材料實效分析

1、精品文檔值得下載蒂蚇螆羆薅袂肄羅芄蚅羀羅莇 蒂蒂羅羈蒁薄螈芀薀蚆羃膆薀 材料失效分析 螈蝿膀莃薄羈肂荿螃袀肅蒄蒀概論隨著現(xiàn)代科學技術的飛躍發(fā)展，失效分析已經(jīng)成為一門綜合性學科，在工程上正得到日益廣泛的應用和普遍的重視。為了提高機械產(chǎn)品質量及使用壽命，國內外對機械構件的失效（斷裂）現(xiàn)象進行了大量的分析和研究，日益完善了失效分析技術及其基本理論。應用失效分析技術可以指導機械產(chǎn)品規(guī)劃、設計、選材、加工、檢驗及質量管理等方面工作；同時失效分析技術又是制定技術規(guī)范、科學發(fā)展規(guī)劃、法律仲裁等的重要依據(jù)之一。大力開展失效分析研究，無論對工業(yè)、民生、科技發(fā)展，都具有極其重要的作用。 薇聿膈薀蕿螂羄蒀蒂螈膃艿袇

2、 薃衿芄莁羈羅莃蚃羈肁腿蒂袃一、失效的概念 蟻螁肁膇蒄蚇肀艿蝕羅肀蒂蒃 荿蚄螈肁膁薀螈芃莇薆螇羂芀所謂失效主要指機械構件由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而引起的機械構件不能完滿地完成指定的功能。亦可稱為故障或事故。一個機械零部件被認為是失效，應根據(jù)是否具有以下三個條件中的一個為判據(jù)：（1）零件完全破壞，不能工作；（2）嚴重損傷，繼續(xù)工作不安全； 蚄肅腿莈蚆螆芇羋蕿螂肄蒀薂（3）雖能暫時安全工作，但已不能滿意完成指定任務。上述情況的任何一種發(fā)生，都認為零件已經(jīng)失效。 膅莆袃羄芁薅螞袇芆節(jié)薁衿莂二、失效的形式 機械零部件最常見的失效形式有以下幾種： 蠆蚇芃蒅蒈羂袆膁莇羅羂莀蝕1斷裂失效：通

3、常包括塑性（韌性）斷裂失效；低應力脆性斷裂失效；疲勞斷裂失效；蠕變斷裂失效；應力腐蝕斷裂失效。 2表面損傷失效：通常包括磨損失效；腐蝕失效；表面疲勞失效 聿莆薈袂膁腿蒄羈袁莄莀羈羃3變形失效：包括塑性變形失效；彈性變形失效 芆螆螁羈艿螁袀芃芁袇聿膂薆 肅芅薃蚃膄薇薆蝿羀蕆蒈螅腿同一種零件可有幾種不同失效形式。例如，軸的失效，可以是疲勞斷裂，也可以是過量彈性變形（彈性失穩(wěn)）。究竟以什么形式失效，決定于具體條件下，零件的哪種抗力最低。因此，一個零件失效，總是由一種形式起主導作用，很少以兩種形式主導失效的。但它們可以組合為更復雜的失效形式，例如腐蝕磨損、腐蝕疲勞等。 螂裊聿薁螂羇芅蕆袁肀肇莃袀三、失

4、效分析失效分析是指分析研究機械構件的斷裂，表面損傷及變形等失效現(xiàn)象的特征及規(guī)律，并從中找出產(chǎn)生失效主要原因的一門新的學科或分析技術。也稱之為故障分析或事故分析等。失效分析是門多學科的邊緣科學，它不僅包括斷口學及材料學，而且它還與力學、化學、腐蝕科學、摩擦學、工藝學及設計基礎等學科有關。只掌握一門學科是不行的。失效分析在整個機械產(chǎn)品制造過程中占據(jù)重要地位。失效分析對改進產(chǎn)品設計、選材等提供依據(jù)，并可防止或減少斷裂事故的發(fā)生；通過失效分析還可預測可靠性，特別是利用“失效樹”來預測系統(tǒng)的安全可靠性更為有力。所謂“失效樹”是指由各種可能引起系統(tǒng)失效的事件和連接這些事件的邏輯門組成的圖形，并顯示出它們相

5、互之間的關系。失效分析可以提高機械產(chǎn)品的信譽，并能起到技術反饋作用，明顯提高經(jīng)濟效益。失效斷裂第一章金屬斷裂的基本概念 §1-1 斷裂和斷口 蚄膀莄蒃蚄節(jié)蕿螂蚃羂莂蚇螞金屬的完全破斷稱為斷裂，斷裂后的自然表面稱為斷口。斷裂一般發(fā)生在材料性能最弱的部位或零件中應力最大的部位。斷裂（形態(tài)）分類：在國內外，對斷裂分類的方法，目前仍很不統(tǒng)一，各自按具體的需要和研究的方便進行分類，下面介紹幾種常用的斷裂分類方法，這些分類方法是相輔相成的。按斷裂性質分類韌性斷裂和脆性斷裂 §1-2 韌性斷裂和脆性斷裂 羀芀蒈薈螇肀蒁蚄袆罿蒃螀肄 芆莂薇羇肂節(jié)薀肅膁薄蒂螆羇根據(jù)材料或構件（金屬）完全斷裂

6、前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大?。猴@著韌性，幾乎不產(chǎn)生或很小脆性 羆莈葿袈羆蒁蚅螄羅膀蒈蝕羄例：規(guī)定光滑拉伸試樣.5%為脆性斷裂上述分法，只具有相對意義，例如：同一種材料，應力、溫度等條件改變，其變形量也可能發(fā)生顯著變化。另外也可能出現(xiàn)韌性與脆性的混合斷裂，例如金屬光滑圓棒拉伸試樣，.大約在 510%的范圍內所形成斷口，基本上屬于這類斷口。一、韌性（延性、塑性）斷裂：（工作應力）S原子平面滑移位錯沿滑移系運動在材料內部夾雜物，析出相，晶界或其他塑性變形不連續(xù)處發(fā)生位錯塞積，產(chǎn)生應力集中，進而開始形成顯微孔洞，進而長大，串聯(lián)一條可見的宏觀裂紋縮頸破斷。 基本特征：1、斷口上形成很多酒杯狀微孔坑，稱

7、韌窩，故韌性斷口又稱為“韌窩斷口”； 2、斷口外貌呈杯錐狀，杯錐底垂直于主應力；錐面平行于最大切應力，與主應力成45° 膅蒅螃袃莄蚇蚆衿肀薆蚈羄艿3、斷口表面呈纖維狀，顏色灰暗。二、脆性斷裂基本特征：1、通常 <S“低應力脆斷”； 2、材料或構件內存在宏觀裂紋作為“源”，肉眼 0.1mm1cm（工藝、設計、疲勞或應力腐蝕等引起）難免； 3、中、低強度鋼的脆斷事故，一般發(fā)生在較低溫度，1015以下。高強度鋼無明顯溫度效應。 4、斷口平齊、光亮且與正應力垂直。斷口上常有人字紋或放射花樣。按裂紋擴展路徑分類 §1-3穿晶斷裂和晶間斷裂多晶金屬的斷裂路徑。按斷裂機制分類 &#

8、167;1-4解理斷裂和剪切斷裂 薁螅襖肅芀薈螀肄莃螃蚆肅蒅一、解理斷裂材料因受拉應力以致晶體沿一定的結晶學平面發(fā)生分離，即沿“解理面”分離，是一種在正應力作用下所產(chǎn)生的穿晶斷裂（解理面一般是低指數(shù)的晶面，如 bcc(001)，cph(0001)或(0110)）。解理斷裂多見于體心立方，密排六方金屬及合金。 芁荿螂膃莆薈薁肆莂芄袃肈肅特殊情況下，面心立方金屬如 Al等也能解理斷裂。低溫應力集中、沖擊等有利于解理斷裂。通常，解理斷裂總是脆性斷裂。但有時在解理斷裂前也呈現(xiàn)很大的塑性變形。所以，不能把解理與脆性斷裂二者完全等同起來。由于解理裂紋，是在一定強度的應力場作用下，依靠彈性應力能的釋放，來克

9、服解理面兩邊原子間的結合力而擴展的，所以裂紋擴展所消耗的能量較小。因此，一旦裂紋長度達到臨界尺寸，滿足格里菲斯條件： 裂紋便迅速擴展，其速度接近聲速，而不可抑制，常造成災難性的總崩潰，式中垂直于裂紋面的正應力；裂紋面單位面積的表面能；2a裂紋長度；E楊氏模量。 蒅螃袃蒄莄螅罿膀蚆蚈羄荿蒆 羀膅薄蠆衿膇蝕螈膁肀螆羇羈1.解理斷口表面平齊，（斷口邊緣沒有或很少有剪切唇【平面應力條件下斷裂】）單晶體典型的解理斷裂應該是一個平坦的結晶學平面。但實際多晶體的解理面是由許多的 “小刻面”組成的，強光下轉動，可見閃閃發(fā)光的特征。 2.解理斷裂斷口另一個宏觀特征是“人字條紋”，其指向裂紋源，反指向為裂紋擴展方

10、向主要的微觀特征：1.河流狀花樣；2.解理臺階；3.舌狀花樣；4.魚骨狀花樣；5.二次裂紋等二、剪切斷裂材料在切應力作用下，沿滑移面滑移而造成的斷裂。它有二類：解理斷口的宏觀形態(tài)一類是由于純粹的滑移流變所造成的滑斷或純剪斷，一般發(fā)生于非常純的單相金屬，特別是純的單晶體中。單軸向拉伸或雙軸向拉伸時，最大切應力方向一般與拉伸軸是 45°。另一類是微孔聚集型斷裂。多見于鋼鐵等工程結構材料。在外力作用下，因強烈滑移，位錯堆積，在局部地方，如縮頸處，產(chǎn)生許多顯微空洞；或因夾雜物破碎，夾雜物和基體金屬界面的破碎而造成微小空洞。這種空洞在切應力作用下不斷長大，聚集連接，并同時產(chǎn)生新的微小空間，最終

11、導致整個材料破斷。按受力狀態(tài)不同分類靜載斷裂（拉伸斷裂、扭轉斷裂等）、沖擊斷裂、疲勞斷裂；根據(jù)環(huán)境介質不同分類又分低溫冷脆斷裂，以及靜載延滯斷裂，應力腐蝕斷裂，氫脆斷裂等。按服役條件分類 §1-5 疲勞斷裂和靜載延滯斷裂材料在低于抗拉強度的交變應力的反復作用下，緩慢發(fā)生和擴展并導致突然破壞的方式，稱疲勞破斷。所謂“交變載荷”是應力的大小、方向隨時間作周期性改變的載荷。疲勞斷裂的特征： 1、疲勞斷裂應力 -1（周期載荷中的最大應力max）遠比靜載荷下材料的抗拉強度b低，甚至比屈服強度S也低得多。 2、不管是脆性材料或延性材料，其疲勞斷裂在宏觀上均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂，故疲

12、勞斷裂一般表現(xiàn)為低應力脆斷。 3、疲勞破斷是損傷的積累，積累到一定程度，即裂紋擴展到一定程度后才突然斷裂。斷裂前要經(jīng)過較長時間的應力循環(huán)次數(shù)N（104；105；106）才斷裂，所以疲勞斷裂是與時間有關的斷裂。在恒應力或恒應變下，疲勞將由三個過程組成：裂紋的形成（形核）；裂紋擴展到臨界尺寸；余下斷面的不穩(wěn)定斷裂。在宏觀上可清楚看到后二個過程。 4、材料抵抗疲勞載荷的抗力比一般靜載荷要敏感得多。疲勞抗力不僅決定于材料本身，而且敏感地決定于構件的形狀，尺寸、表面狀態(tài)、服役條件和所處環(huán)境等。 5、疲勞斷裂一般是穿晶斷裂。 螞螀膃膁蒞薆肂肄莀螅袂葿蒆 蒈袆膅蒃薃螞肅莆蕿袁襖荿蚅所以疲勞斷裂與靜載破斷不同

13、，它比靜載破壞的機率高得多。是工程最常見也是危險的破斷。因此，近 100多年來對疲勞斷裂進行了廣泛的研究，在實踐上和理論上都掌握了一定的規(guī)律。疲勞的研究可歸納為宏觀和微觀二方面： 羆膄芄蒂螅膆莀薁蚅腿蒅莇袇宏觀方面從分析疲勞應力或應變著手，研究疲勞載荷下的力學規(guī)律，建立起一系列疲勞抗力指標為正確選材和安全設計提供直接或間接資料；微觀方面從微觀機制著手研究在疲勞載荷下金屬內部的組織結構的改變和斷口形態(tài)，尋找疲勞裂紋產(chǎn)生的原因和裂紋擴展的機制及影響因素，從而尋找提高疲勞抗力的途徑。目前的趨向是把宏觀和微觀結合起來。綜合研究金屬疲勞斷裂問題。另一類是靜載延滯斷裂，或稱靜載疲勞。它發(fā)生于靜載條件下，由

14、于環(huán)境的作用（如腐蝕、溫度、中子輻照等）而引起的一種與時間有關的低應力脆性斷裂。屬于這類斷裂的有應力腐蝕斷裂，氫脆、蠕變斷裂等。 蒆蕿蚃芅蒆蟻罿膁蒅螄螁肇蒄第二章斷口分析方法 螃肈膄荿蝿芇蒆莂裊羃莆螇羀斷口分析（破斷分析）：確定破斷原因，提出防止事故的措施，為設計、選材、冶金質量和工藝研究提出帶有方向性的目標。 §2-1 斷口樣品的制備和保存 罿腿蕆薇肈肈葿螞襖芀莂蚈羃一、斷品樣品的選擇從斷裂構件上選取具有充分代表性的斷口樣品，并縮小檢查斷口的尺寸范圍。注意晝不要損傷斷口，并保持斷口干燥。（選樣三原則）切割方法：火焰切割、鋸割、砂輪片切割、線切割等·切口與斷口應留一定距離，

15、以防斷口形貌及微觀結構發(fā)生變化 膆薆薁螁聿薂螀肅肂蚇衿羂蕆·選擇冷卻劑時，注意不能腐蝕斷口表面。判別主裂紋的常用方法： 1、T型法；2、分枝法 3、變形法4、氧化法 蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕蟻袀芀薆實際斷裂事故，應根據(jù)具體條件、裂紋擴展規(guī)律、斷口形貌特征、斷口表面顏色、各部位相對變形量大小，構件散落部位及其分布，進行綜合分析，才能夠準確無誤判斷主裂紋與二次裂紋。一般脆性斷裂常用 T型法、分叉法；韌性斷裂常用變形法；環(huán)境斷裂常用氧化法；疲勞斷裂常用宏觀形貌特征識別裂紋源及其擴展方向。上述并未包括所有情況，在失效分析時，尤其要注意特殊案例分析。例如：在柴油機上，聯(lián)軸節(jié)發(fā)生故障，可能引起轉矩不均

16、勻，從而曲軸損傷，而裂紋卻不是出現(xiàn)在聯(lián)軸節(jié)本身。二、斷口樣品的保護和清洗保持斷裂時的原樣，新鮮斷口，立即放在干燥器內清洗除去灰塵，腐蝕產(chǎn)物，排除假象。方法：帶灰塵或其他附著物的斷口：干燥空氣吹，然后無水酒精或丙酮等溶液清洗。清除機械附著物，“復型法”用塑料膠帶或復型用的醋酸纖維薄膜反復揭?guī)状危纯色@得清潔斷口。帶油污的斷口：汽油清除油膩，再用丙酮、二氯甲烷、三氯乙烷、石油醚或苯等有機液浸泡 115秒，也可放在超聲波振蕩器中“超聲洗滌” 5秒，軟毛刷擦洗去掉與斷口結合較牢的污染物。（不可用金屬刷）銹蝕較嚴重的斷口： 螀袇莃薇蚆袇蒅莀羅袆膅薅袁化學清洗，鐵銹用1020%的草酸或模檸檬酸溶液。對合金

17、鋼（特別是鎳基合金和耐熱不銹鋼【高溫氧化膜】），化學清洗液成分為: NaOH20g+H2O100ml+KMnO410g加熱至沸騰，煮去氧化膜后，再用每公升含亞甲醛四胺 2g的 6N鹽酸溶液浸泡 115分，再用無水酒精洗凈。煮去氧化膜后，再用 2%鹽酸水溶液清洗斷口表面。若銹層很厚，可用電解法。在腐蝕環(huán)境下斷裂的斷口，有一層腐蝕產(chǎn)物，它對分析斷裂原因有利，但對斷口形態(tài)的分析不利?？上葘Ωg產(chǎn)物進行 X射線、電子探針或掃描電鏡進行分析，分析其成分、結構和分布情況，再去掉腐蝕產(chǎn)物后對斷口形態(tài)做電鏡觀察。經(jīng)上述方法清洗的樣品，應立即放入稀 Na2CO3或 NaHCO3水溶液中清洗，再用蒸溜水、無水酒精

18、清洗、吹干，干燥罐中保存，為防止生銹或腐蝕可在斷口表面涂一層有機保護材料，目前常用三氯乙烯透明塑料。 薀袈羈肆葿袀肅芅羋螃聿蒄薀清洗溶液成分和操作方法詳見“破斷故障全相分析”P13 §2-2 斷口的宏觀觀察肉眼、放大鏡，雙筒立體顯微鏡或金相顯微鏡（4×100×，一般50x）宏觀察優(yōu)點是便捷、迅速，其能觀察： 膃薂蝿膅荿蒈螈襖膁莄螈肆莇破斷全貌；裂縫（斷口）與零件形狀的關系；斷口與變形方向的關系；斷口與受力狀態(tài)（主應力或切應力）的關系 袇肂莀薂袆膅膂蒈裊襖莈莄襖初步判斷裂源位置、破斷性質和原因。可把斷口按區(qū)域分開，從而縮小進一步分析研究的范圍。有很多斷口通過宏觀觀察

19、可判別斷口類型和性質。例：在疲勞斷口上的平滑區(qū)可看到“年輪”、“貝殼狀”等紋標記；在未知斷口上看到這類標記，可判斷該斷口為疲勞斷口（注意：看不清特征條紋的斷口，不能輕易判斷）。 膇薄襖蝕節(jié)莁蚄肅羋蒀薃肇莄靜載斷裂的斷口，通常由纖維區(qū)放射區(qū)剪切唇三要素組成。裂紋源一般在纖維部分。根據(jù)三要素在斷口上所占比例，可粗略評價材料的性能，例纖維區(qū)較大，材料韌性好，反之，放射區(qū)增加，則脆性增大。對斷口表面光澤和顏色的觀察，主要是有無氧化色、腐蝕痕跡，夾雜物的特殊色彩等。例如：斷口上有明顯深黃和藍色兩種，據(jù)此可判斷深黃色是先裂的，藍色是后裂的，并依據(jù)兩者距離可大致判斷裂紋發(fā)展速度快慢。水淬時破斷，由于粘附水往

20、往產(chǎn)生紅銹；油淬時由于油滲入，斷口一般具有光澤；若斷口發(fā)黑，則說明淬火加熱前已有裂縫（黑色產(chǎn)物為加熱時高溫氧化所致） 膆蚅袀芀芅薅袃羃蒄蒄螅罿芀斷口粗糙度表現(xiàn)有瓷狀、細粒狀、粗粒狀等，一般穿晶斷裂的斷口表面較光滑平整，沿晶斷裂則表面粗糙凹凸不平。 袇艿芀螈袆羈薅蚄裊肁莈薀襖斷口上的冶金缺陷，如夾雜、分層、白點、晶粒粗大、白斑、疏松、氣孔等，經(jīng)宏觀觀察都可發(fā)現(xiàn)。宏觀觀察很難獲得斷口細微結構資料，它僅僅是一種最初步、最基本方法，單靠它來判斷是不全面、不可靠的，且需要豐富的實踐經(jīng)驗。 荿莆螄肄莂蒂羃羃芄蒈蝿膅芇§2-3 斷口的光學顯微鏡分析 蒈蒄薁肆芁莀薀腿肅蚈薀袈艿 荿芁蚈肁膁薀螈螀羄蒆

21、螇袃膀用光鏡觀察斷口的方法有： 1、直接觀察法斷口樣品大小與金相試樣相近。由于景深小，放大倍數(shù)有限，一般 50X，只能觀察較平坦的解理斷口和疲勞斷口，對粗糙不平的斷口，不能同時聚焦，圖像不清晰，當移動樣品時還容易損壞物鏡。但現(xiàn)在有激光掃描光學顯微鏡，可以在大的放大倍數(shù)下觀察到大景深的圖像（成本比掃描電鏡低，但比普通光鏡有更大的景深）。 2、間接觀察法（復型金相法）用復型把粗糙不平的斷口形貌展平，從而有效地利用了光鏡的分辨率。此法不受零件大小、觀察部位以及斷面凹凸不平的限制，對大件由于很難在其上截以小的斷口樣品，用此法很方便。復型方法：將厚 0.1mm的醋酸纖維薄膜（俗稱塑料紙）用丙酮軟化，溶解

22、成膠狀，貼在斷口表面上，用手指或橡皮從中心向邊緣逐漸壓緊，經(jīng)燈光或自然干燥后，揭下醋酸纖維薄膜，置于真空噴鍍儀上噴鍍一層 100Å左右的鋁或鉻層（也可以是碳或金層）。噴鍍層的反射能力強，大大提高了成像亮度及反差，光鏡下觀察時最好采用傾斜反射光和透射光。 3鍍鎳法先在斷口表面鍍一層鎳，以完整地保存斷口的形貌特征，然后在垂直于斷口的方向制成金相磨面，在光鏡上觀察。用此法一般觀察裂紋（即斷口表面）走向與晶界的關系，分析裂紋是沿晶界發(fā)展還是穿晶的，以及裂紋處的夾雜物的情況。鍍鎳劑：硫酸鎳NiSO4·7H2O 35g+次亞磷酸鈉Na2H2PO4 20g+醋酸鈉C2H3O2Na

23、3;3H2O 20g+檸檬酸鈉C6H5O7Na3·2H2O 14 15g+硫酸鎂MgSO4·7H2O 15g+水 1000ml。藥品按順序溶解，溶液加熱到 9095，放入試樣 3小時，鍍層厚達0.01mm。為了研究與斷口形貌相對應的材料金相組織之間的關系，需在斷口上直接顯示金相組織形態(tài)，一般采用輕微腐蝕的方法，使斷口顯示金相組織，這樣在斷口上既能看到形貌，又能觀察到金相組織的形態(tài)。 §2-4 斷口的電子顯微鏡分析電鏡的物理基礎： 1高速運動的電子具有波動特征，其波長隨運動速度而定；在目前一般電鏡使用范圍內，其波長為 0.05Å左右。 2高速運動的電子流成

24、電子束，可用電或磁場組成的電子透鏡使之聚焦。聚焦后的電子束射到試樣上時，被散射、反射和吸收，從而形成有一定襯度的像。當電子透過晶體薄膜時將產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，利用衍射成像的原理和技術，可得到相當于光鏡的暗場象。 肆膄蠆袃羂膃莈蚆袈膂蒁袁膇電鏡的最大（優(yōu)點）特點：是分辨率高，放大倍數(shù)大；另外，電鏡的景深長（在景深范圍內各部位均可清晰成像）這對分析斷口十分有利；電鏡還可進行選區(qū)電子衍射，把對合金相的形貌觀察和晶體結構分析結合起來，便于監(jiān)定物相；同時，電鏡還可直接觀察晶體的缺陷（層錯、位錯等），以及某些材料中的沉淀過程，這是其他儀器不能代替的。例如：觀察斷口表面微區(qū)特有的浮雕，根據(jù)斷口花樣（韌窩、河流、條

25、帶等），斷裂時裂紋擴展途徑（穿晶、沿晶或混晶）、相監(jiān)定和超顯微結構及缺陷，監(jiān)別斷裂微觀形態(tài)類屬及材質情況，結合其他分析數(shù)據(jù)分析破斷原因。 芅蝕羆莁蕆螞肂肇莇蚅螅芆蠆目前，電鏡斷口金相的研究正從斷口的定性分析向定量分析方向發(fā)展?。P于電鏡斷口花樣定性解釋標準圖片已較完全，為斷口微觀分析提供方便）。但對電鏡也應一分為二，就其應用上卻存在一定局限性，常用透射式電鏡只能對極薄樣品進行觀察，觀察區(qū)域極小，獲得的金相圖像，代表性不及光鏡所獲得的廣泛。試樣制備麻煩，某些情況下甚至不能制備出合格的樣品或復型。此外，電鏡及其附屬設備的費用較高，觀察一個樣品花費的時間也較多。電鏡以透鏡的類型不同，分為靜電式和電磁

26、式兩種，目前世界上大多是電磁式，靜電式由于分辨率不高，應用較少。按電鏡的工作原理及特性，基本上可分為透射式、掃描、反射和發(fā)射四種，應用最廣為透射電鏡和掃描電鏡。 §2-4-1 透射電鏡在斷口研究中的應用（TEM）斷口的宏觀形貌和微觀形態(tài)猶如森林與樹木，只有同時進行才能既見樹木又見森林。光鏡的分辨率只有 2500Å左右，放大倍數(shù)低于 2000倍，焦深約為 2微米。而透射電鏡的最大特點是分辨率高，小于 5Å，放大倍16數(shù)可達 30萬倍，景深為光鏡的數(shù)百倍（數(shù)百微米），特別是用透射電鏡的選區(qū)電子衍射技術還可對斷口表面上夾雜物或析出相做物相結構分析。目前用透射電鏡在定量方

27、面開展研究工作較多的有以下幾方面：研究斷口形態(tài)和斷裂韌性值之間的關系； 蒆裊羂蕆螞螁羈膇蒄蚇肀艿蝕 袈膃蝕薀肅腿蠆螂羆蒈蠆襖膂研究疲勞斷口形態(tài)與裂紋擴展速度之間的關系；研究疲勞條紋間距與斷裂韌性值之間的關系等。用透射電鏡觀察斷口復型可不受斷裂件尺寸大小的限制，對大件很難取樣，或有時希望保留實物，這時復型（印膜法），特別是二次復型技術有很大好處，它既可以進行斷口觀察，又不破壞試樣。一、透射電鏡在斷口研究中的應用之一：形貌觀察在透射電鏡中，用以成像的電子波，受電子束穿透本領的限制，不能穿透大塊金屬試樣，故不能直接觀察斷口，必須將斷口表面制成電子波能穿透的表面復型（很薄的片）。為防止出現(xiàn)“假象”，制

28、復型前對斷口表面加以清洗，排除其他臟物。制取斷口復型的方法主要有兩種： 1、一次復型：又稱直接復型，（萃取復型）。其方法又可分類一次塑料復型和一次碳復型。一次塑料復型：（前面的復型金相法）先在斷口上滴幾滴醋酸甲酯溶液，并使其在斷口上均勻分布，然后根據(jù)斷口表面凹凸程度不同，選用不同厚度 AC紙（醋酸纖維素塑料薄膜），貼敷在斷口表面上為使塑料薄膜與斷口表面完全貼合，可用手指或橡皮泥輕壓在塑料薄膜上，排除汽泡，這時可將貼有 AC紙的試樣，在電燈下烘干，揭下，以備檢視。這種方法一般可萃取斷口上氧化物或腐蝕產(chǎn)物或第二相。一次塑料復型方法常用于光學顯微鏡斷口分析。若在復型讓噴鍍碳時，也可供掃描電鏡或電子探

29、針斷口分析用。一次碳復型：將清洗好的斷口放入真空噴涂儀中，真空度達 10-4托時，就可進行真空蒸發(fā)金屬鉻和碳。為了增加成像的襯度，常使用重金屬鉻、金、鉑等進行投影。金屬鉻要傾斜噴涂，以達投影目的。一般控制角度在 3045°之間為宜。碳為垂直斷口蒸發(fā)，碳源與斷口相距 100mm為好。這時在斷口上形成一層C-Cr復膜。接著采用電解腐蝕的原理，使斷口試樣表面發(fā)生腐蝕，這樣可使C-Cr薄膜從斷口試樣上分離下來。再將分離下來的C-Cr薄膜，經(jīng)過幾次清洗之后，便可用3的銅網(wǎng)撈起，準備電鏡檢驗。一次碳復型的分辨率可達 2050Å，也很少產(chǎn)生假象。但在分離 C-Cr復膜時，斷口表面受到嚴重

30、腐蝕損傷，故只能做一次試驗。二次復型不破壞斷口表面，分辨率也可達 100150Å，因此在斷裂分析中應用較為廣泛。 羈肈芃螞蚈羇芅螈袆艿膈螄肅2、二次復型：所謂二次復型就是做兩次復膜，第一次是塑料復型即是中間復型；第二次是C-Cr復膜。第一次的塑料復型為負型，而第二次C-Cr復膜為正型。具體方法是：斷口清洗干凈后做一次塑料復型，當塑料復型完全干透時，揭下，用膠帶紙將它固定在載物片上，且型面朝上，在塑料復型基礎上再做第二復型即C-Cr復型，這樣就可以得到塑料碳鉻復合復型，并把它剪成 1×2mm2小矩形。將剪好的復合復膜，浸泡在丙酮溶液內 1小時左右，使塑料復膜完全溶解，再經(jīng)清洗

31、后，撈起待用。二、透射電鏡在斷口研究中應用之二：物相分析鋼中或多或少有一些金屬夾雜物或析出相存在，它們在受外力作用下，由于和基體間性能上的差異，一般常在界面處產(chǎn)生很大應變，隨之形成微裂紋。材料斷裂后，它們還保留在斷口表面上，這些夾雜物或析出相可利用萃取復型法萃取到斷口復型上，在用透射電鏡觀察斷口形貌的同時，可利用選區(qū)電子衍射技術對它們進行物相監(jiān)定，確定出其晶體結構。萃取復型是靠腐蝕劑對基體的浸蝕作用，使嵌入復型的析出相與基體分開。一次復型或二次復型均可做萃取復型。電子衍射的基本原理：不同的物質具有不同的晶體結構，在電子束照射下產(chǎn)生各自特有的衍射花樣（對多晶體，衍射花樣為一些同心圓環(huán)；對單晶體，

32、則為按一定規(guī)律排列的斑點）衍射花樣是參加衍射物質的晶體結構的特征，因此根據(jù)衍射花樣可定出參加衍射物質的晶體結構。 膇蟻羈袀葿薄薁聿羋薇蚇膈膈三、透射電鏡研究斷口的優(yōu)、缺點： 節(jié)莃螁衿羈膆蚇羈肄莁薃羇膆1優(yōu)點：分辨率高（5Å）適于研究斷口表面形態(tài)的細節(jié)。 袀膅腿薁肅肁膈蚄袈羇羋螆蟻可在觀察形態(tài)的同時，對萃取相進行物相結構分析，判斷它們在斷裂過程中的作用。利用二次復型觀察斷口表面形態(tài)時，可不損害斷件實物。 荿羋螂袈莈蒁蚅膇莇薃袀肅莆高倍照片質量高，反差好。 2缺點：需制取復型，手續(xù)較繁，且易產(chǎn)生假象。不能做低倍觀察，難以選擇興趣區(qū)。 薃羀罿蒃葿罿肁芅螇羈膄蒁蚃樣品面積小，一般只有幾平方毫

33、米，且其中為支持網(wǎng)擋住很大一部分，因此工作效率低。低倍下其景深沒有掃描電鏡大，圖象畸變大，立體感沒有掃描電鏡好。從發(fā)展看，利用掃描電鏡研究斷裂問題及分析故障將越來越多。為深入研究斷口細節(jié)，最好兩種并用。 肈肆莁螈螈芁芇蒞袀肄膃莄羂§2-4-2 掃描電鏡在斷口研究中的應用（SEM）掃描電鏡是利用高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種信號，經(jīng)過接收、放大和顯示成像，以便對試樣進行分析。它主要包括電子光學系統(tǒng)；掃描系統(tǒng)；信號接收、放大；顯示系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等四部分。掃描電鏡中各種信號的功能及圖像分辨率信號種類功能空間分辨率二次電子形貌觀察 薃袀芄莁羈羅莃蚃羈肁腿蒂襖信號種類功能空間分辨率二次電子

34、形貌觀察100Å電壓1000Å磁場和電場1背散射電子成分分析1000Å晶體學研究5陰極發(fā)光光子成分分析1000Å試樣電流感生電導率1000Å吸收試樣電流形貌觀察1X 射線光子成分分析1俄歇電子成分分析1透射電子晶體學研究10100Å掃描電鏡與其他方式顯微鏡比較具有以下特點： 能直接觀察大尺寸試樣的原始表面，80×50mm，粗糙表面也能觀察，形狀沒限制。 試樣在樣品室內可動自由度非常大，六個：三度平移旋轉工作距離15mm（其它顯微鏡只有 23mm），景深大（比透射電鏡大 10倍），這對觀察不規(guī)則形狀試樣各個區(qū)域細節(jié)帶來很大方便

35、。 觀察試樣的視場大，能同時觀察試樣的視場范圍 蒂袃膈節(jié)薅肈膄節(jié)螇羈肀芁衿F=L/M， L顯像管熒光屏尺寸；M放大倍數(shù)。 例如：對 100mm熒光屏尺寸的顯象管，在 20倍時，可觀察試樣視場范圍達5mm。尺寸更大時， F也更大。 景深大，圖象富有立體感。 蒀蒁蝕肁蒆蒀袃袃莂蒀羅腿羋放大倍數(shù) 1020.000×連續(xù)可調，不用重新對焦。 膀薇葿羈膃薃薈袈膆芆螇螇肈電子照射對試樣損傷和污染程度很少，且能動態(tài)觀察，安裝加熱、冷卻、彎曲拉伸等附件，觀察相變，破斷等動態(tài)變化過程。 在觀察形貌的同時，能進行微區(qū)成分分析和晶體學分析。 薇蚅肈葿螞襖羇莂蚈蝕腿莄螄一、掃描電鏡在斷口研究中的應用之一斷口

36、表面形態(tài)（貌）分析由于景深很大，即使斷口表面相當粗糙，甚至有較深的二次裂紋，也能顯出共內部細節(jié)特征，而且具有無影照明特征，像的失真度小。由于表面凹凸不平，各處所產(chǎn)生和被探測的二次電子數(shù)量不同， B直接暴露在探頭面前，幾乎可全部收集，為亮區(qū)； D二次電子被阻，收集較少，為暗區(qū)；I電子束掃描不到用掃描電鏡可在低倍下找到所關心的區(qū)域，然后逐步放大，觀察其細節(jié)，對判斷斷裂性質和發(fā)生事故的原因特別適合。如：是脆性還是韌性斷裂；是一次瞬時斷裂還是重復破壞疲勞斷裂；是穿晶還是沿晶斷裂；斷口上有無析出物或腐蝕產(chǎn)物等。對一般較簡單斷裂事故，直接可做出正確結論。對較復雜斷裂，還要借助其他手段。（X射線能譜分析和電

37、子衍射分析等）。掃描電鏡觀察斷口不需要復型，克服了復型技術中的很多限制，如：從粗糙斷口上剝型困難，觀察復型時，支持網(wǎng)擋住相當一部分復型。制取復型過程中可能引入的假象以及低倍觀察的困難等。二、掃描電鏡在斷口研究中的應用之二斷口表面的成分分析 蚆螆莇羋蠆袂肅薀蟻羈節(jié)荿薄用來進行微區(qū)成分分析的信號有：俄歇電子（俄歇電子能譜分析法） X射線（X射線光譜分析法和 X射線能譜分析法）和背散射電子（背散射電子的成分襯度效應分析法）。這些信號的能量和強度均與物質的原子序數(shù)有關。例如：對不同元素都有不同特征 X射線譜和特征俄歇電子能譜；另外，對不同的相成分區(qū)域，由于背散射電子系數(shù)不同，產(chǎn)生相應成分的“襯度效應”

38、。對上述量進行測量分析，可確定合金元素含量或相成分。（受表面粗糙度影響，只能獲得半定量數(shù)據(jù)，一般分析儀能探測到含量下限為 0.1%左右）。 螁袀膁芇薄袆膀葿衿螂腿薁螞三、掃描電鏡在斷口研究中的應用之三立體分析技術 羈莂葿蚄肅聿莈薆腿芇薀蕿膅掃描電鏡因景深大，得到真實的三維圖象，使斷口形態(tài)的立體分析較容易，所謂立體分析技術，是在試樣上同一區(qū)域拍攝“立體對”照片，（從不同角度拍攝兩張同一視野的照片），從“立體對”照片上確定立體高度或兩不平表面間二面角。當利用斷口的微觀形貌分析位錯亞結構、斷裂表面能、應力腐蝕斷裂的特征角以及斷裂力學中張開位移量時，這種測量技術顯得十分重要了。 螂螅罿薁螂羇膅蕆螁肀肇

39、莃螀§2-5 其它測試技術的應用 §2-5-1 無損探傷法無損探傷法：應用物理現(xiàn)象，在不改變材料或零件形狀、性能的條件下，迅速而可靠地確定其表面或內部裂紋和其它缺陷的大小、數(shù)量和位置的方法。根據(jù)物理原理大致可分為：放射線探傷；電磁探傷；聲試驗法探傷；滲透法探傷；熱試驗法探傷五類。無損探傷在斷口分析中應用是發(fā)現(xiàn)裂紋及其在破斷件上分布情況，尤其在確定斷口試樣切取位置上有很大用途。 §2-5-2 X射線結構分析 莆葿蚃膅莆薁衿肁蒅蚄蟻羇蒄 蒈羆肄膆芀袂肅艿薆螈肂莁荿X光技術一般包括三部分內容： 螆芀薇袁羈膃薃蚈袇膆芆螇膀X射線探傷（透視）； X射線光譜學（包括熒光 X射

40、線光譜分析和微區(qū)X射線光譜分析，即電子探針）； X射線晶體結構分析。 聿蕿螞袆莈蕿螄肂芄蚈袇襖膀X射線結構分析就是研究晶體和原子、離子、分子的有規(guī)則的周期性排列及其破壞情況。可根據(jù) X射線衍射圖像判斷斷裂性質；定量測定斷口表面塑性變形量，估計疲勞裂紋擴展速率等。但 X射線衍射圖像不像顯微鏡那樣直觀，要進行適當變換，才得出晶體結構的數(shù)據(jù)。 螁芇艿薅羀肆芁蟻聿莈芄螆裊§2-5-3 電子探針 X射線顯微分析簡稱“電子探針”（X射線顯微分析儀，微區(qū) X射線光譜分析儀，電子探針 ，X射線分析儀等）。可分析體積為數(shù)立方微米內元素的成分，除氫、氦、鋰等個別元素外，都能進行定量分析。其特點是：不必把

41、分析對象從基體中取出，而直接對大塊試樣的微小區(qū)域進行分析。電子探針的基本原理：利用經(jīng)過加速聚焦的電子束（ 0.11）激發(fā)試樣，從試樣發(fā)出的“標識 X射線”，對不同元素有不同波長，通過 X射線譜儀，測定“標識 X射線”的波長和強度，從而達到對微區(qū)作定性或定量分析的目的。在斷口分析中，電子探針主要用于確定合金中析出相和夾雜物的成分，研究元素分布和顯微不均勻性。解釋氧化腐蝕的機制和測定薄膜的厚度等。但電子探針只能探測原子序數(shù)5-92之間各元素（B硼至 U鈾）。對痕量也無法分析。 袂袈肅蒁蚅螄肅薃袀肅肄芃蚃§2-5-4 離子探針分析離子探針質量分析儀，它較電子探針具有以下優(yōu)點： 蚃罿蒆蒞衿羅

42、肂薇螁袁肁蝕羇可做全元素分析且靈敏度不受原子序數(shù)影響?？勺錾疃确治??？勺鐾凰胤治觥Ｌ綔y靈敏度較電子探針高幾個數(shù)量級。圖象曝光時間短。 蒁蚃腿芀薇袁肈膃薃蚈袇膆蚈可做極薄層表層成分分析。但離子探針對樣品有破壞性，真空度要求要比電子探針高，尤其在定量分析上不成熟。離子探針的基本原理：真空室中的樣品當被加上一個高于蒸發(fā)場強的脈沖高壓時，該樣品中原子被蒸發(fā)、電離，穿過觀察室小孔到達離子飛行管道終端，而被高靈敏度的離子檢測器所檢測。根據(jù) t=S/V=S/ t:測得飛行時間；s:樣品到檢測器距離（通常 1-2米）；n:離子價數(shù)；U:脈沖高壓； 艿膀葿袀膅腿薁螞肁腿蚄袈羇可計算離子質量 M，從而達到原子分

43、辨水平的化學成分分析目的。 薅螀膀膅蒞蚃膆莄蚇蚅衿肀薆第三章斷口的宏觀分析 §3-1 靜載荷下的斷口宏觀形貌 蒈螃羀薇薄羂節(jié)蒀薀螈肁蒂蚆實際零件因靜載荷而破斷的情況不多，但對靜載荷破斷面的研究有助于了解材料斷裂最基本特征。 衿肁蒅蚄肄莀蒄螆袇芆蒃羈肂§3-1-1 光滑圓試樣的拉伸斷口。斷口三要素：纖維區(qū)；放射區(qū)；剪切唇。杯錐狀斷口。 一、纖維區(qū)（F）：粗糙纖維狀，細小凹凸，屬“正斷型斷裂”一般位于斷口中央。在三向應力作用下，晶界、第二相粒子或夾雜物、破裂而形成顯微空洞，長大，連接，鋸齒狀形貌。 蝿肆肈薇螂膁膇蒆螅裊莆芆蚇 肇膇螈蠆肀芃蒅羈肂荿蚃螀羅二、放射區(qū)（ R）：放射花

44、樣；每根放射花樣稱放射元。放射方向與裂紋擴展方向平行，并逆指向裂源。根據(jù)放射花樣形態(tài)可分為“放射纖維”和“放射剪切”兩種。 1“放射纖維”的放射元，呈纖維狀，一般總是很直的，無論裂紋源是否位于斷口中央，或放射花樣是否粗大，都不會使放射纖維彎曲。 2“放射剪切”的放射元，是一種典型的剪切脊，若沿放射元的垂直方向作縱截面，形狀如。每一條放射剪切元的頂峰有縱向隙裂，通常隙裂面上夾雜物和缺陷很多。此外，其放射元并不總是直的。三、剪切唇：光滑圓形拉伸試樣的剪切唇是與拉應力方向呈 45°傾斜的斷口，在表面附近在平面應力條件下斷裂的。斷裂前，材料塑性變形量很大，屬于韌性斷裂區(qū)。根據(jù)剪切唇在斷口上所

45、占位置和大小可分二種情況： 斷口上只有纖維區(qū)和剪切唇二個區(qū)域，這時剪切唇在斷面上所占比例較大，甚至可達徑向長度的 1/2。裂紋從試樣中心的纖維區(qū)向外擴展時，裂紋外側面整個區(qū)域都有很大的塑性變形，而剪切唇就在該塑性區(qū)內形成（這種情況屬于材料塑性較好，變形的約束較?。嗫谏贤瑫r有三個區(qū)，剪切唇所占比例小。因裂紋在放射區(qū)中快速擴展時，塑性變形限制在裂紋前端很小區(qū)域內，只有當此塑性變形區(qū)隨裂紋擴展到表面時才形成剪切唇。組成斷口的三要素，對分析斷口形式，斷裂方式和性質是非常重要的。根據(jù)三個區(qū)域所占比例，可粗略評價材料的性能。例如：纖維區(qū)較大，材料的塑性較好；若放射區(qū)增加，則表示材料塑性降低，脆性增大。

46、三區(qū)比例除材料強度外，還取決于： 肇膈薇螄螇莄蒃螃衿膆荿螂羈試驗溫度：如溫度降低，中央纖維區(qū)和剪切唇減少，放射區(qū)增大。引起所謂的“低溫脆性”。試樣尺寸對三區(qū)比例影響見圖。加載速度。它增加會使放射區(qū)增大，纖維區(qū)、剪切唇區(qū)減少。（同實驗溫度相似） §3-1-2 帶缺口圓試樣的拉伸斷口由于缺口處應力集中，裂紋直接在缺口或缺口附近產(chǎn)生，所以纖維區(qū)不再在斷口中央，而沿圓周分布，即裂紋源的位置在試樣周圍，裂紋擴展方向由外向內，若裂紋以對稱方式擴展則如示意圖。若缺口試樣的裂紋以不對稱方式由缺口向內部擴展時，斷口形態(tài)較復雜，初始階段可能是纖維狀的；第二階段可能是放射狀的。這兩階段交截，它便停止發(fā)展。

47、§3-1-3 矩形試樣的斷口 肀膁薀螈螀羄蒆螇羂膀蒂螆肅 薅袃芄膇薄羆肇蒅蚃蚅衿莁螞矩形試樣的研究，對板材（如船體、儲油罐）的破壞分析有幫助。一、無缺口矩形拉伸試樣的斷口，與圓試樣類似，也有三個區(qū)域。但由于幾何形狀不同，每個區(qū)域的特征均稍有改變。正方形試樣，當裂紋源位于正中，與試樣表面相對稱時，其纖維區(qū)呈圓形。但矩形扁平試樣的中央纖維區(qū)呈橢圓形。放射區(qū)出現(xiàn)“人字紋”花樣。人字紋的尖端指向裂源。靠近表面的區(qū)域也是剪切唇（最后破壞區(qū)，平面應力狀態(tài)）試樣厚度對斷口形貌有很大影響，厚度減薄時，剪切唇所占面積增大，放射縮小。對薄板試樣，斷口是全剪切的，這就是在平面應力條件下造成的切斷型斷口。二

48、、缺口矩形拉伸試樣缺口有開在一側的單邊缺口，也有開在厚度方向，在表面（中央）穿透或不穿透的缺口。由于裂紋源一般位于缺口處，所以三區(qū)相對位置也發(fā)生相應改變。影響三區(qū)相對比例的因素，主要有：材料性質、板厚和溫度材料越脆，板厚越大，溫度越低，纖維區(qū)和剪切唇越小，放射區(qū)越大。反之則相反。實際板材斷口上人字紋并不是直線狀，而是彎曲的，尤其在接近表面處彎曲更明顯，使裂紋到達外表面最短。人字紋是一系列從板的中心向外發(fā)射的撕裂棱線所組成。 莇袁膇蒂蠆袃芃羋薈螆袆蕆螀 肅蒆袇肀節(jié)芅螀肆蒁薇螂膂膇§3-2 沖擊斷口的宏觀形貌沖擊試樣一側開有 U或 V型缺口，承受錘擊。一般說，沖擊斷口中也出現(xiàn)三個區(qū)域：首

49、先在缺口附近形成裂紋源，然后是纖維區(qū)，放射區(qū)和剪切唇。剪切唇沿無切口的其他三側邊分布。纖維區(qū)同放射區(qū)或剪切唇相連接的邊界常呈弧形。沖擊斷口另一特征是：在擺錘沖擊下，缺口一側承受張應力，不開缺口的另一側承受壓應力，在整個斷面上受力方向不同，所以當受張應力的放射區(qū)進入受壓區(qū)時，可能消失而重新出現(xiàn)纖維區(qū)。斷口上二次出現(xiàn)纖維區(qū)的主要原因是當裂紋進入壓應力區(qū)時，壓縮變形對裂紋擴展起阻滯作用，使裂紋由快速失穩(wěn)擴展轉入緩慢擴展。如材料的塑性足夠好，則放射區(qū)完全消失，整個截面上只有纖維區(qū)和剪切唇兩個區(qū)域。溫度對沖擊斷口各區(qū)所占面積的影響。試驗溫度降低，纖維區(qū)面積陡然下降，而放射區(qū)面積脆性陡增，材料由韌性轉變?yōu)?/p>

50、脆性，這個變化區(qū)的溫度稱脆性轉化溫度。 螇罿蒅薆袃膈莄葿衿莆薆蒂羄§3-3 晶間斷裂和解理斷裂的斷口宏觀特征 艿薃袂衿膅螞薁肅肁羋蚄袈羇一般說來，晶間（沿晶）斷裂與解理斷裂都是脆性斷裂。所以隨著晶間斷裂與解理斷裂的發(fā)展，放射區(qū)擴大，纖維區(qū)縮小。放射區(qū)中的放射花樣也變得很細。純晶間或純解理斷裂的斷口上不存在纖維區(qū)和剪切唇區(qū)。放射區(qū)將出現(xiàn)與放射花樣不同的特征。晶間斷裂的一個明顯實例是晶界處存在第二相（圖照片）如不銹鋼中的M23C6沿晶界折出，常引起晶界脆斷。某些合金鋼中的P、Sn（錫）、As（砷）、Sb（銻）等元素沿晶界偏析時，使 A晶界發(fā)生分離，導致回火脆性，引起晶間斷裂（此時晶界上無

51、第二相）。再例如一些具有極粗大晶粒的材料，其晶間斷裂的宏觀斷口呈“冰糖狀”（或“石塊狀”）特征。若晶粒很細小，則肉眼無法分辨出“冰糖狀”形貌，此時，斷口一般呈結晶狀，顏色較纖維斷口明亮，但比解理的結晶狀解理斷口要灰暗些，因為它沒有反光能力很強的小平面。一般說斷口也較粗糙。高溫蠕變斷裂的斷口，也常是晶間斷裂，具有“冰糖狀”特征。（圖照片）對于純解理斷口，則斷口呈結晶狀，有許多強烈反光的小平面（或稱小刻面），但看不到放射花樣。（圖照片）解理斷口另一宏觀特征是具有“人字條紋”（人字形花樣）或稱山脊狀花樣，松枝狀花樣。人字條紋指向裂源，相反方向為裂紋擴展方向。其微觀形貌將在下一章“斷口的微觀分析”中介

52、紹。§3-4 應力腐蝕及氫脆斷口 應力腐蝕斷裂：它通常在很低的拉應力及腐蝕介質聯(lián)合作用下，沿某些冶金、焊接或結構的缺陷（包括尖角、內應力集中處）優(yōu)先腐蝕而造成裂紋核心，并隨著時間的延長，作緩慢的亞臨界擴展。經(jīng)過相當時間后，裂紋達到臨界尺寸，便突然脆斷。這種在靜載荷作用下，隨時間的延續(xù)而造成的斷裂，稱為延滯斷裂或靜載疲勞。應力腐蝕斷口的裂紋源及亞臨界擴展區(qū)因介質的腐蝕作用而呈黑色或灰黑色。突然脆斷區(qū)的斷口常有放射花樣或人字紋。因材料性質和介質條件的不同，一般認為應力腐蝕裂紋是不連續(xù)擴展的，裂紋擴展時消耗了能量，要進一步擴展必須再由電化學過程，即陽極極化過程，直到達到所需的能量時，再引起

53、裂紋的機械開裂。氫脆斷裂：由于陰極極化，電化學作用后產(chǎn)生游離態(tài)氫和新生態(tài)氫H，被吸附并擴散到鋼中，材料中含有含有過量的氫，在服役過程中，沿某些薄弱地區(qū)釋放，在該區(qū)造成很大的內應力，從而形成裂紋。然后在應力作用下瞬時脆性破斷。氫脆也是一種延滯斷列。（即在低于屈服強度的較低的拉應力作用下，經(jīng)一段時間后發(fā)生突然斷裂）。氫脆斷裂方式可能是穿晶的，也可能是沿晶的。氫的主要作用是其所產(chǎn)生的壓力（對附近材料產(chǎn)生拉應力）。一般認為：氫脆本身是不是一種獨立的斷裂機制，氫往往有助于某種斷裂機制（如解理、沿晶）的進行。氫脆往往在體心立方金屬中容易發(fā)生（如 Fe、Ti、Zr），鋼中含碳量增加時易產(chǎn)生氫脆。氫脆造成的裂

54、紋在斷口上往往是在灰色基體上顯現(xiàn)出銀白色的亮區(qū)。在大截面鍛件的斷口上可觀察到白點（放大檢查為細小裂縫，即發(fā)裂）。應力腐蝕斷口和氫脆斷口在金相磨片上有不同的特征，前者裂紋有很多分枝，后者卻很少分枝，幾乎是單方向的裂紋擴展。第四章斷口的微觀分析用電鏡分析和研究斷口的微觀形態(tài)，斷裂原因和斷裂機制之間的關系。通常采用透射電鏡和掃描電鏡。 膂薆螅螃肈薅蒅羈肄薅蚇袁莃4-1解理斷裂的斷口微觀特征 莃袆肅莇蝿羂膃芇螁肈羀蕿蚄解理斷裂是金屬在正應力作用下，由于原子間結合鍵的破壞而造成的穿晶斷裂。通常沿一定的嚴格的晶面解理面斷裂，有時也可沿滑移面或孿晶界解理斷裂。（解理面一般都是低指數(shù)面，因為低指數(shù)面一般表面能

55、低，理論斷裂強度最低）。所謂解理斷裂是斷裂過程的一種機理。一般說，它是脆性斷裂，但它并不是脆性斷裂的同義語。有時解理斷裂也可伴隨有很大的韌性。如圖表示溫度對單晶體斷裂過程的影響。解理應力曲線和屈服應力曲線相交于臨界溫度 Tc處，低于 Tc時，在滑移變形前晶體已解理斷裂是脆性的。但高于 Tc時，應力首先使晶體發(fā)生塑性變形，然后解理斷裂，故伴隨一定的塑性變形量。 羃襖膃蒃衿袃芅蝿螅袂莈薂蟻4-1-1 解理斷裂的電子金相一般特征 1解理臺階理論上說理想的解理時斷裂如果沿某一個解理面斷開，則其斷口的電子金相應在是一個理想的平坦晶面。但實際上，這種理想的完整晶面是得不到的。實際為多晶體，由于內部晶粒多，

56、而各晶粒取向不同，所以多晶體解理斷口是由很多取向略有差別的光滑小平面（刻面）組成，每一小平面代表一個晶粒。電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)這些小平面并不是一個單一的解理面，而是由一組平行解理面組成。兩個平行解理面之間相差一定高度，交接處成臺階。解理臺階形成的途徑主要有以下二個：（1）解理裂紋與螺型位錯相交截面形成臺階：設晶體內存在一個螺型位錯。當解理裂紋沿解理面擴展時，與螺位錯相交截，便產(chǎn)生了相當于高度為一個布氏矢量的解理臺階。若把解理裂紋簡化成簡單的刃型位錯（）AB，當其沿解理面擴展時，與垂直于解理面的螺位錯 CD相交割，便產(chǎn)生相當于一個柏氏矢量的割階，即形成臺階。設臺階的表面積為S，比表面能為S，則由于臺階的形成而增加的表面能為ES·S，為使形成臺階所增加的表面能最小，臺階S總力圖與AB垂直，因為此時S面積最小，所以臺階S的走向總是大致與裂紋擴展方向相一致。（因為裂紋擴展方向也總是與裂紋前端輪廓線相垂直）。當裂紋繼續(xù)向前擴展，與越來越多的位錯相交割，產(chǎn)生為數(shù)眾多的臺階。這些極小臺階傾向于匯合起來，如果是異號螺型