內(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。

3斷口分析技術(shù)斷口是斷裂失效中，兩斷裂分離面的簡(jiǎn)稱。103斷口分析技術(shù)內(nèi)容：斷口準(zhǔn)備斷口分析設(shè)備和技術(shù)斷口宏觀診斷技術(shù)和方法斷口微觀診斷技術(shù)和方法3斷口分析技術(shù)內(nèi)容：113.1斷口準(zhǔn)備

斷口準(zhǔn)備的目的是為下一步的斷口分析提供適于分析的斷口。要求斷口保存得盡量完整、特征原始；盡量沒有產(chǎn)生二次、甚至三次損傷。對(duì)斷口上附著的腐蝕介質(zhì)、污染物，還需進(jìn)行適當(dāng)清理。當(dāng)失效件體積太大時(shí)，還需分解、切割?？傊跀嗫跍?zhǔn)備過程中，要盡量保證斷口（特別是關(guān)鍵斷口、起始區(qū)斷口）的原始特征不被破壞、污染。

3.1斷口準(zhǔn)備斷口準(zhǔn)備的目的是為下一步的斷口分析提供123.1斷口準(zhǔn)備

對(duì)斷口的清理應(yīng)遵循以下基本原則：先判斷后清理，先表面后內(nèi)層，盡量采用物理方法清理而少用化學(xué)方法。常用的清洗方法有機(jī)械剝離法、化學(xué)腐蝕法、陰極電解法、真空蒸發(fā)法等，可根據(jù)斷口材料特性、附著物的種類等選定。對(duì)斷口常用的保護(hù)方法有涂保護(hù)性涂料、密封于內(nèi)置干燥劑的塑料袋或干燥皿中和浸泡在無水酒精溶液中等。

3.1斷口準(zhǔn)備對(duì)斷口的清理應(yīng)遵循以下基本原則：先判斷133.1斷口準(zhǔn)備

切割大塊失效殘骸件時(shí)，應(yīng)先對(duì)斷口進(jìn)行宏觀分析，確定首斷件；然后進(jìn)一步確定斷裂的起始部位。切割前，先將需要分析的部位保護(hù)起來；切割時(shí)，盡量使用鋸、切等不會(huì)產(chǎn)生高溫的機(jī)械方法。需要使用火焰切割、砂輪切割等會(huì)產(chǎn)生高溫的切割方法時(shí)，切口位置應(yīng)離開需分析部位一定的距離，同時(shí)對(duì)切割區(qū)域進(jìn)行冷卻，以確保需重點(diǎn)分析部位不會(huì)因高溫而產(chǎn)生二次損傷。3.1斷口準(zhǔn)備切割大塊失效殘骸件時(shí)，應(yīng)先對(duì)斷口進(jìn)行宏143.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)3.2.1斷口宏觀分析設(shè)備和技術(shù)宏觀分析是指在小于40倍的條件下對(duì)斷口進(jìn)行觀察判斷的技術(shù)方法。主要手段是人的肉眼、普通放大鏡和體式顯微鏡。形貌、源、擴(kuò)展方向、性質(zhì)。3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)3.2.1斷口宏觀分析設(shè)備和153.2.2斷口微觀診斷儀器設(shè)備和技術(shù)

斷口的微觀分析設(shè)備主要有金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線能譜儀、波譜儀等。其中三種顯微鏡主要用來進(jìn)行形貌觀察，兩種譜儀主要用來進(jìn)行微區(qū)成分分析。掃描電子顯微鏡由于其具有制樣簡(jiǎn)單，使用方便，并具有景深大，分辨率較高，放大倍數(shù)范圍寬，可連續(xù)調(diào)節(jié)，可進(jìn)行化學(xué)成分、晶體取向測(cè)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，在失效分析中得到了廣泛的應(yīng)用。

顯微形貌、機(jī)理、斷裂模式。3.2.2斷口微觀診斷儀器設(shè)備和技術(shù)斷口的微觀分析設(shè)備163.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)①首先對(duì)斷口做低倍觀察，以全面了解和掌握斷口的整體形貌和特征，并確定重點(diǎn)觀察部位。②在整體觀察的基礎(chǔ)上，找出斷裂起始區(qū)，并對(duì)斷裂源區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)分析，包括源區(qū)的位置、形貌、特征、微區(qū)成分、材質(zhì)冶金缺陷、源區(qū)附近的加工刀痕及外物損傷痕跡等。③對(duì)斷裂過程不同階段的形貌特征要逐一加以觀察，找出各區(qū)斷裂形貌的共性與個(gè)性。

3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)①首先對(duì)斷口做低倍觀察，以全面了173.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)④斷裂特征的識(shí)別。在斷口觀察過程中，發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和表征斷裂形貌特征是斷口分析的關(guān)鍵。在觀察未知斷口時(shí)，往往是和已知的斷裂形貌加以比較來進(jìn)行識(shí)別。各種材料在不同外界條件下的斷裂機(jī)制不同，留在斷口上的形貌特征也不同。⑤掃描電鏡斷口照片的獲得。一般一個(gè)斷口的觀察結(jié)果要用如下幾部分的照片來表述：斷口的全貌照片、斷裂源區(qū)照片和擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)的照片。⑥利用背散射電子像觀察，可觀察到第二相、夾雜物等對(duì)裂紋萌生與擴(kuò)展的影響。3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)④斷裂特征的識(shí)別。在斷口觀察過程183.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)

X射線能譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)是不損傷被測(cè)件表面，可同時(shí)適用于光滑表面和粗糙斷口表面的元素分析，可以分析某一區(qū)域的元素平均成分和樣品表面某一區(qū)域某一元素的分布情況（面分布），也可對(duì)某幾種元素進(jìn)行沿指定線路的線分布分析。是目前失效分析中應(yīng)用最廣泛的微區(qū)成分分析儀器。

3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)X射線能譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)是不損193.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)

在進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)應(yīng)注意：微區(qū)成分分析的結(jié)果只能代表分析部位的局部成分，而不能代表樣品宏觀總體的成分；X射線微區(qū)成分定量分析的準(zhǔn)確性和樣品的制備有關(guān)。由于微區(qū)成分分析的靈敏度和精確度的限制，其分析結(jié)果不能代替其它分析方法所做的結(jié)果。

3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)在進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)應(yīng)注意：203.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法斷口宏觀分析的任務(wù)和內(nèi)容①斷裂位置、結(jié)構(gòu)特征、工作環(huán)境；②斷裂位置及附近的變形程度；③斷裂區(qū)域痕跡特征；④源區(qū)位置、特征及裂紋走向；⑤宏觀形貌特征；⑥斷口顏色及附著物等。3.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法斷口宏觀分析的任務(wù)和內(nèi)容213.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法

判斷斷口的基本特征、變形情況和裂紋的宏觀走向；確定斷裂的類型和方式，為斷裂失效模式診斷提供依據(jù)；尋找斷裂起源區(qū)和斷裂擴(kuò)展方向；估算斷裂失效應(yīng)力集中的程度和名義應(yīng)力的高低（疲勞斷口）；觀察斷裂源區(qū)有無宏觀缺陷等。斷口宏觀分析需要解決如下主要問題：斷口的平直情況和斷口的主要特征形貌；斷口的顏色（氧化色、腐蝕產(chǎn)物顏色、夾雜物顏色、光亮情況等）；斷口與主正應(yīng)力（或主切應(yīng)力）方向的關(guān)系；斷口與成形方向（軋制方向、流線方向）的關(guān)系。3.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法判斷斷口的基本223.3斷口宏觀分析技術(shù)和方法

對(duì)斷口進(jìn)行宏觀觀察時(shí)，應(yīng)注意觀察的角度和照明的角度，自然光是最好的照明源，觀察時(shí)應(yīng)從不同的角度進(jìn)行觀察。宏觀斷口分析的第一步是用肉眼觀察斷口形貌特征及失效件的全貌，包括斷口的顏色、變形程度，斷口之外的損傷痕跡等，然后對(duì)主要特征區(qū)用放大鏡、體式顯微鏡等進(jìn)行進(jìn)一步的觀察，確定重點(diǎn)分析的部位。

3.3斷口宏觀分析技術(shù)和方法對(duì)斷口進(jìn)行宏觀觀察時(shí)，應(yīng)注23分析中特別注意以下幾個(gè)特征

①斷口上是否存在放射花樣及人字紋花樣。這種特征表征裂紋擴(kuò)展是不穩(wěn)定的、快速的；沿著放射方向的逆向或人字紋尖頂可找到裂紋源。②斷口上是否存在弧形跡線。這種特征是裂紋在擴(kuò)展過程中，因應(yīng)力狀態(tài)變化、斷裂方向變化、環(huán)境介質(zhì)影響、及裂紋擴(kuò)展速率明顯變化等在斷口上留下的痕跡。分析中特別注意以下幾個(gè)特征①斷口上是否存在放射花樣及人字紋24分析中特別注意以下幾個(gè)特征③斷口的粗糙度。一般說來，斷口越粗糙，即表征斷口特征的花樣越粗大，則剪切斷裂所占比例越大；如果斷口細(xì)平，多光澤，或者花樣越細(xì)，則晶間斷裂、解理斷裂所起的作用越大。④斷面的光澤與色彩。如準(zhǔn)解理、解理斷裂的金屬斷口在陽(yáng)光下轉(zhuǎn)動(dòng)斷面進(jìn)行觀察時(shí)常可看到閃閃發(fā)光的小刻面。分析中特別注意以下幾個(gè)特征③斷口的粗糙度。一般說來，斷口越粗25分析中特別注意以下幾個(gè)特征

⑤斷面與最大正應(yīng)力的交角（傾斜角）。不同的應(yīng)力狀態(tài)、不同的材料及外界環(huán)境，斷口與最大正應(yīng)力的夾角不同。⑥判定特征區(qū)的劃分、分布、面積大小等。⑦材料缺陷在斷口上所呈現(xiàn)的特征。若材料內(nèi)部存在缺陷，則缺陷附近存在應(yīng)力集中，因而在斷口上留下缺陷的痕跡。

分析中特別注意以下幾個(gè)特征⑤斷面與最大正應(yīng)力的交角（傾斜角26斷裂起源的位置

①纖微區(qū)的中心；②放射花樣的收斂處；③人字紋的最尖頂處；④斷口的平坦區(qū)內(nèi)；⑤無明顯塑性變形區(qū)，或無剪切唇形貌特征區(qū)；⑥疲勞弧形的最小半徑處；⑦腐蝕氧化最嚴(yán)重的部位；⑧臺(tái)階高差最大處。斷裂起源的位置①纖微區(qū)的中心；27一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向

①裂紋源區(qū)指向最后斷裂區(qū)的方向；②放射線發(fā)散的方向；③纖維區(qū)指向剪切唇區(qū)的方向；④與疲勞弧線相垂直的放射狀條紋分散方向；⑤人字紋的人字張開的方向；⑥斷口的平坦區(qū)指向斜斷口的方向；一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向①裂紋源區(qū)指向最后斷裂區(qū)的方向；28一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向⑦無塑性變形或塑性變形小的區(qū)域指向變形大的區(qū)域的方向；⑧臺(tái)階高差減小的方向；⑨氧化、腐蝕減輕的方向。一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向⑦無塑性變形或塑性變形小的區(qū)域29應(yīng)力、環(huán)境、材料綜合作用韌性金屬材料一次過載造成的延性斷裂應(yīng)力、環(huán)境、材料綜合作用韌性金屬材料一次過載造成的延性斷裂30斷口三要素纖維區(qū)：斷口中央呈粗糙纖維狀。正斷、斷面與拉應(yīng)力垂直，放射條紋收斂處為斷裂位置，平面應(yīng)變狀態(tài)。放射區(qū)：裂紋由緩慢擴(kuò)展向快速不穩(wěn)定擴(kuò)展轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。特征是放射線花樣，發(fā)散方向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向。裂紋擴(kuò)展方向是由纖維區(qū)指向剪切唇區(qū)。剪切唇區(qū)：最后階段，表面光滑與拉應(yīng)力成45°，切斷型，平面應(yīng)力狀態(tài)。斷口三要素纖維區(qū)：斷口中央呈粗糙纖維狀。正斷、斷面與拉應(yīng)力垂31過載斷口三要素：零件形狀對(duì)斷口三要素有很大影響。過載斷口三要素：零件形狀對(duì)斷口三要素有很大影響。32沖擊斷口沖擊斷口33斷口分類按宏觀塑性變形分為：延性斷裂和脆性斷裂斷口。斷口附近有無明顯塑性變形。按斷裂方式分為：正斷斷口：斷面與最大正應(yīng)力垂直；切斷斷口：斷面與最大正應(yīng)力成45°形貌特征分類很多，一般主要分為延性斷裂斷口，脆性斷裂斷口，疲勞斷裂斷口（脆性斷口）。斷口分類按宏觀塑性變形分為：延性斷裂和脆性斷裂斷口。斷口附近34延性斷口正斷型：灰色，粗糙鋸齒狀，與主應(yīng)力成約90°，無放射線，無弧線。延性斷口正斷型：灰色，粗糙鋸齒狀，與主應(yīng)力成約90°，無放射35延性斷口切斷型：弱金屬光澤，較光滑，與主應(yīng)力成約45°，一般無放射線(高強(qiáng)鋼有),無弧線。延性斷口切斷型：弱金屬光澤，較光滑，與主應(yīng)力成約45°，36脆性斷口缺口脆性：白亮色、近金屬光澤，極粗糙，與主應(yīng)力成約90°，放射線明顯，無弧線。脆性斷口缺口脆性：白亮色、近金屬光澤，極粗糙，與主應(yīng)力成約937脆性斷口低溫脆性：結(jié)晶狀，金屬光澤、粗糙，與主應(yīng)力成約90°，放射線不太明顯，無弧線。脆性斷口低溫脆性：結(jié)晶狀，金屬光澤、粗糙，與主應(yīng)力成約90°38疲勞斷口

低周疲勞：白亮色、較光滑，放射線不太明顯，板材似人字紋，一般可見疲勞弧線，但恒載時(shí)無。與主應(yīng)力交角當(dāng)擴(kuò)展速率小時(shí)近90°，大時(shí)近45°。疲勞斷口低周疲勞：白亮色、較光滑，放射線不太明顯，板材39疲勞斷口高周疲勞：灰黑色，光滑，放射線明顯且細(xì)膩，一般可見疲勞弧線，應(yīng)力幅變化越大越明顯，與主應(yīng)力成約90°。疲勞斷口高周疲勞：灰黑色，光滑，放射線明顯且細(xì)膩，一般可40雙向彎曲疲勞旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞雙向彎曲疲勞旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞41扭轉(zhuǎn)疲勞扭轉(zhuǎn)疲勞42金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件433.4斷口微觀分析技術(shù)和方法斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容斷口的微觀分析包括微觀形貌分析和微區(qū)成分、結(jié)構(gòu)分析。具體內(nèi)容有：①斷口周圍的塑性變形大小、或有無；②斷口的邊緣銳利情況；③斷口與零件形狀或應(yīng)力集中的情況；④斷口各特征形貌面積的比例；3.4斷口微觀分析技術(shù)和方法斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容44斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容⑤斷口與晶面、晶向之間的關(guān)系；⑥斷口與晶界的關(guān)系；⑦斷口與顯微組織的關(guān)系；⑧斷裂源區(qū)的情況；⑨斷口的化學(xué)成分、或雜質(zhì)環(huán)境元素的分布情況；⑩斷口上二次裂紋的有無或多少、分布情況。斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容⑤斷口與晶面、晶向之間的關(guān)系；45斷口的微觀形貌特征

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、疲勞斷裂特征等斷裂特征花樣。斷口的微觀形貌特征斷口上常見的微觀特征有韌窩、滑移特征、46韌窩特征金屬延性斷裂的主要微觀特征，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，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。形成機(jī)制：微區(qū)孔洞形核→長(zhǎng)大→聚集→連接→斷裂。韌窩特征金屬延性斷裂的主要微觀特征，是材料在微區(qū)范圍47韌窩特征正拉應(yīng)力→等軸韌窩；切應(yīng)力→剪切韌窩和撕裂韌窩，呈拋物線形，其開口方向指向切應(yīng)力作用的方向。剪切應(yīng)力：匹配斷口韌窩方向相反；撕裂應(yīng)力：匹配斷口韌窩方向相同。同材料、不同形態(tài)、相同條件下韌窩尺寸越大，則材料塑性越好。韌窩特征正拉應(yīng)力→等軸韌窩；48金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件49滑移特征

金屬延性斷裂的一種微觀特征，在切應(yīng)力作用下，金屬沿滑移面分離，宏觀上，斷面傾斜，呈45°角，斷口附近有明顯的宏觀塑性變形。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?；铺卣鹘饘傺有詳嗔训囊环N微觀特征，在切應(yīng)力作用50滑移特征

①滑移線（帶）：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到表面時(shí)，形成臺(tái)階或滑移線。大量的線、臺(tái)階稱滑移帶。②蛇形花樣：多晶體塑性變形較大時(shí)，產(chǎn)生交滑移，分離面上可觀察到起伏彎區(qū)條紋，類似蛇形的滑移花樣。③漣波花樣：變形程度進(jìn)一步加大，蛇形花樣因變形而平滑化，形成漣波。由于材料總有、裂紋、孔洞等缺陷，發(fā)生純剪切，在韌窩側(cè)表面上出現(xiàn)蛇形、漣波花樣?；铺卣鳍倩凭€（帶）：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到表面時(shí)，形成臺(tái)階或滑移51交滑移特征交滑移特征52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；多發(fā)生于體心立方和密排六方晶體，面心立方晶系的金屬一般不發(fā)生解理斷裂。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53解理特征形成機(jī)制：在晶界、亞晶界、孿晶界、第二相界面等部位由于位錯(cuò)塞積，而應(yīng)力得不到松弛，萌生裂紋，進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。形貌特征：宏觀有小刻面，無塑性變形；微觀有解理臺(tái)階、河流花樣、舌狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣及瓦納線等，瓦納線在極脆材料中可見。解理特征形成機(jī)制：在晶界、亞晶界、孿晶界、第二相界面等部位由54解理特征解理臺(tái)階：解理裂紋與螺位錯(cuò)交截或次生解理撕裂形成。河流花樣：解理裂紋擴(kuò)展中，臺(tái)階不斷匯合形成大臺(tái)階，穿過扭轉(zhuǎn)晶界時(shí)，河流激增。舌狀花樣：解理裂紋沿變形孿晶與基體界面擴(kuò)展時(shí)，在裂紋前端形成。解理特征解理臺(tái)階：解理裂紋與螺位錯(cuò)交截或次生解理撕裂形成。55解理特征解理類解理解理特征解理56解理特征舌狀花樣輪胎花樣解理特征舌狀花樣輪胎花57準(zhǔn)解理斷裂特征介于解理與延性斷裂之間的過渡形式。形成機(jī)制：在不同部位同時(shí)產(chǎn)生許多解理裂紋核，再按解理方式擴(kuò)展成解理小刻面，最后以塑性方式撕裂，與相鄰解理刻面相連，形成撕裂棱。形貌：宏觀基本上無塑性變形或較??；微觀有河流花樣、舌狀花樣、韌窩及撕裂棱。準(zhǔn)解理斷裂特征介于解理與延性斷裂之間的過渡形式。58準(zhǔn)解理斷裂特征準(zhǔn)解理與解理斷裂主要區(qū)別：準(zhǔn)解理起源于晶粒內(nèi)部空洞、夾雜、第二相粒子，向四周擴(kuò)展，不連續(xù)；解理則是由晶界或相界向內(nèi)擴(kuò)展。準(zhǔn)解理斷裂特征準(zhǔn)解理與解理斷裂主要區(qū)別：59準(zhǔn)解理斷裂特征準(zhǔn)解理斷裂特征60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。可分為沿晶韌窩斷裂和沿晶脆性光面斷裂。

①氫脆：沿晶面上具有雞爪痕特征；

②應(yīng)力腐蝕：沿晶面上具有核桃紋特征；

③液體金屬致脆：沿晶面上一般可看到致脆的金屬殘留痕跡；

④蠕變斷裂，過熱斷裂：沿晶韌窩；

⑤回火脆：沿晶光面斷裂。沿晶斷裂特征屬于脆性斷裂的一種，又稱為晶間斷裂，是多61沿晶光面斷裂沿晶光面斷裂62沿晶韌窩斷裂沿晶韌窩斷裂63疲勞斷裂特征疲勞斷裂三個(gè)階段：裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展；對(duì)應(yīng)為源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。形貌：宏觀：疲勞弧線，無塑性變形，低應(yīng)力高周疲勞一般能看到典型的疲勞弧線，而大應(yīng)力低周疲勞一般沒有典型的疲勞弧線。疲勞斷裂特征疲勞斷裂三個(gè)階段：裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展；64疲勞斷裂特征

顯微形貌：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、平行的多條二次裂紋帶等也是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段常見的微觀形貌特征。疲勞斷裂特征顯微形貌：疲勞條帶是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段65疲勞條帶①疲勞條帶是一系列基本相互平行的、略帶彎曲的波浪形條紋，并與裂紋局部擴(kuò)展方向垂直；②離源區(qū)越遠(yuǎn)，條帶間距越大；③一般源區(qū)附近條帶特征不如擴(kuò)展后期明顯；④匹配斷口兩側(cè)條帶特征基本對(duì)應(yīng)；⑤局部區(qū)域條帶擴(kuò)展方向與宏觀可相同，也可不同；⑥各斷塊上條帶不連續(xù)；⑦每一條條帶代表一次應(yīng)力循環(huán)；條帶表示該循環(huán)下裂紋尖端的位置，條帶數(shù)與循環(huán)數(shù)相等。疲勞條帶①疲勞條帶是一系列基本相互平行的、略帶彎曲的波浪形條66金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件67斷口微觀診斷技術(shù)

斷口的微觀觀察一般是借助掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等工具來完成的，由于放大倍數(shù)較高，在電子顯微鏡下一般難以準(zhǔn)確確定觀察的位置，因此，應(yīng)在微觀分析之前，熟練掌握斷口的宏觀形貌特征，并以此來指導(dǎo)微觀觀察。斷口微觀診斷技術(shù)斷口的微觀觀察一般是借助掃描電子顯微鏡、68斷口微觀診斷技術(shù)

斷口的微區(qū)成分分析一般是根據(jù)需要來選擇進(jìn)行的。選擇進(jìn)行成分分析的微區(qū)一般有：微觀形貌異常區(qū)域；裂紋起始區(qū)（源區(qū)）；斷口上覆蓋有外來物特征和腐蝕產(chǎn)物的區(qū)域。對(duì)基體成分進(jìn)行定性判斷時(shí)，應(yīng)選擇沒有污染的瞬斷區(qū)進(jìn)行分析。進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)特征區(qū)域的大小，合理地選擇分析區(qū)域大小，如面區(qū)域或點(diǎn)區(qū)域。為了分析某一個(gè)或一些元素在某一區(qū)域的分布情況，可進(jìn)行元素的面分布分析；為了確定某一元素沿某一特征線的含量變化情況，可進(jìn)行元素的線分布分析。斷口微觀診斷技術(shù)斷口的微區(qū)成分分析一般是根據(jù)需要來選擇進(jìn)69斷口微觀診斷技術(shù)斷裂擴(kuò)展的微觀方向判別①解理、準(zhǔn)解理擴(kuò)展方向河流花樣合并方向是解理裂紋擴(kuò)展方向，河流花樣發(fā)散方向是準(zhǔn)解理裂紋局部擴(kuò)展方向；在解理或準(zhǔn)解理顯微斷面上，扇形或羽毛花樣的發(fā)散方向?yàn)榱鸭y局部擴(kuò)展方向。斷口微觀診斷技術(shù)斷裂擴(kuò)展的微觀方向判別70斷口微觀診斷技術(shù)疲勞裂紋微觀擴(kuò)展方向的判別①與疲勞條帶垂直的方向；②輪胎花樣間距增大的方向；③氧化或腐蝕較重，顏色較深區(qū)域?yàn)樵矗蛲廨椛涞乃毫雅_(tái)階為擴(kuò)展方向。斷口微觀診斷技術(shù)疲勞裂紋微觀擴(kuò)展方向的判別71金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件72金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件73金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件74金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件75金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件76應(yīng)力及缺口尖銳程度對(duì)圓棒疲勞斷口影響應(yīng)力及缺口尖銳程度對(duì)圓棒疲勞斷口影響77應(yīng)力及缺口尖銳程度對(duì)矩形疲勞斷口影響應(yīng)力及缺口尖銳程度對(duì)矩形疲勞斷口影響78金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件79THEEND!金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件80樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-22Monday,December19,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:57:5100:57:5100:5712/19/202212:57:51AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2200:57:5100:57Dec-2219-Dec-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:57:5100:57:5100:57Monday,December19,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2212月-2200:57:5100:57:51December19,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年12月19日12:57上午12月-2212月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。19十二月202212:57:51上午00:57:5112月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2212:57上午12月-2200:57December19,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/12/190:57:5100:57:5119December2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。12:57:51上午12:57上午00:57:5112月-22專注今天，好好努力，剩下的交給時(shí)間。12月-2212月-2200:5700:57:5100:57:51Dec-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/12/190:57:51Monday,December19,2022相信相信得力量。12月-222022/12/190:57:5112月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-2281樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-22Monday,December19,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:57:5100:57:5100:5712/19/202212:57:51AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2200:57:5100:57Dec-2219-Dec-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:57:5100:57:5100:57Monday,December19,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2212月-2200:57:5100:57:51December19,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年12月19日12:57上午12月-2212月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。19十二月202212:57:51上午00:57:5112月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2212:57上午12月-2200:57December19,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/12/190:57:5100:57:5119December2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。12:57:51上午12:57上午00:57:5112月-22專注今天，好好努力，剩下的交給時(shí)間。12月-2212月-2200:5700:57:5100:57:51Dec-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/12/190:57:51Monday,December19,2022相信相信得力量。12月-222022/12/190:57:5112月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-2282金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)

主講：孫智君金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)主講：孫智君83前言

失效分析是一門系統(tǒng)工程，其中的分析技術(shù)是其理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。失效分析技術(shù)主要包括：痕跡分析技術(shù)裂紋分析技術(shù)斷口分析技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。前言失效分析是一門系統(tǒng)工程，其中的分析技術(shù)是其理論841痕跡分析技術(shù)

痕跡分析是失效分析中常用的一種分析方法和技術(shù)。通過痕跡分析，不僅可對(duì)事故和失效的發(fā)生、發(fā)展過程做出判斷，而且可為事故和失效分析結(jié)論提供可靠的佐證和依據(jù)。

1痕跡分析技術(shù)851痕跡分析技術(shù)廣義地說，痕跡是指環(huán)境作用于系統(tǒng)，在系統(tǒng)表面留下的標(biāo)記。在機(jī)械失效中，系統(tǒng)指的是失效的構(gòu)件或零件，而環(huán)境則是指外來的力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等因素。因此，對(duì)機(jī)械失效，痕跡可定義為：力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等環(huán)境因素單獨(dú)地或協(xié)同地作用于機(jī)械，并在其表面或表面層留下的損傷性標(biāo)記。1痕跡分析技術(shù)廣義地說，痕跡是指環(huán)境作用于系統(tǒng)，在系統(tǒng)表面861痕跡分析技術(shù)

在失效分析范疇，痕跡的具體含義是指：痕跡的形貌（或稱花樣）；痕跡區(qū)及污染物、反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)成分；痕跡顏色的種類、色度和分布、反光等；痕跡區(qū)材料的組織和結(jié)構(gòu)；1痕跡分析技術(shù)在失效分析范疇，痕跡的具體含義是指：871痕跡分析技術(shù)痕跡區(qū)的表面性能；痕跡區(qū)的殘余應(yīng)力分布；從痕跡區(qū)散發(fā)出來的各種氣味；痕跡區(qū)的電荷分布和磁性等。痕跡分析即是對(duì)失效件的上述特征的變化進(jìn)行鑒別，并找出其變化原因，為失效分析提供線索和依據(jù)的技術(shù)活動(dòng)。1痕跡分析技術(shù)痕跡區(qū)的表面性能；881痕跡分析技術(shù)1痕跡分析技術(shù)892

裂紋分析技術(shù)

裂紋是材料表面或內(nèi)部完整性或連續(xù)性被破壞的一種現(xiàn)象，是斷裂的前期；斷裂則是裂紋發(fā)展的結(jié)果。裂紋分析包括裂紋的無損檢測(cè)、表面分析、光學(xué)金相分析及裂紋打開后的斷口分析等內(nèi)容。2

裂紋分析技術(shù)裂紋是材料表面或內(nèi)部完整902裂紋分析技術(shù)主要內(nèi)容包括：裂紋產(chǎn)生的部位；裂紋的平直情況、或分叉情況、或宏觀走向等；裂紋與主應(yīng)力方向（或切應(yīng)力方向）之間的關(guān)系；裂紋與材料成形方向（軋制方向、流線方向）的關(guān)系；裂紋的嚙合情況（緊密配合，還是分離）；裂紋尖端的情況（尖銳或圓鈍）；裂紋起始位置與零件形狀的關(guān)系（是否有應(yīng)力集中）。

2裂紋分析技術(shù)主要內(nèi)容包括：裂紋產(chǎn)生的部位；裂紋的平直913斷口分析技術(shù)

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、到擴(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)、斷裂物理等諸多方面內(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。

3斷口分析技術(shù)斷口是斷裂失效中，兩斷裂分離面的簡(jiǎn)稱。923斷口分析技術(shù)內(nèi)容：斷口準(zhǔn)備斷口分析設(shè)備和技術(shù)斷口宏觀診斷技術(shù)和方法斷口微觀診斷技術(shù)和方法3斷口分析技術(shù)內(nèi)容：933.1斷口準(zhǔn)備

斷口準(zhǔn)備的目的是為下一步的斷口分析提供適于分析的斷口。要求斷口保存得盡量完整、特征原始；盡量沒有產(chǎn)生二次、甚至三次損傷。對(duì)斷口上附著的腐蝕介質(zhì)、污染物，還需進(jìn)行適當(dāng)清理。當(dāng)失效件體積太大時(shí)，還需分解、切割。總之，在斷口準(zhǔn)備過程中，要盡量保證斷口（特別是關(guān)鍵斷口、起始區(qū)斷口）的原始特征不被破壞、污染。

3.1斷口準(zhǔn)備斷口準(zhǔn)備的目的是為下一步的斷口分析提供943.1斷口準(zhǔn)備

對(duì)斷口的清理應(yīng)遵循以下基本原則：先判斷后清理，先表面后內(nèi)層，盡量采用物理方法清理而少用化學(xué)方法。常用的清洗方法有機(jī)械剝離法、化學(xué)腐蝕法、陰極電解法、真空蒸發(fā)法等，可根據(jù)斷口材料特性、附著物的種類等選定。對(duì)斷口常用的保護(hù)方法有涂保護(hù)性涂料、密封于內(nèi)置干燥劑的塑料袋或干燥皿中和浸泡在無水酒精溶液中等。

3.1斷口準(zhǔn)備對(duì)斷口的清理應(yīng)遵循以下基本原則：先判斷953.1斷口準(zhǔn)備

切割大塊失效殘骸件時(shí)，應(yīng)先對(duì)斷口進(jìn)行宏觀分析，確定首斷件；然后進(jìn)一步確定斷裂的起始部位。切割前，先將需要分析的部位保護(hù)起來；切割時(shí)，盡量使用鋸、切等不會(huì)產(chǎn)生高溫的機(jī)械方法。需要使用火焰切割、砂輪切割等會(huì)產(chǎn)生高溫的切割方法時(shí)，切口位置應(yīng)離開需分析部位一定的距離，同時(shí)對(duì)切割區(qū)域進(jìn)行冷卻，以確保需重點(diǎn)分析部位不會(huì)因高溫而產(chǎn)生二次損傷。3.1斷口準(zhǔn)備切割大塊失效殘骸件時(shí)，應(yīng)先對(duì)斷口進(jìn)行宏963.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)3.2.1斷口宏觀分析設(shè)備和技術(shù)宏觀分析是指在小于40倍的條件下對(duì)斷口進(jìn)行觀察判斷的技術(shù)方法。主要手段是人的肉眼、普通放大鏡和體式顯微鏡。形貌、源、擴(kuò)展方向、性質(zhì)。3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)3.2.1斷口宏觀分析設(shè)備和973.2.2斷口微觀診斷儀器設(shè)備和技術(shù)

斷口的微觀分析設(shè)備主要有金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線能譜儀、波譜儀等。其中三種顯微鏡主要用來進(jìn)行形貌觀察，兩種譜儀主要用來進(jìn)行微區(qū)成分分析。掃描電子顯微鏡由于其具有制樣簡(jiǎn)單，使用方便，并具有景深大，分辨率較高，放大倍數(shù)范圍寬，可連續(xù)調(diào)節(jié)，可進(jìn)行化學(xué)成分、晶體取向測(cè)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，在失效分析中得到了廣泛的應(yīng)用。

顯微形貌、機(jī)理、斷裂模式。3.2.2斷口微觀診斷儀器設(shè)備和技術(shù)斷口的微觀分析設(shè)備983.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)①首先對(duì)斷口做低倍觀察，以全面了解和掌握斷口的整體形貌和特征，并確定重點(diǎn)觀察部位。②在整體觀察的基礎(chǔ)上，找出斷裂起始區(qū)，并對(duì)斷裂源區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)分析，包括源區(qū)的位置、形貌、特征、微區(qū)成分、材質(zhì)冶金缺陷、源區(qū)附近的加工刀痕及外物損傷痕跡等。③對(duì)斷裂過程不同階段的形貌特征要逐一加以觀察，找出各區(qū)斷裂形貌的共性與個(gè)性。

3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)①首先對(duì)斷口做低倍觀察，以全面了993.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)④斷裂特征的識(shí)別。在斷口觀察過程中，發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和表征斷裂形貌特征是斷口分析的關(guān)鍵。在觀察未知斷口時(shí)，往往是和已知的斷裂形貌加以比較來進(jìn)行識(shí)別。各種材料在不同外界條件下的斷裂機(jī)制不同，留在斷口上的形貌特征也不同。⑤掃描電鏡斷口照片的獲得。一般一個(gè)斷口的觀察結(jié)果要用如下幾部分的照片來表述：斷口的全貌照片、斷裂源區(qū)照片和擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)的照片。⑥利用背散射電子像觀察，可觀察到第二相、夾雜物等對(duì)裂紋萌生與擴(kuò)展的影響。3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)④斷裂特征的識(shí)別。在斷口觀察過程1003.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)

X射線能譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)是不損傷被測(cè)件表面，可同時(shí)適用于光滑表面和粗糙斷口表面的元素分析，可以分析某一區(qū)域的元素平均成分和樣品表面某一區(qū)域某一元素的分布情況（面分布），也可對(duì)某幾種元素進(jìn)行沿指定線路的線分布分析。是目前失效分析中應(yīng)用最廣泛的微區(qū)成分分析儀器。

3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)X射線能譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)是不損1013.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)

在進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)應(yīng)注意：微區(qū)成分分析的結(jié)果只能代表分析部位的局部成分，而不能代表樣品宏觀總體的成分；X射線微區(qū)成分定量分析的準(zhǔn)確性和樣品的制備有關(guān)。由于微區(qū)成分分析的靈敏度和精確度的限制，其分析結(jié)果不能代替其它分析方法所做的結(jié)果。

3.2斷口分析設(shè)備和技術(shù)在進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)應(yīng)注意：1023.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法斷口宏觀分析的任務(wù)和內(nèi)容①斷裂位置、結(jié)構(gòu)特征、工作環(huán)境；②斷裂位置及附近的變形程度；③斷裂區(qū)域痕跡特征；④源區(qū)位置、特征及裂紋走向；⑤宏觀形貌特征；⑥斷口顏色及附著物等。3.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法斷口宏觀分析的任務(wù)和內(nèi)容1033.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法

判斷斷口的基本特征、變形情況和裂紋的宏觀走向；確定斷裂的類型和方式，為斷裂失效模式診斷提供依據(jù)；尋找斷裂起源區(qū)和斷裂擴(kuò)展方向；估算斷裂失效應(yīng)力集中的程度和名義應(yīng)力的高低（疲勞斷口）；觀察斷裂源區(qū)有無宏觀缺陷等。斷口宏觀分析需要解決如下主要問題：斷口的平直情況和斷口的主要特征形貌；斷口的顏色（氧化色、腐蝕產(chǎn)物顏色、夾雜物顏色、光亮情況等）；斷口與主正應(yīng)力（或主切應(yīng)力）方向的關(guān)系；斷口與成形方向（軋制方向、流線方向）的關(guān)系。3.3斷口宏觀診斷技術(shù)和方法判斷斷口的基本1043.3斷口宏觀分析技術(shù)和方法

對(duì)斷口進(jìn)行宏觀觀察時(shí)，應(yīng)注意觀察的角度和照明的角度，自然光是最好的照明源，觀察時(shí)應(yīng)從不同的角度進(jìn)行觀察。宏觀斷口分析的第一步是用肉眼觀察斷口形貌特征及失效件的全貌，包括斷口的顏色、變形程度，斷口之外的損傷痕跡等，然后對(duì)主要特征區(qū)用放大鏡、體式顯微鏡等進(jìn)行進(jìn)一步的觀察，確定重點(diǎn)分析的部位。

3.3斷口宏觀分析技術(shù)和方法對(duì)斷口進(jìn)行宏觀觀察時(shí)，應(yīng)注105分析中特別注意以下幾個(gè)特征

①斷口上是否存在放射花樣及人字紋花樣。這種特征表征裂紋擴(kuò)展是不穩(wěn)定的、快速的；沿著放射方向的逆向或人字紋尖頂可找到裂紋源。②斷口上是否存在弧形跡線。這種特征是裂紋在擴(kuò)展過程中，因應(yīng)力狀態(tài)變化、斷裂方向變化、環(huán)境介質(zhì)影響、及裂紋擴(kuò)展速率明顯變化等在斷口上留下的痕跡。分析中特別注意以下幾個(gè)特征①斷口上是否存在放射花樣及人字紋106分析中特別注意以下幾個(gè)特征③斷口的粗糙度。一般說來，斷口越粗糙，即表征斷口特征的花樣越粗大，則剪切斷裂所占比例越大；如果斷口細(xì)平，多光澤，或者花樣越細(xì)，則晶間斷裂、解理斷裂所起的作用越大。④斷面的光澤與色彩。如準(zhǔn)解理、解理斷裂的金屬斷口在陽(yáng)光下轉(zhuǎn)動(dòng)斷面進(jìn)行觀察時(shí)?？煽吹介W閃發(fā)光的小刻面。分析中特別注意以下幾個(gè)特征③斷口的粗糙度。一般說來，斷口越粗107分析中特別注意以下幾個(gè)特征

⑤斷面與最大正應(yīng)力的交角（傾斜角）。不同的應(yīng)力狀態(tài)、不同的材料及外界環(huán)境，斷口與最大正應(yīng)力的夾角不同。⑥判定特征區(qū)的劃分、分布、面積大小等。⑦材料缺陷在斷口上所呈現(xiàn)的特征。若材料內(nèi)部存在缺陷，則缺陷附近存在應(yīng)力集中，因而在斷口上留下缺陷的痕跡。

分析中特別注意以下幾個(gè)特征⑤斷面與最大正應(yīng)力的交角（傾斜角108斷裂起源的位置

①纖微區(qū)的中心；②放射花樣的收斂處；③人字紋的最尖頂處；④斷口的平坦區(qū)內(nèi)；⑤無明顯塑性變形區(qū)，或無剪切唇形貌特征區(qū)；⑥疲勞弧形的最小半徑處；⑦腐蝕氧化最嚴(yán)重的部位；⑧臺(tái)階高差最大處。斷裂起源的位置①纖微區(qū)的中心；109一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向

①裂紋源區(qū)指向最后斷裂區(qū)的方向；②放射線發(fā)散的方向；③纖維區(qū)指向剪切唇區(qū)的方向；④與疲勞弧線相垂直的放射狀條紋分散方向；⑤人字紋的人字張開的方向；⑥斷口的平坦區(qū)指向斜斷口的方向；一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向①裂紋源區(qū)指向最后斷裂區(qū)的方向；110一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向⑦無塑性變形或塑性變形小的區(qū)域指向變形大的區(qū)域的方向；⑧臺(tái)階高差減小的方向；⑨氧化、腐蝕減輕的方向。一般裂紋的宏觀擴(kuò)展方向⑦無塑性變形或塑性變形小的區(qū)域111應(yīng)力、環(huán)境、材料綜合作用韌性金屬材料一次過載造成的延性斷裂應(yīng)力、環(huán)境、材料綜合作用韌性金屬材料一次過載造成的延性斷裂112斷口三要素纖維區(qū)：斷口中央呈粗糙纖維狀。正斷、斷面與拉應(yīng)力垂直，放射條紋收斂處為斷裂位置，平面應(yīng)變狀態(tài)。放射區(qū)：裂紋由緩慢擴(kuò)展向快速不穩(wěn)定擴(kuò)展轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。特征是放射線花樣，發(fā)散方向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向。裂紋擴(kuò)展方向是由纖維區(qū)指向剪切唇區(qū)。剪切唇區(qū)：最后階段，表面光滑與拉應(yīng)力成45°，切斷型，平面應(yīng)力狀態(tài)。斷口三要素纖維區(qū)：斷口中央呈粗糙纖維狀。正斷、斷面與拉應(yīng)力垂113過載斷口三要素：零件形狀對(duì)斷口三要素有很大影響。過載斷口三要素：零件形狀對(duì)斷口三要素有很大影響。114沖擊斷口沖擊斷口115斷口分類按宏觀塑性變形分為：延性斷裂和脆性斷裂斷口。斷口附近有無明顯塑性變形。按斷裂方式分為：正斷斷口：斷面與最大正應(yīng)力垂直；切斷斷口：斷面與最大正應(yīng)力成45°形貌特征分類很多，一般主要分為延性斷裂斷口，脆性斷裂斷口，疲勞斷裂斷口（脆性斷口）。斷口分類按宏觀塑性變形分為：延性斷裂和脆性斷裂斷口。斷口附近116延性斷口正斷型：灰色，粗糙鋸齒狀，與主應(yīng)力成約90°，無放射線，無弧線。延性斷口正斷型：灰色，粗糙鋸齒狀，與主應(yīng)力成約90°，無放射117延性斷口切斷型：弱金屬光澤，較光滑，與主應(yīng)力成約45°，一般無放射線(高強(qiáng)鋼有),無弧線。延性斷口切斷型：弱金屬光澤，較光滑，與主應(yīng)力成約45°，118脆性斷口缺口脆性：白亮色、近金屬光澤，極粗糙，與主應(yīng)力成約90°，放射線明顯，無弧線。脆性斷口缺口脆性：白亮色、近金屬光澤，極粗糙，與主應(yīng)力成約9119脆性斷口低溫脆性：結(jié)晶狀，金屬光澤、粗糙，與主應(yīng)力成約90°，放射線不太明顯，無弧線。脆性斷口低溫脆性：結(jié)晶狀，金屬光澤、粗糙，與主應(yīng)力成約90°120疲勞斷口

低周疲勞：白亮色、較光滑，放射線不太明顯，板材似人字紋，一般可見疲勞弧線，但恒載時(shí)無。與主應(yīng)力交角當(dāng)擴(kuò)展速率小時(shí)近90°，大時(shí)近45°。疲勞斷口低周疲勞：白亮色、較光滑，放射線不太明顯，板材121疲勞斷口高周疲勞：灰黑色，光滑，放射線明顯且細(xì)膩，一般可見疲勞弧線，應(yīng)力幅變化越大越明顯，與主應(yīng)力成約90°。疲勞斷口高周疲勞：灰黑色，光滑，放射線明顯且細(xì)膩，一般可122雙向彎曲疲勞旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞雙向彎曲疲勞旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞123扭轉(zhuǎn)疲勞扭轉(zhuǎn)疲勞124金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件1253.4斷口微觀分析技術(shù)和方法斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容斷口的微觀分析包括微觀形貌分析和微區(qū)成分、結(jié)構(gòu)分析。具體內(nèi)容有：①斷口周圍的塑性變形大小、或有無；②斷口的邊緣銳利情況；③斷口與零件形狀或應(yīng)力集中的情況；④斷口各特征形貌面積的比例；3.4斷口微觀分析技術(shù)和方法斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容126斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容⑤斷口與晶面、晶向之間的關(guān)系；⑥斷口與晶界的關(guān)系；⑦斷口與顯微組織的關(guān)系；⑧斷裂源區(qū)的情況；⑨斷口的化學(xué)成分、或雜質(zhì)環(huán)境元素的分布情況；⑩斷口上二次裂紋的有無或多少、分布情況。斷口微觀分析的任務(wù)和內(nèi)容⑤斷口與晶面、晶向之間的關(guān)系；127斷口的微觀形貌特征

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、疲勞斷裂特征等斷裂特征花樣。斷口的微觀形貌特征斷口上常見的微觀特征有韌窩、滑移特征、128韌窩特征金屬延性斷裂的主要微觀特征，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，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。形成機(jī)制：微區(qū)孔洞形核→長(zhǎng)大→聚集→連接→斷裂。韌窩特征金屬延性斷裂的主要微觀特征，是材料在微區(qū)范圍129韌窩特征正拉應(yīng)力→等軸韌窩；切應(yīng)力→剪切韌窩和撕裂韌窩，呈拋物線形，其開口方向指向切應(yīng)力作用的方向。剪切應(yīng)力：匹配斷口韌窩方向相反；撕裂應(yīng)力：匹配斷口韌窩方向相同。同材料、不同形態(tài)、相同條件下韌窩尺寸越大，則材料塑性越好。韌窩特征正拉應(yīng)力→等軸韌窩；130金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件131滑移特征

金屬延性斷裂的一種微觀特征，在切應(yīng)力作用下，金屬沿滑移面分離，宏觀上，斷面傾斜，呈45°角，斷口附近有明顯的宏觀塑性變形。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?；铺卣鹘饘傺有詳嗔训囊环N微觀特征，在切應(yīng)力作用132滑移特征

①滑移線（帶）：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到表面時(shí)，形成臺(tái)階或滑移線。大量的線、臺(tái)階稱滑移帶。②蛇形花樣：多晶體塑性變形較大時(shí)，產(chǎn)生交滑移，分離面上可觀察到起伏彎區(qū)條紋，類似蛇形的滑移花樣。③漣波花樣：變形程度進(jìn)一步加大，蛇形花樣因變形而平滑化，形成漣波。由于材料總有、裂紋、孔洞等缺陷，發(fā)生純剪切，在韌窩側(cè)表面上出現(xiàn)蛇形、漣波花樣?；铺卣鳍倩凭€（帶）：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到表面時(shí)，形成臺(tái)階或滑移133交滑移特征交滑移特征134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；多發(fā)生于體心立方和密排六方晶體，面心立方晶系的金屬一般不發(fā)生解理斷裂。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135解理特征形成機(jī)制：在晶界、亞晶界、孿晶界、第二相界面等部位由于位錯(cuò)塞積，而應(yīng)力得不到松弛，萌生裂紋，進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。形貌特征：宏觀有小刻面，無塑性變形；微觀有解理臺(tái)階、河流花樣、舌狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣及瓦納線等，瓦納線在極脆材料中可見。解理特征形成機(jī)制：在晶界、亞晶界、孿晶界、第二相界面等部位由136解理特征解理臺(tái)階：解理裂紋與螺位錯(cuò)交截或次生解理撕裂形成。河流花樣：解理裂紋擴(kuò)展中，臺(tái)階不斷匯合形成大臺(tái)階，穿過扭轉(zhuǎn)晶界時(shí)，河流激增。舌狀花樣：解理裂紋沿變形孿晶與基體界面擴(kuò)展時(shí)，在裂紋前端形成。解理特征解理臺(tái)階：解理裂紋與螺位錯(cuò)交截或次生解理撕裂形成。137解理特征解理類解理解理特征解理138解理特征舌狀花樣輪胎花樣解理特征舌狀花樣輪胎花139準(zhǔn)解理斷裂特征介于解理與延性斷裂之間的過渡形式。形成機(jī)制：在不同部位同時(shí)產(chǎn)生許多解理裂紋核，再按解理方式擴(kuò)展成解理小刻面，最后以塑性方式撕裂，與相鄰解理刻面相連，形成撕裂棱。形貌：宏觀基本上無塑性變形或較?。晃⒂^有河流花樣、舌狀花樣、韌窩及撕裂棱。準(zhǔn)解理斷裂特征介于解理與延性斷裂之間的過渡形式。140準(zhǔn)解理斷裂特征準(zhǔn)解理與解理斷裂主要區(qū)別：準(zhǔn)解理起源于晶粒內(nèi)部空洞、夾雜、第二相粒子，向四周擴(kuò)展，不連續(xù)；解理則是由晶界或相界向內(nèi)擴(kuò)展。準(zhǔn)解理斷裂特征準(zhǔn)解理與解理斷裂主要區(qū)別：141準(zhǔn)解理斷裂特征準(zhǔn)解理斷裂特征142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?？煞譃檠鼐ыg窩斷裂和沿晶脆性光面斷裂。

①氫脆：沿晶面上具有雞爪痕特征；

②應(yīng)力腐蝕：沿晶面上具有核桃紋特征；

③液體金屬致脆：沿晶面上一般可看到致脆的金屬殘留痕跡；

④蠕變斷裂，過熱斷裂：沿晶韌窩；

⑤回火脆：沿晶光面斷裂。沿晶斷裂特征屬于脆性斷裂的一種，又稱為晶間斷裂，是多143沿晶光面斷裂沿晶光面斷裂144沿晶韌窩斷裂沿晶韌窩斷裂145疲勞斷裂特征疲勞斷裂三個(gè)階段：裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展；對(duì)應(yīng)為源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。形貌：宏觀：疲勞弧線，無塑性變形，低應(yīng)力高周疲勞一般能看到典型的疲勞弧線，而大應(yīng)力低周疲勞一般沒有典型的疲勞弧線。疲勞斷裂特征疲勞斷裂三個(gè)階段：裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展；146疲勞斷裂特征

顯微形貌：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、平行的多條二次裂紋帶等也是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段常見的微觀形貌特征。疲勞斷裂特征顯微形貌：疲勞條帶是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段147疲勞條帶①疲勞條帶是一系列基本相互平行的、略帶彎曲的波浪形條紋，并與裂紋局部擴(kuò)展方向垂直；②離源區(qū)越遠(yuǎn)，條帶間距越大；③一般源區(qū)附近條帶特征不如擴(kuò)展后期明顯；④匹配斷口兩側(cè)條帶特征基本對(duì)應(yīng)；⑤局部區(qū)域條帶擴(kuò)展方向與宏觀可相同，也可不同；⑥各斷塊上條帶不連續(xù)；⑦每一條條帶代表一次應(yīng)力循環(huán)；條帶表示該循環(huán)下裂紋尖端的位置，條帶數(shù)與循環(huán)數(shù)相等。疲勞條帶①疲勞條帶是一系列基本相互平行的、略帶彎曲的波浪形條148金屬構(gòu)件斷口診斷技術(shù)教材課件149斷口微觀診斷技術(shù)

斷口的微觀觀察一般是借助掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等工具來完成的，由于放大倍數(shù)較高，在電子顯微鏡下一般難以準(zhǔn)確確定觀察的位置，因此，應(yīng)在微觀分析之前，熟練掌握斷口的宏觀形貌特征，并以此來指導(dǎo)微觀觀察。斷口微觀診斷技術(shù)斷口的微觀觀察一般是借助掃描電子顯微鏡、150斷口微觀診斷技術(shù)

斷口的微區(qū)成分分析一般是根據(jù)需要來選擇進(jìn)行的。選擇進(jìn)行成分分析的微區(qū)一般有：微觀形貌異常區(qū)域；裂紋起始區(qū)（源區(qū)）；斷口上覆蓋有外來物特征和腐蝕產(chǎn)物的區(qū)域。對(duì)基體成分進(jìn)行定性判斷時(shí)，應(yīng)選擇沒有污染的瞬斷區(qū)進(jìn)行分析。進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)特征區(qū)域的大小，合理地選擇分析區(qū)域大小，如面區(qū)域或點(diǎn)區(qū)域。為了分析某一個(gè)或一些元素