材料断口分析(前言、第一章)

金属材料断口分析的步骤与方法断口分析通常是一个从宏观到微观，从定性到定量的分析过程，并且是应用多种仪器联合测试检验的结果，是综合性很强的技术分析工作。

因此需要严格的科学态度，精心地、有步骤地进行研究分析。

断口分析步骤：(1)所有试样的选择、鉴定、保存以及清洗;(2)宏观检验和分析(断裂表面、二次裂纹以及其他的表面现象);(3)微观检验和分析;(4)金相剖面的检验和分析以及化学分析;(5)断口定量分析(断裂力学方法);(6)模拟试验。

1 断裂构件的处理及断口的保存在确定了断裂的金属构件后，就要采取措施把断口保存好，尽快制定分析计划。

通常金属构件的断裂不止一个断口，有时要立即判断主断口有困难，此时应该把所有断件收集好，在收集过程中切勿把断口碰伤或对接，也不要在断口上使用防蚀涂层。

保护和清理断口是断口分析的一个重要前提。

对断口和裂纹轨迹进行充分检查后方可进行清洗。

对于不同情况下的断口应该用不同方法处理：(1)大气中的新鲜断口，应立即放入干燥器内或真空干燥器内而不必清洗。

(2)对于带有油污的断口，首先用汽油，然后用丙酮、三氯甲烷、石油醚及苯等有机溶剂溶去油污，最后用无水乙醇清洗吹干。

当浸没处理还不能去除油污时，可使用蒸汽或超声波方法进一步去除。

(3)在腐蚀环境下发生断裂的断口，通常在断口上覆盖一层腐蚀产物，这层产物对于分析断裂原因是非常有用的，但对断口形貌观察常常带来很大的麻烦。

在这种情况下，需要用综合分析的方法来考虑。

因为有许多腐蚀产物容易水解或分解，因此进行产物分析要抓紧时间，同时不要进行任何清洗和处理。

通常把带有腐蚀产物的断口试样，先用X射线、电子探针、电子扫描显微镜或俄歇能谱仪进行产物分析，得出结论后去掉产物再观察断口形貌。

去掉腐蚀产物有时可采用干剥法。

用醋酸纤维纸(称AC纸，由7%的醋酸纤维素、丙酮溶液制成厚度0.1～1mm的均匀薄膜)复型进行清理是最有效的方法之一，尤其是断口表面已经受到腐蚀的时候。

断口分析科技名词定义中文名称：断口分析英文名称：fractography定义：对故障金属构件断裂面进行检查并分析其断裂原因的技术。

应用学科：电力（一级学科）；热工自动化、电厂化学与金属（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布断口分析是研究金属断裂面的学科，是断裂学科的组成部分。

金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，称断口。

目录编辑本段断口分析(一)的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直受到重视。

通过断口的形态分析去研究一些断裂的基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。

如果要求深入地研究材料的冶金因素和环境因素对断裂过程的影响，通常还要进行断口表面的微区成分分析、主体分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等。

随着断裂学科的发展，断口分析同断裂力学等所研究的问题更加密切相关，互相渗透，互相配合；断口分析的实验技术和分析问题的深度将会取得新的发展。

断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。

编辑本段断口的宏观和微观观察断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。

通常把低于40倍的观察称为宏观观察，高于40倍的观察称为微观观察。

断口分析(二)对断口进行宏观观察的仪器主要是放大镜(约10倍)和体视显微镜（从5～50倍）等。

在很多情况下,利用宏观观察就可以判定断裂的性质、起始位置和裂纹扩展路径。

但如果要对断裂起点附近进行细致研究，分析断裂原因和断裂机制，还必须进行微观观察。

断口的微观观察经历了光学显微镜（观察断口的实用倍数是在 50～500倍间）、透射电子显微镜（观察断口的实用倍数是在 1000～40000倍间）和扫描电子显微镜（观察断口的实用倍数是在 20～10000倍间）三个阶段。

因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面，观察断口所用的显微镜要具有最大限度的焦深，尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。

故障件的断口分析在形形色色的故障分析过程中，人们常会看到一些损坏零件的断口，但是人们缺乏“读懂”它的经验，不能从它的断口处判断其损坏1.2.2-12-2属光泽的断层；而内层呈银灰色白亮条状新断口（见图1）。

图13.典型的金属疲劳断口典型的疲劳断口定会出现疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个特征。

断口具有典型的“贝壳状”或称“海滩状”。

3-1疲劳裂纹源区：是疲劳裂纹萌生的策源地，它处于机件的表面，形状呈平坦、白亮光滑的半圆或椭圆形，这是因为疲劳裂纹的扩展过程速度缓慢，裂纹经反复挤压摩擦而形成的。

它所占有的面积较其他两个区要小很多。

疲劳裂纹大多是因受交变载荷的机件表面有缺陷；譬如裂纹、脱碳、硬伤痕、焊点等缺陷形成应力集中而引起的。

疲劳裂纹点在同一个机件上可能有多处，换句话说可能3-23-3要点:疲劳宏观断口的特征断口拥有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区、瞬断区。

随材质、应力状态的不同，三个区的大小和位置不同。

1、疲劳裂纹源区裂纹的萌生地；裂纹处在亚稳扩展过程中。

由于应力交变，断面摩擦而光亮。

加工硬化。

随应力状态及应力大小的不同，可有一个或几个疲劳源。

2、疲劳裂纹扩展区（贝纹区）断面比较光滑，并分布有贝纹线。

3图2图3故障的可能因素有二：1）在极限载荷下产生的弯曲断裂2）材料与工艺上的原因首先作一简单验算（见图4）：已知：前稳定杆扭转角刚度Kβ=5000Nm/rad=5000/57.3=87.3Nm/度稳定杆作用力半径R=355mm=0.355m当汽车满载，车轮上下跳动±100mm时，稳定杆的工作扭角β=±7.5°拉杆11）。

212）断口有两个区域，一为暗区（已产生的裂纹断面）；另一为亮区（新拉裂的断面）。

3）在暗区边缘沿花键根部有一明显的淬火裂纹（因它而扩散到整个暗区，形成断裂面）。

4）断口金相颗粒比较细小均匀，说明热处理正常。

图23．基本分析1）暗区系零件中频淬火时，因花键根部出现淬裂导致该区大面积与主体裂开。

材料的力学性能－断裂与断口分析材料的断裂断裂是工程材料的主要失效形式之一。

工程结构或机件的断裂会造成重大的经济损失，甚至人员伤亡。

如何提高材料的断裂抗力，防止断裂事故发生，一直是人们普遍关注的课题。

任何断裂过程都是由裂纹形成和扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。

对断裂的研究，主要关注的是断裂过程的机理及其影响因素，其目的在于根据对断裂过程的认识制定合理的措施，实现有效的断裂控制。

✓材料在塑性变形过程中，会产生微孔损伤。

✓产生的微孔会发展，即损伤形成累积，导致材料中微裂纹的形成与加大，即连续性的不断丧失。

✓损伤达到临界状态时，裂纹失稳扩展，实现最终的断裂。

按断裂前有无宏观塑性变形，工程上将断裂分为韧性断裂和脆性断裂两大类。

断裂前表现有宏观塑性变形者称为韧性断裂。

断裂前发生的宏观塑性变形，必然导致结构或零件的形状、尺寸及相对位置改变，工作出现异常，即表现有断裂的预兆，可能被及时发现，一般不会造成严重的后果。

脆性断裂断裂前，没有宏观塑性变形的断裂方式。

脆性断裂特别受到人们关注的原因：脆性断裂往往是突然的，因此很容易造成严重后果。

脆性断裂断裂前不发生宏观塑性变形的脆性断裂，意味着断裂应力低于材料屈服强度。

对脆性断裂的广义理解，包括低应力脆断、环境脆断和疲劳断裂等。

脆性断裂一般所谓脆性断裂仅指低应力脆断，即在弹性应力范围内一次加载引起的脆断。

主要包括：与材料冶金质量有关的低温脆性、回火脆性和蓝脆等；与结构特点有关的如缺口敏感性；与加载速率有关的动载脆性等。

材料的断裂比较合理的分类方法是按照断裂机理对断裂进行分类。

微孔聚集型断裂、解理断裂、准解理断裂和沿晶断裂。

有助于→揭示断裂过程的本质→理解断裂过程的影响因素→寻找提高断裂抗力的方法。

材料的断裂将环境介质作用下的断裂和循环载荷作用下的疲劳断裂按其断裂过程特点单独讨论。

金属材料的断裂－静拉伸断口材料在静拉伸时的断口可呈现3种情况：(a)(b)：平断口；(c)(d)：杯锥状断口；(e)尖刃断口平断口：材料塑性很低、或者只有少量的均匀变形，断口齐平，垂直于最大拉应力方向。

断口分析报告1. 背景断口分析是一种通过观察和研究材料的断口特征，以了解材料断裂的原因和性质的方法。

断口分析在材料科学、工程和事故调查等领域都有广泛的应用。

本报告旨在对某一断口进行分析，以确定断裂原因并提供相关建议。

2. 断口特征通过对断口的观察，我们可以得出以下一些断口特征：2.1 断裂模式根据断裂的形态和特征，我们可以将断裂模式分为以下几种类型：•韧性断裂：断口较为平整，可见一些拉伸痕迹。

•脆性断裂：断口光滑，没有明显的变形或拉伸痕迹。

•疲劳断裂：断裂面呈现出扇形状的纹理，通常伴随着细小的裂纹。

2.2 断口形貌根据断口的形貌，我们可以得到以下一些关键信息：•断口表面的平整程度，可以判断材料的韧性。

•断口表面的颜色和气泡，可以了解材料的杂质含量和成分。

•断口表面的纹理和条纹，可以用于判断断裂过程中的应力分布和应力集中。

2.3 断口特征的意义通过对断口特征的分析，我们可以初步判断断裂原因、材料的性能和失效机制。

断口特征的意义如下：•韧性断口表明材料具有较好的韧性和延展性。

•脆性断口表明材料可能存在缺陷或材料本身较脆性。

•疲劳断裂表明材料长期受到了交变载荷的影响，可能需要进行疲劳寿命的评估。

3. 断裂原因分析基于对断口特征的观察和分析，我们进行进一步的断裂原因分析。

断裂原因分为以下几个方面：3.1 材料缺陷材料缺陷是引起断裂的常见原因之一。

缺陷可以存在于材料的制备、成型和使用过程中。

常见的材料缺陷包括：气孔、夹杂物、夹层等。

通过观察断口特征，我们可以判断是否存在明显的材料缺陷。

3.2 施加载荷材料在受到外部力的作用下可能会发生断裂。

施加在材料上的载荷可能包括拉力、压力、剪切力等。

通过观察断口形貌和纹理，我们可以初步判断受力方向和载荷大小。

3.3 环境因素环境因素也可能对材料的断裂起到一定的影响。

例如，高温、湿度、腐蚀等环境条件可能导致材料的性能变化和失效。

通过分析断口的颜色、气泡等特征，我们可以初步判断是否存在环境因素导致的断裂。

研究生实验教学指导书《材料失效分析》课程实验实验指导书分析测试中心编写撰写人：王淑艳江苏科技大学材料科学与工程学院2012年 3月实验一：《断口分析》一、实验目的1．了解断口分析常用的设备和方法；2．掌握超景深显微镜和扫描电镜主要结构及操作方法；3．掌握韧性断裂和脆性断裂的评定方法；4、掌握典型断口的宏观断口和微观断口的特征。

二、实验内容、零件表面或内部的连续性遭到破坏而最终破断的断裂面称为断口，包括为了分析研究目的人为将裂纹打开形成的断面。

断口分析，是用肉眼、低倍放大镜、光学显微镜、电子显微镜、电子探针、俄歇电子能谱、离子探针质谱等仪器设备，对断口表面进行观察及分析，以便找出断裂的形貌特征、成分特点及相结构等与致断因素的内在联系，它是失效分析中非常重要的方法与手段。

按裂纹的性质断裂可分为塑性断裂与脆性断裂，断裂前如有明显的宏观塑性变形（通常变形量大于5%的）称为塑性断裂，断裂前如没有宏观塑性变形脆性断裂。

断口分析分为宏观分析和微观分析。

典型断口包括静拉伸断口、冲击断口、疲劳断口1、宏观断口特征（1）静拉伸断口塑性金属静拉伸试验中，试样经弹性变形，在颈缩关的塑性变形和形变强化阶段，试样上的变形是均匀的，颈缩开始后，变形便集中于颈部。

拉伸断裂发生于颈部危险截面处，开成杯锥状断口，如图1所示，断口中心是在三向应力状态下，裂纹首先形成的地方，因吸收了大量塑性变形功而丧失了金属光泽，呈纤维状，称为纤维区，纤维区外面有一圈形形似山脊的放射状花样，称为放射区，最外层在与拉力轴线成立45度的斜断口部分，这是最终断裂时，在最大切应力方向上大量滑移变形形成的，表面光滑，称为剪切唇。

宏观断口上的纤维区、放射区、剪切唇合称为金属断口的三要素，如试验的温度、试样的形状和加载条件。

图1 圆形试样静拉伸断口图2 圆形试样静拉伸断口示意图（ 2）冲击断口冲击试样一侧开有V型或U型缺口，与这相对的一侧不开缺口，承受摆锤冲击。

其断裂过程为：首先在缺口附近形成裂纹，并向前扩展，若为塑性材料，则在缺口根部附近形成纤维断口区，此后，裂化纹快速扩展时，形成放射区，裂纹前沿接近试样周边时，形成剪切唇，冲击试样宏观断口形貌如图3 所示。

材料断口分析材料断口分析是一种重要的金相分析方法，通过观察金属材料在受力作用下的断口形貌，可以了解材料的性能和断裂特点。

在工程实践中，材料断口分析可以帮助工程师和科研人员更好地理解材料的性能，为材料的选用、加工和改进提供重要依据。

首先，材料断口分析需要对断口形貌进行详细的观察和描述。

通常情况下，金属材料的断口形貌可以分为韧性断口、脆性断口和疲劳断口三种类型。

韧性断口表现为比较光滑的断口，通常发生在具有良好塑性的金属材料上，表明材料具有较好的韧性和延展性。

脆性断口则表现为比较粗糙的断口，常见于强度较高但塑性较差的金属材料上，表明材料的抗拉强度较高但延展性较差。

疲劳断口则表现为呈现出一定的条纹状和海浪状的形貌，通常发生在金属材料长期受到交变载荷作用下，表明材料具有较好的耐疲劳性能。

其次，材料断口分析需要结合金相显微镜等仪器进行金相组织的观察和分析。

金相组织的观察可以帮助我们更加深入地了解材料的内部结构和性能。

通过金相显微镜观察，我们可以清晰地看到金属材料的晶粒结构、夹杂物分布和相变组织等信息，这些信息对于分析材料的性能和断裂特点具有重要意义。

最后，材料断口分析还需要进行断口形貌和金相组织的综合分析。

通过综合分析，我们可以更加全面地了解材料的性能和断裂特点，为材料的选用、加工和改进提供科学依据。

在实际工程中，材料断口分析可以帮助我们及时发现材料存在的问题，并采取相应的措施进行改进，保证工程的安全可靠性。

综上所述，材料断口分析是一种重要的金相分析方法，通过观察金属材料在受力作用下的断口形貌和金相组织，可以全面地了解材料的性能和断裂特点。

在工程实践中，材料断口分析具有重要的应用价值，可以为工程设计和科研实验提供重要依据，推动材料科学的发展和进步。

断口分析报告1. 引言本报告旨在对断口分析进行详细的说明和解释。

通过针对断口现象进行观察和分析，我们可以获得有关材料性能、工艺参数和破裂机制的重要信息。

断口分析是材料科学和工程领域中常见的实验技术，它对于材料的质量控制、故障分析和产品改进具有重要意义。

2. 断口形貌观察断口形貌观察是断口分析的第一步。

通过使用光学显微镜或扫描电子显微镜，我们可以对断口的形貌进行详细观察和分析。

断口形貌可以提供有关断裂过程和破坏模式的重要线索。

2.1 层状断口层状断口是一种常见的断口形貌，它表现为明显的层状结构。

这种断口形貌通常与延性材料的断裂机制相关，如拉伸载荷下的金属断裂。

2.2 河流状断口河流状断口是另一种常见的断口形貌，它表现为河流状的纹理。

这种断口形貌通常与脆性材料的断裂机制相关，如在低温条件下的金属断裂。

2.3 颗粒状断口颗粒状断口是一种由细小颗粒组成的断口形貌。

这种断口形貌通常与颗粒增强复合材料的断裂机制相关，如纤维增强聚合物复合材料。

3. 断口分析方法3.1 化学分析化学分析是一种常用的断口分析方法，它可以通过对断裂面进行化学成分分析来确定材料的成分。

通过比较断口区域和未破裂区域的化学成分差异，我们可以获得有关材料制备和加工过程中的变化信息。

3.2 热分析热分析是一种通过对断裂样品进行热处理和热解来研究其热性能的方法。

热分析技术包括热重分析、差热分析和热失重分析等。

通过热分析，我们可以了解材料的热稳定性、熔点、热分解温度等重要参数。

3.3 X射线衍射分析X射线衍射分析是一种通过对断裂样品进行X射线衍射实验来研究其晶体结构的方法。

通过分析断口区域和未破裂区域的晶体结构差异，我们可以获得有关材料晶体结构和晶格畸变的信息。

4. 断口分析的应用断口分析在材料科学和工程领域有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：4.1 产品质量控制通过对断口进行分析，可以帮助我们了解产品的质量和使用寿命。

通过分析断口形貌和断口特征，我们可以判断制造过程中可能存在的问题，并采取相应的措施来提高产品质量。

断口分析是研究金属断裂面的学科，是断裂学科的组成部分。

金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，称断口。

简介断口分析(一)断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直受到重视。

通过断口的形态分析去研究一些断裂的基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。

如果要求深入地研究材料的冶金因素和环境因素对断裂过程的影响，通常还要进行断口表面的微区成分分析、主体分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等。

随着断裂学科的发展，断口分析同断裂力学等所研究的问题更加密切相关，互相渗透，互相配合；断口分析的实验技术和分析问题的深度将会取得新的发展。

断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。

断口的宏观和微观观察断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。

通常把低于40倍的观察称为宏观观察，高于40倍的观察称为微观观察。

对断口进行宏观观察的仪器主要是放大镜(约10倍)和体视显微镜（从5～50倍）等。

在很多情况下,利用宏观观察就可以判定断裂的性质、起始位置和裂纹扩展路径。

但如果要对断裂起点附近进行细致研究，分析断裂原因和断裂机制，还必须进行微观观察。

断口的微观观察经历了光学显微镜（观察断口的实用倍数是在50～500倍间）、透射电子显微镜（观察断口的实用倍数是在1000～40000倍间）和扫描电子显微镜（观察断口的实用倍数是在20～10000倍间）三个阶段。

因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面，观察断口所用的显微镜要具有最大限度的焦深，尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。

扫描电子显微镜最能满足上述的综合要求，故近年来对断口观察大多用扫描电子显微镜进行。

断裂微观机制的分析，有可能把断口的形貌分析同断裂力学指标联系起来，其中最重要的成果之一是系统地建立了断裂机制图，这对解决一些工程断裂问题十分有用。