典型断裂的微观分析.doc

实验二 典型断口的电子显微分析 1.概述 断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。由于断口真实地记录了裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息。因此，断口上的各种断裂信息是断裂力学、断裂化学和断裂物理等诸多内外因素综合作用的结果，对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索。断口金相学不仅能在设备失效后进行诊断分析，还可为新产品、新装备投入使用进行预研预测。断口、裂纹及冶金、工艺损伤缺陷分析是失效分析工作的基础。实践证明，没有断口、裂纹及损伤缺陷分析的正确诊断结果，是无法提出失效分析的准确结论的。 采用扫描电镜可对金属断裂典型断口形貌进行观察，还可对其微区成分进行分析。 本实验具体内容为：利用二次电子成像，观察金属断裂典型断口形貌，了解典型断口的微观特征.的成分差别。 2.实验目的 （1）熟悉二次电子成像观察方法，了解金属材料典型断口形貌特征： （2）掌握双相不锈钢冲击断口形貌特征； （3）掌握X70钢疲劳断口形貌特征。 3.实验装置及材料 （1）扫描电子显微镜（JSM-6390A型） 一台； （2）超声清洗仪 一台； （3）断口试样 若干； （4）放大镜 一只； （5）吹风机 一只 ； （6）无水酒精 若干。 4.实验原理 4.1金属材料典型断口特征： （1）断口宏观形貌特征 在实际失效分析中, 按断口的表面宏观变形分类，断口分为脆性断口、韧性（延性）断口、韧-脆混合断口；按断裂类型分类，则分为解理断裂、准解理断裂、韧性断裂、疲劳断裂、沿晶断裂等。 对韧性金属材料一次过载造成的韧性断裂，宏观上的基本特征通常表现为三个特征区，即纤维区、放射区和剪切唇区。这三个特征区是断口的三要素。 表13-1列出了几种典型断口的宏观形貌特征，根据这些特征，可诊断出断口的宏观类型。 表13-1 典型断口的宏观形貌特征 （2）断口微观形貌特征 按断口表面微观形貌分类，断口分为解理断口、准解理断口、韧窝断口、疲劳断口、沿晶断口等。 断口上常见的微观特征有韧窝、滑移特征、解理特征、准解理特征、沿晶断裂特征和疲劳断裂特征等断裂特征花样。一般情况下的断口为混合形貌断口。例如，同时存在解理、疲劳和韧窝，或疲劳和韧窝共存，韧窝和准解理共存等。断口的不同区域显示不同类型的微观形貌 ①韧窝特征 韧窝是金属延性断裂的主要微观特征。它是材料在微区范围内塑性变形产生的显微孔洞经形核、长大、聚集直至最后相互连接而导致断裂后在断口表面上所留下的痕迹。由于其它断裂模式上也可观察到韧窝，因此不能把韧窝特征作为韧性断裂的充分判据，而只能作为必要判据来应用。零件受力状态不同，韧窝可有不同的形状，即韧窝的形状可反映零件的受力状态。韧窝的最基本形态有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种，如图13-8所示。 ? a. 等轴韧窝 ? b. 剪切韧窝 ? c.撕裂韧窝 图13-8 韧窝的三种基本形态示意图 ?②滑移特征 属于金属延性断裂的一种微观特征，包括滑移线、滑移带、蛇形花样和涟波花样，是在正应力作用下,金属沿滑移面滑移分离的主要微观特征。 ③解理特征 金属在正应力作用下,由于原子结合键破坏而造成的沿一定晶体学平面(解理面)快速分开的过程称为解理断裂。解理断裂属于脆性断裂的一种,解理面通常是表面能量最小的晶面,不同的晶体结构具有不同的解理面；面心立方晶系的金属一般不发生解理断裂。解理断裂区宏观上没有明显的塑性变形，在太阳光下转动时可观察到反光的小刻面,属于脆性断裂。严格意义上说，解理断裂面上是没有任何解理特征花样的，但在实际材料中，由于各种因素的作用，解理面局部均会发生微观的塑性变形，从而形成解理台阶、河流花样、舌状花样、鱼骨状花样、扇形花样及瓦纳线等特征。图13-9是解理断口上常见的典型微观形貌。 ? 图13-9 典型解理断裂断口特征形貌 ④准解理断裂特征 介于解理断裂与延性断裂间的一种过渡断裂形式。宏观上无明显塑性变形或变形较小，断口平整，具有脆性断裂特征；微观形貌有河流花样、舌状花样及韧窝与撕裂棱等,如图13-10所示。 ? 图13-10 准解理断裂微观形貌 ⑤沿晶断裂特征 属于脆性断裂的一种，又称为晶间断裂，是多晶材料沿晶界面发生断裂的现象，如图13-11所示。可分为沿晶韧窝断裂和沿晶脆性光面断裂。沿晶面上具有线痕(鸡爪痕)特征的沿晶断裂，是氢脆断裂的典型形貌，如图13-12所示