斷裂失效分析課件

1、失效分析培訓(xùn)陶春虎中國航空工業(yè)集團(tuán)公司失效分析中心北京市81信箱4分箱，100095引 言 在機(jī)電裝備的各類失效分析中以斷裂失效最主要，危害最大。因此，國內(nèi)外對斷裂失效進(jìn)行了大量的分析研究。斷裂失效分析是從裂紋和斷口的宏觀、微觀特征入手，研究斷裂過程和形貌特征與材料性能、顯微組織、零件受力狀態(tài)及環(huán)境條件之間的關(guān)系，從而揭示斷裂失效的原因和規(guī)律。 環(huán)境介質(zhì)作用下的失效是相當(dāng)廣泛的概念?！碍h(huán)境”是指機(jī)電產(chǎn)品工作現(xiàn)場的氣氛、介質(zhì)和溫度等外界條件。金屬構(gòu)件或整個機(jī)械產(chǎn)品的環(huán)境失效的主要模式是我們常講的腐蝕，當(dāng)然包括“環(huán)境”與應(yīng)力共同作用下的破壞如應(yīng)力腐蝕、氫脆、腐蝕疲勞及液態(tài)金屬致脆等。 斷口的定量分

2、析主要指對斷口表面的成分、結(jié)構(gòu)和形貌特征等方面進(jìn)行定量參數(shù)的測試、描述和表征。通過對疲勞斷口定量分析可得出構(gòu)件在實(shí)際工作中的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，從而能合理地對零部件進(jìn)行疲勞壽命估算、可確定構(gòu)件形成裂紋的時間、評價其制造質(zhì)量、估算疲勞應(yīng)力等。第一章 斷裂失效分析在機(jī)電裝備的各類失效中以斷裂失效最主要，危害最大。斷裂失效的分析與預(yù)防已發(fā)展為一門獨(dú)立的邊緣學(xué)科。目前對斷裂行為的研究有兩種不同的方法：一種是斷裂力學(xué)的方法，它是根據(jù)彈性力學(xué)及彈塑性理論，并考慮材料內(nèi)部存在有缺陷而建立起來的一種研究斷裂行為的方法。另一種是金屬物理的方法，從材料的顯微組織、微觀缺陷、甚至分子和原子的尺度上研究斷裂行為的方法。

3、而斷裂失效分析則是從斷口的宏觀、微觀特征入手，研究斷裂過程和形貌特征與材料性能、顯微組織、零件受力狀態(tài)及環(huán)境條件之間的關(guān)系，從而揭示斷裂失效的原因。它在斷裂力學(xué)方法和金屬物理方法之間架起聯(lián)系的橋梁。 斷裂可按具體的需要和分析研究的方便進(jìn)行分類。 按斷裂性質(zhì)分類 根據(jù)零件斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大小分為： a. 塑性斷裂，斷裂前發(fā)生較明顯的塑性變形。延伸率大于 5%的材料通常稱為塑性材料； b. 脆性斷裂，斷裂前幾乎不產(chǎn)生明顯的塑性變形。延伸率小于3%的材料通常稱為脆性材料； c. 塑性-脆性混合型斷裂，又稱為準(zhǔn)脆性斷裂。 2.斷裂分類 2.斷裂分類 按斷裂路徑分類 依斷裂路徑的走向可分為

4、穿晶斷裂和沿晶斷裂兩類。在實(shí)際斷裂失效斷口上，多數(shù)情況是既有沿晶斷裂，又有穿晶斷裂的混合型斷裂。2.斷裂分類 按斷裂方式分類 按斷面所受的外力類型的不同分為正斷、切斷及混合斷裂三種。按斷裂機(jī)制分類可分為解理、準(zhǔn)解理、韌窩、滑移分離、沿晶及疲勞等多種斷裂。2.斷裂分類 其它分類法按應(yīng)力狀態(tài)分類，可分為靜載斷裂（拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)）、動載斷裂（沖擊斷裂、疲勞斷裂）等。按斷裂環(huán)境分類，可分為低溫?cái)嗔?、中溫?cái)嗔?、高溫?cái)嗔?、腐蝕斷裂、氫脆及液態(tài)金屬致脆斷裂等。按斷裂所需能量分類，可分為高能、中能及低能斷裂等三類。按斷裂速度分類，可分為快速、慢速以及延遲斷裂三類。按斷裂形成過程分類, 可分為工藝性斷裂和服役

5、性斷裂。 在金屬光滑圓試樣室溫拉伸或沖擊斷口上，通?？煞譃槿齻€宏觀特征區(qū)，即如圖所示的纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)。這就是所謂的斷口宏觀特征三要素。 3.過載斷裂的宏觀斷口三要素 斷口三要素的應(yīng)用 案例:某型飛機(jī)起落架進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的過程中，試驗(yàn)耳片發(fā)生早期斷裂。 前起落架斷裂耳片有兩個斷面剪切唇、放射區(qū)的人字紋特征明顯。某飛機(jī)前起落架斷裂耳片主、次兩個斷口 工程材料的顯微結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，特定的顯微結(jié)構(gòu)在特定的外界條件下有特定的斷裂物理機(jī)制和微觀形貌特征。 1. 穿晶韌窩斷裂 韌窩是金屬延性斷裂的主要微觀特征。 韌窩又稱作迭波、孔坑、微孔、微坑等。 韌窩是材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微空洞，經(jīng)形

6、核、長大、聚集，最后相互連接而導(dǎo)致斷裂后，在斷口表面所留下的痕跡。 雖然韌窩是延性斷裂的微觀特征，但不能僅僅據(jù)此就作出斷裂屬延性斷裂的結(jié)論。 二、金屬斷裂的微觀機(jī)理與典型形貌 韌窩的形成 韌窩形成的機(jī)理比較復(fù)雜，大致可分為顯微空洞的形核、顯微空洞的長大和顯微空洞的聚集三個階段。二、金屬斷裂的微觀機(jī)理與典型形貌1. 穿晶韌窩斷裂某彈用發(fā)動機(jī)零件四方軸斷裂斷口韌窩形貌金屬斷裂過程均起始于變形。金屬的塑性變形方式主要有滑移、孿生、晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變四種。孿生一般在低溫下才起作用；在高溫下，晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變方式較為重要。而在常溫下，主要的變形方式是滑移。過量的滑移變形出現(xiàn)滑移分離，其微觀形貌有滑

7、移臺階、蛇形花樣、漣波等。2. 滑移分離 晶體材料的滑移面與晶體表面的交線稱為滑移線.滑移部分的晶體與晶體表面形成的臺階稱為滑移臺階。由這些數(shù)目不等的滑移線或滑移臺階組成的條帶稱為滑移帶。2. 滑移分離 2. 滑移分離 a. 蛇形花樣，多晶體材料受到較大的塑形變形產(chǎn)生交滑移，導(dǎo)致滑移面分離，形成起伏彎曲的條紋，通常稱為蛇形滑移花樣。b. 若變形程度加劇，則蛇形滑移花樣因變形而平滑化，形成漣波花樣。c. 如若繼續(xù)變形，漣波花樣也將進(jìn)一步平坦化，在斷口上留下了沒有什么特殊形貌可言的平坦區(qū)，稱為延伸區(qū)。幾種典型滑移分離斷口形貌3. 解理斷裂 解理斷裂是金屬在正應(yīng)力作用下，由于原子結(jié)合鍵的破壞而造成的

8、沿一定的晶體學(xué)平面（即解理面）快速分離的過程。 解理斷裂是脆性斷裂的一種機(jī)理，屬于脆性斷裂，但并不是脆斷的同義語，有時解理可以伴有一定的微觀塑性變形。 解理面一般是表面能量最小的晶面。面心立方晶系的金屬及合金，在一般情況下，不發(fā)生解理斷裂。 3. 解理斷裂 解理斷裂的形貌特征 典型的解理斷口微觀形貌有以下重要特征：解理臺階、河流花樣、“舌”狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣等。某型機(jī)裝配脫板螺母后發(fā)現(xiàn)有多個該型螺母在橢圓形收口處存在細(xì)小裂紋。裂紋附近未觀察到塑性變形痕跡，裂紋較平直，由此說明裂紋的開裂為脆性開裂。裂紋斷口區(qū)域?yàn)榻饫硌鼐嗔训拇嘈詳嗔烟卣髁鸭y形態(tài) 3. 解理斷裂 4. 準(zhǔn)解理斷裂準(zhǔn)解理

9、斷口宏觀形貌比較平整?；旧蠠o宏觀塑性或宏觀塑性變形較小，呈脆性特征。其微觀形貌有河流花樣、舌狀花樣及韌窩與撕裂棱等。案例： 某廠裝泵運(yùn)轉(zhuǎn)的彈簧發(fā)生斷裂。斷口如圖呈準(zhǔn)解理斷裂形貌。 4.準(zhǔn)解理斷裂準(zhǔn)解理斷裂形貌 5. 沿晶斷裂 圖示：沿晶脆性斷裂沿晶韌窩斷裂 5. 沿晶斷裂 回火脆、氫脆、應(yīng)力腐蝕、液體金屬致脆以及因過熱、過燒引起的脆斷斷口大都為沿晶脆性斷裂特征；而蠕變斷裂、某些高溫合金的室溫沖擊或拉伸斷口往往為沿晶韌窩形貌。另外還有兩種情況也屬沿晶斷裂范疇。一是沿結(jié)合面發(fā)生的斷裂，如沿焊接結(jié)合面發(fā)生的斷裂；二是沿相界面發(fā)生的斷裂，如在兩相金屬中沿兩相的交界面發(fā)生的斷裂。 5. 沿晶斷裂 案例

10、：某型飛機(jī)進(jìn)行發(fā)動機(jī)調(diào)試過程中，左發(fā)動機(jī)成功起動至慢車時，信號盤報(bào)出“斷開空調(diào)”信息，停車進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)中燃油空氣散熱器出口處卡箍斷裂（位置如圖）?；w區(qū)域的沿晶斷裂特征 根據(jù)氫含量測定結(jié)果可知，鋼帶中的氫含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出一般鋼中對氫含量的要求值，可以判斷為氫脆導(dǎo)致沿晶斷裂。 6. 疲勞斷裂 定義 疲勞斷裂是材料(或構(gòu)件)在交變應(yīng)力反復(fù)作用下發(fā)生的斷裂。 疲勞斷裂的危害性a. 多數(shù)機(jī)件承受的應(yīng)力是周期性變動的。b. 疲勞破壞表現(xiàn)為突然斷裂，斷裂前無顯著變形。c. 造成疲勞破壞時，循環(huán)交變應(yīng)力中的最高應(yīng)力一般遠(yuǎn)低于靜載荷下材料的強(qiáng)度極限；d. 零件的疲勞斷裂不僅取決于材質(zhì)，而且對零件的形狀

11、、尺寸、表面狀態(tài)、使用條件、外界環(huán)境等非常敏感。e. 很大一部分機(jī)件承受彎曲扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 6. 疲勞斷裂 疲勞斷裂過程示意圖疲勞斷裂過程 疲勞裂紋的萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展及失穩(wěn)斷裂三個階段。疲勞裂紋的萌生交變載荷產(chǎn)生局部滑移滑移線變粗形成滑移帶駐留滑移帶的形成駐留滑移帶擠入槽和擠出峰的形成萌生疲勞裂紋。疲勞裂紋的萌生示意圖 6. 疲勞斷裂 疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的兩個階段(1) 疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展第一階段 與正應(yīng)力呈45，擴(kuò)展深度很淺。斷裂形貌特征：類解理小平面平行鋸齒狀斷面葉片疲勞斷裂第一階段鋸齒狀斷面 6. 疲勞斷裂 疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的兩個階段(2) 疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展第二階段疲勞裂紋按第一階段方式擴(kuò)展一定距

12、離后，將改變方向，沿著與正應(yīng)力相垂直的方向擴(kuò)展。此時正應(yīng)力對裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生重大影響。這就是疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的第二階段，疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段斷面上最重要的顯微特征是疲勞條帶，又稱疲勞輝紋。 6. 疲勞斷裂 疲勞條帶的類型與形態(tài)延性疲勞條帶(晶體學(xué)和非晶體學(xué))、脆性疲勞條帶(晶體學(xué)和非晶體學(xué))延性疲勞條帶與脆性疲勞條帶a. 延性疲勞條帶 b. 脆性疲勞條帶 6. 疲勞斷裂 圖示：某蓄壓油箱疲勞裂紋 源區(qū)位置及疲勞弧線 源區(qū)處疲勞條帶 三、疲勞斷裂失效分析1.分類三、疲勞斷裂失效分析 2.疲勞斷裂的宏觀分析 典型的疲勞斷口按照斷裂過程的先后有三個明顯的特征區(qū)，即疲勞源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū) （1）源區(qū)的

13、宏觀特征氧化或腐蝕嚴(yán)重，顏色較深斷面平坦、光滑、細(xì)密，有些可見閃光小刻面有放射臺階或放射棱線向外發(fā)射疲勞弧線的中心（2） 擴(kuò)展區(qū)的宏觀特征 斷面平坦、與主應(yīng)力垂直，顏色介于源區(qū)和瞬斷區(qū)，最基本的特征是疲勞弧線，也稱海灘花樣或貝殼花樣。（3） 瞬斷區(qū)的宏觀特征 與靜載拉伸斷口相近，瞬斷區(qū)面積的大小取決于載荷的大小、材料的性質(zhì)環(huán)境介質(zhì)等因素。三、疲勞斷裂失效分析 2.疲勞斷裂的宏觀分析 案例：某電氣控制盒固定腳焊縫附近斷裂，斷口可見疲勞弧線和源區(qū)的磨損特征，擴(kuò)展較充分，瞬斷區(qū)面積較小，斷口具有典型的疲勞斷裂特征。 斷口宏觀形貌 斷口疲勞弧線與源處的磨損 三、疲勞斷裂失效分析 3. 疲勞斷口的微觀分

14、析 疲勞斷裂的微觀分析一般包括以下內(nèi)容：源區(qū)的微觀分析(具體位置：多源疲勞：主源、次源；微觀形貌特征：加工及材質(zhì)缺陷)擴(kuò)展區(qū)的微觀分析 第一擴(kuò)展區(qū)：有無疲勞條帶、韌窩、臺階二次裂紋等 第二擴(kuò)展區(qū)：有無疲勞條帶及疲勞條帶的性質(zhì) 瞬斷區(qū)的微觀分析(韌窩形態(tài)) 三、疲勞斷裂失效分析 4.低周疲勞斷裂的判據(jù)1)宏觀特征多源，且多為線狀；瞬斷區(qū)面積大；疲勞弧線間距大，穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)棱線粗、短；斷口高差較大。2)微觀特征：對低周疲勞，由于宏觀塑性變形較大，靜載斷裂機(jī)理就會出現(xiàn)在疲勞斷裂過程中，在斷口上出現(xiàn)各種靜載斷裂所產(chǎn)生的斷口形態(tài)。三、疲勞斷裂失效分析 4.低周疲勞斷裂的判據(jù)案例：某發(fā)動機(jī)的渦輪葉片和輪盤上

15、多個榫齒出現(xiàn)了超過修理標(biāo)準(zhǔn)的裂紋，且裂紋部位基本上在第三齒，多數(shù)為單裂，少數(shù)為對裂，亦有鄰裂的情況。斷口源區(qū)為穿晶滑移類解理斷裂形貌，呈多源特征，擴(kuò)展區(qū)主要為扇形解理擴(kuò)展形貌和疲勞條帶特征，為起始應(yīng)力較大的以低周疲勞為主的疲勞開裂。 葉片槽位處裂紋斷口低倍 擴(kuò)展區(qū)載荷變化較大的條帶特征 據(jù)源區(qū)較遠(yuǎn)處條帶特征 三、疲勞斷裂失效分析 5.腐蝕疲勞斷裂失效分析腐蝕疲勞斷裂是在腐蝕環(huán)境與交應(yīng)載荷協(xié)同、交互作用下發(fā)生的一種失效模式 。腐蝕疲勞的斷裂特征斷口低倍呈現(xiàn)明顯的疲勞弧線；源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)一般有腐蝕產(chǎn)物；一般起源于表面腐蝕損傷處；擴(kuò)展區(qū)具有某些明顯的腐蝕特征，如腐蝕坑、泥紋花樣等；穿晶解理脆性疲勞條帶

16、是其重要的微觀特征；若腐蝕損傷占主導(dǎo)地位，則斷口呈現(xiàn)穿晶與沿晶混合型；當(dāng)KmaxKISCC,在頻率很低的情況下，其斷口呈現(xiàn)出穿晶解理與韌窩的混合特征三、疲勞斷裂失效分析 5.腐蝕疲勞斷裂失效分析影響腐蝕疲勞斷裂的因素：環(huán)境、受力狀態(tài)、材質(zhì)腐蝕疲勞斷裂失效分析的判據(jù)交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境斷面灰暗、無金屬光澤，有明顯疲勞弧線有腐蝕產(chǎn)物和腐蝕損傷的痕跡疲勞條帶多有脆性解理特征三、疲勞斷裂失效分析 6. 熱疲勞斷裂失效分析 零件在沒有外加載荷的情況下，由于工作溫度的反復(fù)變化而導(dǎo)致的開裂叫熱疲勞。 熱疲勞斷口的形貌特征 熱疲勞裂紋易產(chǎn)生于應(yīng)變集中處；光滑表面零件，則易產(chǎn)生于溫度高，溫差大的部位，可發(fā)現(xiàn)熱疲勞

17、裂紋發(fā)展極不規(guī)則，裂紋多為沿晶開裂。微觀形貌為韌窩和疲勞條帶。熱疲勞裂紋附近，顯微硬度降低。四、沿晶斷裂失效分析金屬零件的沿晶斷裂大都?xì)w入脆性斷裂失效范疇，主要包括熱脆、低溫脆、銅脆、回火脆、氫脆、應(yīng)力腐蝕致脆、液態(tài)金屬致脆等等。金屬零件沿晶斷裂失效的主要宏觀特征是：a. 斷口的兩匹配面很好地吻合一致，斷口附近沒有或極少有塑性變形，絕大部分?jǐn)嗝娼Y(jié)構(gòu)粗糙呈顆粒狀，稱為“巖石狀”斷口、斷面平齊，邊緣無剪切唇、一般與主應(yīng)力軸垂直。b. 斷面無纖維狀和放射狀特征，一般看不出加載速度影響，且宏觀上難以判明裂紋擴(kuò)展方向。沿晶斷裂的典型微觀特征是沿晶分離，晶界面光滑無特征，呈冰糖塊狀，或者顯示撕裂痕和細(xì)小的

18、韌窩花樣。 四、沿晶斷裂失效分析 1.沿晶斷裂失效模式的判別 2.沿晶斷裂失效原因分析 產(chǎn)生沿晶斷裂的原因除環(huán)境介質(zhì)作用外還有如下3種情況：晶界沉淀相引起的沿晶斷裂。雜質(zhì)元素在晶界偏聚引起的沿晶斷裂 。金屬過熱、過燒引起的沿晶斷裂 。a.晶界沉淀相引起的沿晶斷裂由晶界沉淀相所造成的沿晶斷裂多是沿晶韌窩斷裂。在晶界，沉淀相總是以分散粒子的形式存在，并且不連續(xù)。 合金的成分、熱加工中的加熱溫度、冷卻速度、熱處理制度等都有可能引起第二相在晶界析出，弱化晶界，引起沿晶韌窩斷裂。引起沿晶韌窩斷裂 的主要因素有 微量元素引起第二相質(zhì)點(diǎn)沿晶析出 緩冷引起第二相質(zhì)點(diǎn)沿晶析出 b.雜質(zhì)元素在晶界偏聚引起的沿晶斷

19、裂 沿晶斷裂的另一個主要原因是某些雜質(zhì)元素在晶界上聚集，降低了晶界的聚合能，最常見的脆性雜質(zhì)元素有Si、Ge、Sn、P、As、Sb、S、Se、Te等。 包括第一類回火脆引起的沿晶斷裂 和第二類回火脆引起的沿晶斷裂 c.金屬過熱、過燒引起的沿晶斷裂 。金屬零件在熱加工過程中，或使用過程中在過熱、過燒溫度區(qū)間內(nèi)長期或短期停留，均會引起零件整件、或局部過熱與過燒，從而在應(yīng)力作用下導(dǎo)致沿晶脆性斷裂。過熱、過燒斷口宏觀上呈粗大的顆粒狀，無明顯的斷裂起源特征，斷口附近無明顯變形，過燒斷口無金屬光澤。過熱斷口微觀形貌為晶粒粗大，晶界分離面上有細(xì)小的韌窩。過燒斷口微觀形貌為晶粒粗大，晶界粗而深，晶界分離面上有

20、氧化膜、熔化的孔洞等特征。五、斷裂失效分析中的裂紋分析 1.裂紋分析方法 金屬材料的表面或內(nèi)部的連續(xù)性遭到局部破裂稱為裂紋。 裂紋的檢查及宏觀分析 一般除通過肉眼進(jìn)行外觀檢查外，多以無損探傷法，如采取X射線、磁力、超聲波、熒光等物理探傷法檢測裂紋。而某些情況下采取簡易的敲擊測音法，也是行之有效的。 1.裂紋分析方法 裂紋的微觀分析裂紋的微觀分析主要內(nèi)容是：a. 裂紋形態(tài)特征。b. 裂紋處及附近的晶粒度。c. 裂紋附近是否存在碳化物或非金屬夾雜物。d. 裂紋兩側(cè)是否存在氧化和脫碳現(xiàn)象，有無氧化物和脫碳組織出現(xiàn)。e. 產(chǎn)生裂紋的表面是否存在加工硬化層或回火層。f. 裂紋萌生處及擴(kuò)展路徑周圍是否有過

21、熱組織、魏氏組織、帶狀組織以及其它形式的組織缺陷。1.裂紋分析方法 其它分析 工件結(jié)構(gòu)形狀上易引起應(yīng)力集中的部位，往往是裂紋出現(xiàn)的地方。 根據(jù)裂紋存在的部位、受力狀態(tài)，就可以初步判斷裂紋產(chǎn)生的條件。但有時還要結(jié)合加工工藝和使用條件，從裂紋特征、裂紋周圍的顯微組織缺陷、力學(xué)性能、化學(xué)成分綜合分析研究，才能找出產(chǎn)生裂紋的原因。 除上述常用的分析方法之外，零件的工藝流程和每道工序的工藝參數(shù)、零件的形狀及工藝條件分析也是必不可少的。 2.裂紋起始位置的分析 裂紋起始位置取決于兩方面因素的綜合作用，即應(yīng)力集中的大小及材料強(qiáng)度值的高低。當(dāng)材料局部地區(qū)存在著缺陷時，會使缺陷處的強(qiáng)度大幅度降低，此處最易成為裂

22、紋的起源位置。（1）由材料原因所引起的裂紋金屬的表面缺陷，例如夾雜、斑疤、劃痕等，金屬的內(nèi)部缺陷，例如縮孔、氣孔、疏松、偏析、夾雜物等。不僅它們本身直接破壞了材料的連續(xù)性，降低了材料的強(qiáng)度和塑性，而且往往在這些缺陷的尖銳的前沿，造成很大的應(yīng)力集中，使其在很低的平均應(yīng)力下產(chǎn)生裂紋并得以擴(kuò)展，最后引起斷裂。（2）由零件的形狀因素所引起的裂紋 有不少零件由于結(jié)構(gòu)上的需要（如結(jié)構(gòu)零件的臺階、溝槽、齒槽、轉(zhuǎn)角、圓角）或由于設(shè)計(jì)不合理，在零件上存在有尖銳的凹角、凸邊或缺口。這種零件在制造過程中(特別是淬火時)和使用過程中，將在尖銳的凹角、缺口或凸邊過渡處產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中并可能形成裂紋。（3）受力狀態(tài)不同

23、所引起的裂紋 在金屬材料質(zhì)量合格、零件形狀設(shè)計(jì)合理的情況下，裂紋將在應(yīng)力最大處生核。 3.裂紋的宏觀形貌 龜裂龜裂是以裂紋的宏觀外形呈龜殼網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分布而得名。在一般情況下，龜裂裂紋的深度都不大，是一種表面裂紋。形成龜裂的原因很多，它的形狀、特點(diǎn)也略有不同。鑄錠或鑄件表面的龜裂(一種不常見的裂紋) 鍛件表面的龜裂 熱處理中形成的表面龜裂 焊接過程中產(chǎn)生的龜裂 磨削過程中產(chǎn)生的龜裂 使用過程的龜裂 一般情況下，龜裂是一種沿晶擴(kuò)展的表面裂紋。它的產(chǎn)生原因可以認(rèn)為是由于金屬構(gòu)件表面的化學(xué)成分、組織、性能和應(yīng)力狀態(tài)與中心(或晶粒內(nèi)部)不一致，在制造工藝過程中或在隨后的使用過程中，使晶界成為薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)先

24、在晶界產(chǎn)生裂紋引起的。3.裂紋的宏觀形貌 直線狀裂紋 產(chǎn)生直線狀裂紋主要有發(fā)紋、淬火裂紋等 發(fā)紋是由于鋼材內(nèi)部存在的非金屬夾雜物沿?zé)峒庸し较蜓由於纬傻囊环N縱向線性缺陷。 淬火裂紋多半產(chǎn)生在一些表面冷卻情況比較均勻一致，且心部淬透的細(xì)長工件。此外冷拔、熱拔、深沖、擠壓的制品，在表面還可能產(chǎn)生拉痕。 其它性狀裂紋（除上述龜裂及直線狀裂紋之外，還有各種形狀，如環(huán)形裂紋、周向裂紋、輻射狀裂紋、弧狀裂紋等）。4.裂紋的走向 金屬裂紋的走向是按應(yīng)力和強(qiáng)度這樣兩個原則進(jìn)行的。 應(yīng)力原則 金屬的脆性斷裂、疲勞斷裂和應(yīng)力腐蝕斷裂，裂紋的擴(kuò)展方向一般都垂直于主拉伸應(yīng)力的方向；而當(dāng)韌性金屬承受扭轉(zhuǎn)載荷或金屬在平面

25、應(yīng)力的情況下，其裂紋的擴(kuò)展方向一般平行剪切應(yīng)力的方向。 強(qiáng)度原則 強(qiáng)度原則即指裂紋總是沿著最小阻力路線即材料的薄弱環(huán)節(jié)處擴(kuò)展。應(yīng)力原則和強(qiáng)度原則對裂紋擴(kuò)展的影響有時可能是一致的，這時裂紋將無疑地沿著一致的方向擴(kuò)展。 5.裂紋的微觀形貌 應(yīng)力腐蝕裂紋、氫脆裂紋、回火脆性裂紋、磨削裂紋、焊接熱裂紋、冷熱疲勞裂紋、過燒引起的鍛造裂紋、鑄造熱裂紋、蠕變裂紋、熱脆裂紋等都是沿晶界擴(kuò)展的；疲勞裂紋、解理斷裂裂紋、淬火裂紋、焊接裂紋及其他韌性斷裂裂紋都是穿晶裂紋。裂紋遇到亞晶界、晶界、硬質(zhì)點(diǎn)或其它組織和性能的不均勻區(qū)，往往將改變擴(kuò)展方向。因此可以認(rèn)為，晶界能夠阻礙裂紋的擴(kuò)展。6. 裂紋周圍及裂紋末端情況 當(dāng)金屬表面或內(nèi)部缺陷成為裂紋源時，一般都能找到作為裂紋源的缺陷。根據(jù)裂紋及其周圍的形狀和顏色，可以判斷裂紋經(jīng)歷的溫度范圍和零件的工藝歷史，從而找到產(chǎn)生裂紋的具體工序。裂紋周圍的情況