材料断口分析(第7-8章)

金属材料断口分析的步骤与方法金属材料断口分析是一项综合性很强的技术分析工作，通常需要采用多种仪器联合测试检验的结果，从宏观到微观，从定性到定量进行研究分析。

因此，需要严格的科学态度和有步骤的操作。

断口分析的步骤包括：选择、鉴定、保存和清洗试样；宏观检验和分析断裂表面、二次裂纹以及其他表面现象；微观检验和分析；金相剖面的检验和分析以及化学分析；断口定量分析，如断裂力学方法；模拟试验等。

在进行断裂构件的处理和断口的保存时，需要采取措施把断口保存好并尽快制定分析计划。

对于不同情况下的断口，应采用不同的方法进行处理。

例如，对于大气中的新鲜断口，应立即放入干燥器内或真空干燥器内而不必清洗；对于带有油污的断口，应先用有机溶剂溶去油污，最后用无水乙醇清洗吹干；在腐蚀环境下发生断裂的断口，则需要进行产物分析。

通常可以采用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，得出结论后再去掉产物观察断口形貌。

总之，断口分析是一项重要的金属材料分析技术，需要严格的科学态度和有步骤的操作。

去除腐蚀产物的方法之一是干剥法。

使用醋酸纤维纸（AC纸）进行清理是最有效的方法之一，特别是在断口表面已经受到腐蚀的情况下。

将一条厚度约为1mm的AC纸放入丙酮中泡软，然后放在断口表面上。

在第一张条带的背后衬上一块未软化的AC纸，然后用夹子将复型牢牢地压在断口表面上。

干燥后，使用小镊子将干复型从断口上揭下来。

如果断口非常污染，可以重复操作，直到获得一个洁净无污染的复型为止。

这种方法的一个优点是，它可以将从断口上除去的碎屑保存下来，以供以后鉴定使用。

此外，还可以使用复型法来长期保存断口。

断口表面不能使用酸溶液清洗，因为这会影响断口分析的准确性。

对于在潮湿空气中暴露时间比较长、锈蚀比较严重的断口，以及高温下使用的有高温氧化的断口，一定要去除氧化膜后才能观察，以避免假象。

如果一般有机溶液、超声波洗涤和复型都不能洁净断口表面，可以采用化学清洗。

第8章材料的变形与断裂材料的变形与断裂是材料科学中的重要研究内容，对于了解材料的性能和使用寿命具有重要意义。

材料的变形是指在外力作用下，材料的形状、尺寸或结构发生改变的过程。

而断裂则是指在外力作用下，材料由于受到极限载荷或破坏源的影响，导致形成裂纹最终导致材料的破裂。

材料的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种情况。

在小应力作用下，材料会发生弹性变形，即在去除外力后能够恢复其原状。

而在大应力作用下，材料会发生塑性变形，即即使去除外力，材料也无法完全恢复其原状。

材料的弹性模量是一个衡量材料抗弹性变形能力的重要参数，不同材料具有不同的弹性模量，常见材料如金属具有较大的弹性模量，而聚合物则具有较小的弹性模量。

材料的塑性变形是材料工程中非常重要的一个特性，塑性变形不仅与材料的力学性能有关，还与材料的微观结构和晶格缺陷等因素有关。

材料在塑性变形过程中会产生塑性应变和塑性应力，塑性应变是材料发生塑性变形时所引起的应变，而塑性应力则是材料发生塑性变形时所引起的应力。

常见的材料塑性变形包括屈服、流动、硬化等过程。

材料的断裂是指在外力作用下，材料发生了破裂。

材料的断裂主要分为两种形式：韧性断裂和脆性断裂。

韧性断裂是指材料在外力作用下具有一定韧性，在发生破裂前能够发生大量的塑性变形。

而脆性断裂则是指材料在外力作用下没有发生明显的塑性变形，很快发生破裂。

韧性断裂常见于许多金属材料，而脆性断裂则常见于一些玻璃、陶瓷等材料。

材料的断裂形式可以通过断口分析来确定。

不同的断口形式对应着不同的材料断裂机制。

常见的断裂形式有拉断、韧窝断裂、脆窝断裂等。

拉断是指材料发生拉伸断裂，断口两侧平整光滑，常见于高强度的金属材料。

而韧窝断裂则是指材料发生韧性断裂，断口两侧有明显的韧窝。

脆窝断裂则是指材料发生脆性断裂，断口两侧有明显的断裂窝。

通过对断口形态的观察可以判断材料的断裂机制和断裂韧性。

材料的变形和断裂不仅仅涉及到力学性能的研究，还和材料的制备工艺、微观结构、晶体缺陷、应力和温度等因素有关。

精心整理名词解释延性断裂：金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。

蠕变：金属长时间在恒应力，恒温作用下，慢慢产生塑性变形的现象。

准解理断裂：断口形态与解理断口相似，但具有较大塑性变形（变形量大于解理断裂、小于延性断裂）是一种脆性穿晶断口沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。

解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。

应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断疲劳辉纹纹。

正断韧性： 河流花样 氢脆：卵形韧窝等轴韧窝1.2.34裂纹张开型、边缘滑开型（正向滑开型）、侧向滑开型（撒开型） 裂纹尺寸与断裂强度的关系Kic ：材料的断裂韧性，反映材料抗脆性断裂的物理常量（不同于应力强度因子，与K 准则相似） ：断裂应力（剩余强度）a ：裂纹深度（长度）Y ：形状系数（与试样几何形状、载荷条件、裂纹位置有关） 脆性材料K 准则：KI 是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量，是表征裂纹尖端应力场强度的计算量； KIC 是材料固有的机械性能参量，是表示材料抵抗脆断能力的试验量第二章裂纹源位置的判别方法：T型法（脆断判别主裂纹），分差法（脆断判别主裂纹），变形法（韧断判别主裂纹），氧化法（环境断裂判别主裂纹），贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）。

断口的试样制备：截取，清洗，保存。

断口分析技术设备：1.宏观断口分析技术（用肉眼，放大镜，低倍率光学显微镜观察分析）2.光学显微断口分析（扫描电子显微镜光学显微镜，透射电子显微镜），3.电镜断口分析。

第三章延性断裂：12.3．1（1约成45（2（321.2.（1）内颈缩扩展：质点大小、分布均匀，韧窝在多处形核（裂纹萌生），随变形增加，微孔壁变薄，以撕裂方式连接（2）剪切扩展：材料中具有较多夹杂物，同时具有细小析出相时，微孔之间可能以剪切方式相连接。

注意：内颈缩扩展与剪切扩展在同一韧窝断口上可能同时发生。

影响韧窝的形貌因素：夹杂物或第二相粒子，基体材料的韧性，试验温度，应力状态。

金属的断裂条件及断口金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。

断裂是裂纹发生和发展的过程。

1. 断裂的类型根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。

韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。

脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。

韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。

韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。

2. 断裂的方式根据断裂面的取向可分为正断和切断。

正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。

切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。

3. 断裂的形式裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。

穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。

晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。

机器零件断裂后不仅完全丧失服役能力，而且还可能造成不应有的经济损失及伤亡事故。

断裂是机器零件最危险的失效形式。

按断裂前是否产生塑性变形和裂纹扩展路径做如下分类。

韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，用肉眼或低倍显微镜观察时，断口呈暗灰色纤维状，有大量塑性变形的痕迹。

脆性断裂则相反，断裂前从宏观来看无明显塑性变形积累，断口平齐而发亮，常呈人字纹或放射花样。

宏观脆性断裂是一种危险的突然事故。

脆性断裂前无宏观塑性变形，又往往没有其他预兆，一旦开裂后，裂纹迅速扩展，造成严重的破坏及人身事故。

因而对于使用有可能产生脆断的零件，必须从脆断的角度计算其承载能力，并且应充分估计过载的可能性。

. 金属材料产生脆性断裂的条件（1）温度任何一种断裂都具有两个强度指标，屈服强度和表征裂纹失稳扩散的临界断裂强度。

温度高，原子运动热能大，位错源释放出位错，移动吸收能量；温度低反之。

（2）缺陷材料韧性裂纹尖端应力大，韧性好发生屈服，产生塑性变形，限制裂纹进一步扩散。

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。

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。