材料断口分析(第5-6章)
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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的真正原因而贻误了战机。
这里结合整改过程中的一些实例作些介绍,希望能对您有所帮助!对于汽车常用碳素钢和合金钢而言,其常见断口有:1.韧性(塑性)断口:发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂。
断口形貌为韧性(塑性)断口,断口呈暗灰色没有金属光泽看不到颗粒状形貌,断口上有相当大的延伸边缘。
2.疲劳弯曲断口:2-1 在抗拉极限范围内的疲劳弯曲断口:出现典型的疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区特征(下面将详述)。
2-2 超过抗拉极限范围内的弯曲断口:不具有典型的疲劳断口特征,属于不正常的弯曲断裂。
其断口特征:沿弯曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层;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,换句话说可能有多处疲劳裂纹源区,这需要我们去仔细解读疲劳断口。
3-2 疲劳裂纹扩展区:是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。
它是判断疲劳断裂的最重要的特征区。
它以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线,也称疲劳弧线呈“贝纹状”。
疲劳弧线是因机器运转时的负载变化、反复启动和停止而留下的塑性变形痕迹线。
金属材料的塑性好、工作温度高及有腐蚀介质存在时则弧线清晰。
3-3 瞬时断裂区:由于疲劳裂纹不断扩展使机件的有效断面减小,因此应力不断增加直至截面应力达到材料许用应力时,瞬时断裂便发生了。
第五章金属材料的主要性能1 金属材料的力学性能指的是什么性能?常用的力学性能包括哪些方面的内容?答:金属的力学性能是指在力的作用下,材料所表现出来的一系列力学性能指标,反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力。
主要包括:强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳等。
2 衡量金属材料强度、塑性及韧性常用哪些性能指标?各用什么符号和单位表示?答:衡量金属材料的强度指标为:比例极限σp、弹性极限σe、弹性模量E、屈服强度σs、抗拉强度σb、屈强比σs/σb。
衡量金属材料的塑性指标为:延伸率δ、断面收缩率ψ。
衡量金属材料的韧性指标为:冲击韧性指标:冲击吸收功Ak;断裂韧性指标:断裂韧度。
3、硬度是否为金属材料独立的性能指标?它反映金属材料的什么性能?有5种材料其硬度分别为449HV、80HRB 、291HBS 、77HRA 、62 HRC,试比较五种材料硬度高低。
答:硬度不是金属材料的独立性能(它与金属抗拉强度成正比),是反映材料软硬程度的指标,表征材料表面抵抗外物压入时所引起局部塑性变形的能力。
80HRB<291HBS<449HV<77HRA <62HRC。
4、为什么说金属材料的力学性能是个可变化的性能指标?答:(1)温度的改变会影响金属的塑性,而塑性与韧性和强度、硬度有关,则改变温度会导致力学性能改变;(2)不同的承载情况会改变材料的力学性能,如很小的交变载荷也可使钢丝折断;不同的加工工艺也会改变材料的力学性能(为了使材料有不同的性能来满足我们的需要,就用了回火、淬火、正火等加工工艺)。
5、金属材料的焊接性能包括哪些内容?常用什么指标估算金属材料的焊接性能?答:金属的焊接性能:①接合性能:金属材料在一定焊接工艺条件下,形成焊接缺陷的敏感性。
②使用性能:某金属材料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要求的适应性,也就是焊接接头承受载荷的能力。
金属的焊接性能指标:碳当量、冷裂纹敏感系数。
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。
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。
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的真正原因而贻误了战机。
这里结合整改过程中的一些实例作些介绍,希望能对您有所帮助!对于汽车常用碳素钢和合金钢而言,其常见断口有:1.韧性(塑性)断口:发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂。
断口形貌为韧性(塑性)断口,断口呈暗灰色没有金属光泽看不到颗粒状形貌,断口上有相当大的延伸边缘。
2.疲劳弯曲断口:2-1 在抗拉极限范围内的疲劳弯曲断口:出现典型的疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区特征(下面将详述)。
2-2 超过抗拉极限范围内的弯曲断口:不具有典型的疲劳断口特征,属于不正常的弯曲断裂。
其断口特征:沿弯曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层;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,换句话说可能有多处疲劳裂纹源区,这需要我们去仔细解读疲劳断口。
3-2 疲劳裂纹扩展区:是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。
它是判断疲劳断裂的最重要的特征区。
它以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线,也称疲劳弧线呈“贝纹状”。
疲劳弧线是因机器运转时的负载变化、反复启动和停止而留下的塑性变形痕迹线。
金属材料的塑性好、工作温度高及有腐蚀介质存在时则弧线清晰。
3-3 瞬时断裂区:由于疲劳裂纹不断扩展使机件的有效断面减小,因此应力不断增加直至截面应力达到材料许用应力时,瞬时断裂便发生了。
断口学内容简介内容简介作为失效学体系的理论论著之一,本书是作者集30多年来在断口学领域的理论研究成果和实践经验撰写而成的一本专著。
作者在吸取前人研究成果的基础上,全面系统地阐述了断口学研究的意义、方法和内容。
本书简要介绍了断口学的理论基础——断裂力学基础和断裂物理基础,详细说明了断口分析所用的技术和分析思路,从断裂机理、断口特征、断口诊断和断口定量分析等方面着重介绍了韧性断裂形成的断口、脆性断裂形成的断口(包括环境促使脆性断裂形成的断口)和疲劳断裂形成的断口等三大类断口,同时还列举了一些实际例子来说明断口学在断裂失效分析中的应用。
本书是近20年来断口学领域的第一本专著,从宏观到微观,从定性到定量,从原因诊断到机理研究,阐述了断口学的形成和发展。
书中加入了一些作者的研究成果,如以断裂事故宏微观断口的定性和定量诊断判据为依据的断口分析诊断技术、金属疲劳断口宏微观断口物理数学模型和定量反推分析、冷脆断裂机理和韧脆转移的工程应用等。
另外,书中附有大量的断口图片,形象地说明断口的特征,便于读者对断口的理解。
本书对工程金属材料、机械、失效分析预测预防等领域的科技人员有较高的指导作用和参考价值。
目录第一章绪论1.1 断口分析的重要性1.2 历史、现状和展望1.3 断口的分类参考文献第二章断裂力学基础2.1 断裂力学的起源和发展2.2 断裂力学准则判据及相互之间的关系2.3 材料的断裂韧度参考文献第三章断裂物理基础3.1 断裂宏观理论3.2 断裂微观理论参考文献第四章断口分析的技术断口分析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。