失效分析 裂纹分析技术.ppt

裂纹分析技术 裂纹是材料表面或内部完整性或连续性被破坏的一种现象，是断裂的前期；断裂则是裂纹发展的结果。 1 裂纹的无损检测 常用的无损检测方法有：X射线、磁力、超声波、荧光、着色、声发射、敲击测音法和工业CT等物理检测方法 磁力、荧光和着色等方法主要用来检查表面裂纹 X射线、超声波、声发射和工业CT等可检测表面和内部裂纹 声发射靠捕捉裂纹扩展中发射的声信号来检测裂纹，只能检测正在扩展中的裂纹 检测注意事项 裂纹检测中，要注意检测的方向，超声波和磁力线必须垂直裂纹平面检测，而X射线须平行于裂纹所在的平面检测。 2 裂纹产生先后顺序的诊断技术和方法 在断裂失效分析中，往往存在有多条裂纹，而最先产生的裂纹往往是导致其它裂纹产生和整个事故(故障)发生的根本原因。因此，在分析中，首要任务就是从这些裂纹中确定首先产生的裂纹即主裂纹，然后对主裂纹进行分析。 2.1确定主裂纹(首断件)的原则和方法 断裂件中既有延性断裂又有脆性断裂时， 一般脆性断裂件发生在前，延性断裂件发生在后 断裂件中既存在脆性断裂件又存在疲劳断裂件时，则疲劳断裂件应为首断件 存在两个或两个以上的疲劳断裂件时，低 应力疲劳断裂件在前，高应力疲劳断裂件在后 各断裂件均为延性断裂时，应根据各零件 的受力状态、结构特性、断裂的走向和材料与性能等进行综合分析与评定，才能找出首先断裂失效件 2.2 常用判断裂纹先后顺序的方法 塑性变形量大小确定法 当零件断裂成多块，有的部位没有明显塑性变形，有的部位塑性变形明显，则无塑性变形的区域为首先断裂区域；当所有断裂部位均为延性断裂时，变形量大的部位为主裂纹，其它部位为二次或三次裂纹。 (2) T型法 一个零件上同时出现两条或多条裂纹，裂纹间构成T型关系时，可根据裂纹的相对位置关系来确定主裂纹。图8中所示，横贯裂纹A形成在前为主裂纹，而B裂纹形成在后为次裂纹。 (3)裂纹分叉法 机械零件在断裂的过程中，出现一条裂纹后，往往会引伸出多条分支裂纹或分叉裂纹，如图9所示。裂纹的扩展方向为从主裂纹向分叉或分支裂纹方向，分叉或分支裂纹汇集的裂纹为主裂纹。 A为主裂纹；BCD为二次裂纹。 (4)断面氧化颜色法 金属零件如暴露在环境介质或高温下会被腐蚀和氧化，而且腐蚀和氧化的程度会随时间的增加而加重。主裂纹较次裂纹形成时间早，主断面较次断面暴露在环境中的时间长，腐蚀与氧化程度严重，腐蚀产物多、氧化颜色深。 (5)疲劳裂纹长度法 当同一零件上出现多条疲劳裂纹时，一般可根据疲劳扩展区的长度、疲劳弧线和疲劳条带间距的大小来判断主裂纹。疲劳裂纹长、疲劳弧线或疲劳条带间距小的为主裂纹。 一般脆性断裂可用T型法或分叉法，延性断裂可用变形法，环境断裂可根据断面氧化与腐蚀程度及颜色深浅，疲劳断裂可利用断口的宏观与微观特征形貌来区分主次断裂。 3. 裂纹的形貌分析 裂纹的宏观分析 裂纹的微观分析 裂纹一般容易产生于尖角、转折或几何尺寸突然变化处等应力集中部位，受力最大部位，焊缝熔合区等组织薄弱部位和材料缺陷处。结合裂纹的外观形貌、张开情况和匹配情况，可诊断出裂纹的类型和起始源区。 裂纹的宏观形貌 常见的裂纹宏观形貌有 龟裂纹 线裂纹 环形裂纹 周向裂纹 辐射状裂纹 弧形裂纹 ① 龟裂纹外观形貌类似于龟壳网络状分布的一类裂纹。龟裂纹一般是一种表面沿晶裂纹，深度不大。由于零件表面(或晶界)的成分、组织、性能 及应力状态与中心(或晶内)不一致，在制造过程或 使用过程中使晶界成为薄弱环节，并产生很大的组 织应力和热应力等内应力，从而使晶界开裂，形成龟裂纹。龟裂纹按其形成条件，可分为铸造表面龟裂纹、锻造表面龟裂纹、热处理表面龟裂纹、焊接龟裂纹、磨削龟裂纹和使用龟裂纹。 ② 线裂纹是指近似直线状的裂纹。最典型的线裂纹是由于非金属夹杂在后续工序中扩展而形成的裂纹。它们一般沿材料的纵向发展并较长，在裂纹的两侧和金属基体上一般有氧化物夹杂或其它非金属夹杂物。 ③ 其它形状裂纹 常见的其它形状裂纹有环形裂纹、周向裂纹、辐射状裂纹和弧形裂纹等。 3.2 裂纹的微观分析 裂纹微观分析一般是通过光学显微镜和电子显微镜对裂纹表面形态和金相磨片进行观察和分析 其主要内容包括： 裂纹的微观形态特征，如扩展路径是穿晶还是沿晶，主裂纹附近有无微裂纹；裂纹处及其附近的晶粒度有无显著粗化、细化或大小极不均匀现象；晶粒是否变形；裂纹与晶粒变形方向是否一致；裂纹两侧是否存在氧化和脱碳现象；裂纹附近是否存在碳化物或非金属夹杂物，其形态、大小、数量及分布如何；裂纹源是否产生于碳化物或非金属夹杂物周围，扩展方向如何；裂纹处是否存在异常组织，如粗大过热组织、魏氏组织和带状组织等；源区是否存在加工缺陷、材质缺陷