典型斷口顯微分析

1、實驗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稱。由于斷口真實地記錄了裂紋由萌生、擴展直至失穩(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、斷裂化學和斷裂物理等諸多內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，對斷口進行定性和定量分析，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。斷口金相學不僅能在設備失效后進行診斷分析，還可為新產(chǎn)品、新裝備投入使用進行預研預測。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)。實踐證明，沒有斷口、裂紋及損傷缺陷分析的正確診斷結(jié)果，是無法提出失效分析的準確結(jié)論的。采用掃描電鏡可對金屬斷裂典型斷口形貌進行觀察

2、，還可對其微區(qū)成分進行分析。本實驗具體內(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 .實驗目的(1)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。.實驗裝置及材料(1)掃描電子顯微鏡(JSM-6390A型)一臺；(2)超聲清洗儀一臺；(3)斷口試樣若干；(4)放大鏡一只；(5)吹風機一只；(6)無水酒精若干。.實驗原理金屬材料典型斷口特征：(1)斷口宏觀形貌特征在實際失效分析中，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

3、分類，則分為解理斷裂、準解理斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂、沿晶斷裂等。對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)為三個特征區(qū)，即纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)。這三個特征區(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顆口特亞i"西耨國"ttflWi沏tl魄4灑裂物口一口一性偃里厘轉(zhuǎn)色郴較就的空M此岸AC白亮色展位他嗝招溶厚代主M綠彈白鼻也事羋也斷而郎粒度較先看押料褫巾軾排幅較尤常放嵋一狼丸.也身里僧中有時含出現(xiàn)X期“案眠學K困H歸”1叱以人字0-ftH-性多甑或一弧由殘無尤.比翼

4、M曬仲型弧線fl在軻蝌丸應力安T化暄火博大V與王齒力的的嗎物外雨一祓打堪逆華小忖幗如匕Jt片由近H'lr#滿00(2)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，同時存在解理、疲勞和韌窩，或疲勞和韌窩共存，韌窩和準解理共存等。斷口的不同區(qū)域顯示不同類型的微觀形貌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、長大、聚集直至最后相互連接而導致斷裂后在

5、斷口表面上所留下的痕跡。由于其它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，是在正應力作用下，金屬沿滑移面滑移分離的主要微觀特征。解理特征金屬在正應力作用下，由于原子結(jié)合鍵破壞而造成的沿一定晶體學平面（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

6、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，在太陽光下轉(zhuǎn)動時可觀察到反光的小刻面，屬于脆性斷裂。嚴格意義上說，解理斷裂面上是沒有任何解理特征花樣的，但在實際材料中，由于各種因素的作用，解理面局部均會發(fā)生微觀的塑性變形，從而形成解理臺階、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。圖13-9典型解理斷裂斷口特征形貌準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

7、花樣、舌狀花樣及韌窩與撕裂棱等，如圖13-10所示。圖13-10準解理斷裂微觀形貌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。可分為沿晶韌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斷裂是應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)定擴展和失穩(wěn)擴展三個階段。疲勞條帶是疲勞裂紋擴展第二階段的最重要的顯微特征，也是疲

8、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展第二階段常見的微觀形貌特征。圖13-13是典型的疲勞條帶形貌。圖13-13典型疲勞條帶斷口表面的成分分析斷口表面的成分定量分析是指對斷口表面的平均化學成分、微區(qū)成分、元素的面分布及線分布、元素沿深度的變化、夾雜物以及其他缺陷的化學元素比等參數(shù)進行分析和表征。.實驗內(nèi)容及步驟(1)樣品制備對斷口上附著的腐蝕介質(zhì)或污染物進行適當清理，注意盡量不使斷口產(chǎn)生二次損傷；當失效件體積太大時需分解或切割。切割時，

9、應先對斷口進行宏觀分析，確定首斷部位，然后進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起來；切割時，盡量使用鋸、切等不會產(chǎn)生高溫的機械方法，以確保重點分析部位不會因高溫而產(chǎn)生二次損傷。(2)斷口形貌觀察斷口宏觀分析在放大鏡和掃描電鏡小于40倍的條件下對Di、D、D3斷口進行觀察，觀察內(nèi)容見表13-2。填寫表13-2;綜合表13-3數(shù)據(jù)，確定斷口斷裂的類型。表13-2所觀察金屬斷口的宏觀形貌特征樣品代號樣品材料斷裂方式塑變區(qū)比例色澤表面粗糙程度弧形線剪切唇放射線斷裂類型D122Cr沖擊D222Cr沖擊D3X70疲勞斷口微觀分析利用二次電子信息對斷口形貌進行觀察，觀察內(nèi)容見表13-3、表13-4。填寫表13-3、表13-4。表13-3所觀察金屬斷口的微觀形貌特征樣品代號樣品材料斷裂方式解理準解理韌窩滑移斷裂類型D122Cr沖擊D222Cr沖擊表13-4所觀察金屬斷口的微觀