材料断口分析(第2-4章)

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。

⾦属断⼝机理及其分析名词解释延性断裂：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：显微观察疲劳断⼝时，断⼝上细⼩的，相互平⾏的具有规则间距的，与裂纹扩展⽅向垂直的显微条纹。

正断：断⾯取向与最⼤正应⼒相垂直（解理断裂、平⾯应变条件下的断裂）韧性：材料从变形到断裂过程中吸收能量的⼤⼩，是材料强度和塑性的综合反映。

冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的⾯积。

位向腐蚀坑技术：利⽤材料腐蚀后的⼏何形状与晶⾯指数之间的关系研究晶体取向，分析断裂机理或断裂过程。

河流花样：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。

其形状类似地图上的河流。

断⼝萃取复型：利⽤AC 纸将断⼝上夹杂物或第⼆相质点萃取下来做电⼦衍射分析确定这些质点的晶体结构。

氢脆：⾦属材料由于受到含氢⽓氛的作⽤⽽引起的低应⼒脆断。

卵形韧窝：⼤韧窝在长⼤过程中与⼩韧窝交截产⽣的。

等轴韧窝：拉伸正应⼒作⽤下形成的圆形微坑。

均匀分布于断⼝表⾯，显微洞孔沿空间三维⽅向均匀长⼤。

第⼀章断裂的分类及特点1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。

脆性断裂裂纹源：材料表⾯、内部的缺陷、微裂纹；断⼝：平齐、与正应⼒相垂直，⼈字纹或放射花纹。

延性断裂裂纹源：孔⽳的形成和合并;断⼝：三区，⽆光泽的纤维状，剪切⾯断裂、与拉伸轴线成45o .2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。

穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部、可能为脆性断裂也可能是延性断裂；沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多属脆断。

应⼒腐蚀断⼝，氢脆断⼝。

3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳断裂 4根据断⾯的宏观取向与最⼤正应⼒的交⾓分：正断、切断正断：断⾯取向与最⼤正应⼒相垂直（解理断裂、平⾯应变条件下的断裂）切断：断⾯取向与最⼤切应⼒相⼀致，与最⼤应⼒成45o交⾓（平⾯应⼒条件下的撕裂）根据裂纹尖端应⼒分布的不同，主要可分为三类裂纹变形：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）a Y K c c πσ?=1：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）。

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。

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”。

疲劳断口示意图疲丐源疲劳区（贝纹区）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切和aj JJDOO-DB 口-D e sciljKD 450DGQ 0D 45QCJI ?^*■?住沓40"-&|>住©*4& QGIO4OO&Q o a&IJ 00'g "6 令 0 b K 0吕占0 0菖®1&QQ0『00flD劈曰-D0B *■?* I'.n-IQIDlwJldjg^Jooo&pcaDaOQd *Lg 日da00!口巳u M £ -I &D H &&&口負 L-CO O QO 口 QID C^--dcoo存在时则弧线清晰。

常见材料失效形式与分析1.概述材料失效分析技术包括：感官检查、断口分析、化学成分分析、力学性能测试、组织分析、无损检测、残余应力测试、结构受力分析、使用维护分析、环境分析等。

其中断口分析是重要的一环。

材料失效形式有断裂、变形、腐蚀、磨损等。

在机械装备的各类失效中以断裂失效最主要、危害最大。

断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。

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。

对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式及断裂类型的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索，并且可以作为冲击试验转变温度的确定依据。

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。

本实验的主要内容为：观察不同载荷下失效的金属断口的宏观形貌和微观形貌，掌握其宏观形貌特征和微观形貌特征。

2.实验目的（1）了解拉伸、冲击、疲劳断口各特征区的构成及形貌特征；（2）掌握判定断口承载类型及断裂性质的方法。

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（SCQ-200）一台；（3）拉伸、冲击、疲劳断口试样若干；（4）放大镜一只；（5）吹风机一只；（6）丙酮、无水酒精、导电胶带若干。

4.实验原理4.1断口形貌特征：（1）宏观形貌特征包括断口附近的残留塑性变形特征，如：缩颈量的多少、表面的凹凸程度，有无剪切唇等；断口的光泽和颜色：各区域的颜色及亮、暗程度，氧化腐蚀产物的颜色；断口的形貌特征花样：如纤维状、结晶状、发光小平面、放射线、弧形线等；特征区的位置、分布、面积；材料内部缺陷的痕迹等。

（2）微观形貌特征断口上常见的微观特征有：韧窝，特征包括微孔深度、大小，微孔形态（等轴、剪切、撕裂）等；滑移，具有滑移线、蛇形花样、涟波花样和延伸区（平直区）等特征；解理，包括台阶、河流、舌状、扇形、鱼骨状花样及瓦纳线等特征。

准解理，介于解理断裂与塑性断裂间的一种过渡断裂形式，具有解理小平面、撕裂棱、浅韧窝、涟波花样及延伸区等特征；沿晶断裂，具有岩石状、冰糖状等特征；疲劳，具有条带、二次裂纹、轮胎花样等特征；腐蚀，具有氧化物、腐蚀产物、泥纹等特征。

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。