失效3讲解.ppt

第三章 失效分析技术一. 断裂失效分析;(2)按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂; (3)按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。 在失效分析实践中大都采用这种分类法。 ; 断裂失效分析是从分析断口的宏观与微观特征入手,确定断裂失效模式,分析研究断口形貌特征与材料组织和性能、零件的受力状态以及环境条件(如温度、介质等)等之间的关系,揭示断裂失效机理、原因与规律,进而采取改进措施与预防对策。;1. 断口分析 (1)断口分析的重要性 在断口上忠实地记录了金属断裂时的全过程，即裂纹的产生、扩展直至开裂；外部因素对裂纹萌生的影响及材料本身的缺陷对裂纹萌生的促进作用；;同时也记录着裂纹扩展的途径、扩展过程及内外因素对裂纹扩展的影响。简言之，断口上记录着与裂纹有关的各种信息，通过对这些信息的分析，可以找出断裂的原因及影响因素。因此，断口分析在断裂失效分析中占据着特殊重要的地位。可以说断口分析是断裂失效分析的核心，同时又是断裂失效分析的向导，指引失效分析少走弯路。 ;(2)断口分析的依据;例如，高温工作下的断裂构件，从断口的颜色可以判断裂纹形成的过程和发展速度，深黄色是先裂的，蓝色是后裂的；若两种颜色的距离很靠近，可判断的速度很快。 又如，钢件断口若是深灰色的金属光泽，是钢材的原色，是纯机械断口；断口有红锈是富氧条件腐蚀的 ；断口有黑锈是缺氧条件腐蚀的 等;b.断口上的花纹 ;韧性断裂宏观有纤维状断口，微观上则多有韧窝或蛇行花样等。 脆性断裂有解理特征，断口宏观上有闪闪发光的小刻画或人字。山形花纹，而微观上有河流条纹、舌状花样等。 疲劳断裂断口宏观上有时可见沙滩条纹，微观上有疲劳辉纹。 ;c. 断口上的粗糙度 ;一般来说，属于剪切型的韧性断裂的剪切唇比较光滑；而正断型的纤维区则较粗糙。 属于脆性断裂的解理断裂形成的结晶状断口较粗糙，而准解理断裂形成的瓷状断口则较光滑。 疲劳断口的粗糙度与裂纹扩展速度有关(成正比)，扩展速度越快，断口越粗糙。 ;d. 断口与最大正应力的交角 ;韧性材料的拉伸断口往往呈杯锥状或??45°切断的外形，它的塑性变形是以缩颈的方式表现出来。即断口与拉伸轴向最大正应力交角是45°。 脆性材料的拉伸断口一般与最大拉伸正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘通常没有剪切“唇口”。断口附近没有缩颈现象。 ;韧性材料的扭转断口呈切断型。断口与扭转正应力交角也是45°。 脆性材料的扭转断口呈麻花状，在纯扭矩的作用下，沿与最大主应力垂直的方向分离。 ;e．断口上的冶金缺陷 ;(3) 断口的宏观观察与微观观察;通过宏观观察收集了断口上的宏观信息，则可初步确定断裂的性质(脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂等)，可以分析裂源的位置和裂纹扩展方向，可以判断冶金质量和热处理质量等。 ;观察时先用肉眼和低倍率放大镜观察断口各区的概貌和相互关系，然后选择细节、加大微细结构。宏观观察时，尽可能拍照记录。;②断口的微观观察 用显微镜对断口进行高放大倍率的观察，用金相显微镜及扫描电镜的为多。 ;断口微观观察包括断口表面的直接观察及断口剖面的观察。通过微观观察进一步核实宏观观察收集的信息，确定断裂的性质、裂源的位置及裂纹走向、扩展速度，找出断裂原因及机理等。 ;观察时要注意防止片面性；识别假象、要有真实性；收集的代表性等。;③剖面观察 截取剖面要求有一定的方向，通常是用与断口表面垂直的平面来截取(截取时注意保护断口表面不受任何损伤)，垂直于断口表面有两种切法。 ;ⅰ.平行裂纹扩展方向截取，则可研究断裂过程。因为在断口的剖面上，能包含断裂不同的各区域。 ⅱ.垂直裂纹扩展方向截取，在一定位置的断口削面上，可研究某一特定位置的区域。;剖面观察可观察二次裂纹尖端塑性区的形态、显微硬度变化、合金元素有无变化情况等。应用剖面技术，可帮助分析研究断裂原因和机理之间的关系。 ;2 韧性断裂失效分析; 在正常情况下,机载零件的设计都将零件危险截面处的实际应力控制在材料的屈服强度以下,一般不会出现韧性断裂失效。但是,由于机械产品在经历设计、用材、加工制造、装配直至使用维修的全过程中,存在着众多环节和各种复杂因素,因而机械零件的韧性断裂失效至今仍难完全避免。 ;2.2 韧性断裂机理与典型形貌;2.2.1 滑移分离 韧性断裂最显著的特征是伴有大量的塑性变形,而塑性变形的普遍机理是滑移,即在韧性断裂前晶体产生大量的滑移。过量的滑移变形会出现滑移分离,其微观形貌有滑移台阶、蛇形花样和涟波等。因此有必要对滑移分离加以叙述。 ; (1)滑移带 晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线,滑移部分的晶体与晶体表面形成的台阶称为滑移台阶。由这些数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。 确切地说,目前人们将在电