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断口分析技术及其在失效分析中的应用1 . 前言断口是断裂过程的最真实、完整的纪录，从宏观到微观的断口分析可以揭示断裂过程中从裂纹的形核、长大到断裂的各个进程中主断裂面的受力情况、介质环境情况、材料制造情况、以及损伤过程等。
断口分析是通过肉眼观察，和借助显微分析仪器对断裂过程在断裂件上留下的痕迹进行的综合分析和检测，目的是通过分析揭示断裂的过程、断裂的性质和研究断裂机理。
断口分析需要结合断裂件的材料组织结构特征和使用环境状况等方面的知识，才能得出正确的判断。
断口分析的三大作用：1 作为结构材料研究的重要内容之一，用于研究材料的断裂机理； 2 断裂失效分析； 3 评价材料。
断口分析分为宏观断口分析和微观断口分析两部分，二者必须相互结合。
宏观断口分析主要是用肉眼或借助普通放大镜进行观察，从而分析裂纹的扩展方向、断裂的起源位置、断裂过程的载荷情况等断裂的宏观特征；微观断口分析需要借助光学和电子显微分析仪器进行观察和分析，通过对断口的微观形态、结晶学特征、残留元素成分等理化特征的分析，确定断裂的类型和断裂的机理。
断口分析是断裂失效分析的基础，它是建立在人们对各种材料和环境组合下得到的断口的宏观、微观特征和断裂机理研究的长期知识积累的基础之上的。
断裂失效分析是断口分析最重要的运用方面，是判明断裂失效原因的唯一途径，其作用是：1 判定事故责任；2 寻求改善和提高；（改进设计、完善检验措施、改善使用条件；从而使装备的整体性能得到改进）3 为改善管理、预防事故的再次发生提供依据。
因为断口是断裂过程的真实记录，是第一手最可靠的证据，因此断口分析的判断正确与否成为断裂失效分析结论正确与否的关键。
由于工程上的材料和断裂过程千差万别，而且断裂事件发生后，断口常常会受到不同程度的污染和损坏，因此实物断口通常与我们在教科书上所见的不尽一样，甚至相去甚远，这使得工程上的断口分析变得相当复杂。
常常能看见，对于同样的断口，不同人员得出不同判断的情况，往往是因为片面地生套书本所致。
机械装备的失效分析（续前）第3讲断口分析技术（上）王荣【摘要】Firstly,the three elements of mechanical equipment failure fracture and the basic morphology characteristics of various fractures were introduced.Then,the fracture analysis technique was introduced in detail from the acquisition methods of fracture specimens to the instruments used for fracture analysis.The contents and tasks of fracture macro and micro analysis were summarized.It was exemplified that thorough and detailed macro and micro fracture analysis could help to determine the crack propagation direction,fracture source position, fracture property and second-order failure mode.Finally,some failure cases were cited to showthe importance of fracture analysis technique for the whole failure analysis.%首先介绍了机械装备失效断口的三要素以及各种断口的基本形貌特征。
然后，对于断口分析技术，从断口试样的获取方法到断口分析使用的仪器均进行了详细的介绍，并对断口的宏观分析及微观分析的内容、任务进行了详细归纳和总结；同时举例说明了通过对断口进行深入细致的宏观、微观分析，可以判断裂纹扩展方向、断裂源位置、断裂性质，甚至构件的二级失效模式。
失效分析专题讲座第四、五、六期失效分析技术傅国如1,2张峥1（1.北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100083）（2.北京航空工程技术研究中心，北京100076）摘要：失效分析技术主要包括痕迹分析技术、裂纹分析技术和断口分析技术等相关内容。
本文简要介绍了这三种分析技术的基本概念、主要内容、一般程序和基本方法，以及它们在工程失效分析中的应用。
关键词：失效分析技术；痕迹分析技术；裂纹分析技术；断口分析技术中图分类号：T 文献标示码：A 文章编号：FAILURE ANALYSIS TECHNOLOGYFU Guo-ru1,2Zhang Zheng1(1.School of Materials Science and Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China)(2.Beijing Aeronautical Technology Research Center, Beijing 100076, China)Abstract: There are trace analysis technology, crack analysis technology and fractography analysis technology in failure analysis technology. The basic concept, principal content, common process and basic means are introduced in this paper. The application of these three techniques in engineering failure analysis was also introduced in this paper.Keywords: Failure Analysis technology; Trace analysis technology; Crack analysis technology; Fractography analysis technology失效分析是一门系统工程，其中的分析技术是其理论和实践基础。
机械产品的失效一般可分为非断裂失效与断裂失效两大类。
非断裂失效一般包括磨损失效、腐蚀失效、变形失效及功能退化失效等。
断裂失效是机械产品最主要和最具危险性的失效其分类比较复杂一般有如下几种: 1按断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、沿晶断裂和疲劳断裂2按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂3按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。
在失效分析实践中大都采用这种分类法。
断裂失效分析是从分析断口的宏观与微观特征入手确定断裂失效模式分析研究断口形貌特征与材料组织和性能、零件的受力状态以及环境条件如温度、介质等等之间的关系揭示断裂失效机理、原因与规律进而采取改进措施与预防对策。
从本期起分期介绍韧性、脆性及疲劳三类断裂失效分析的基础知识及典型失效案例分析。
. 韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂即零件断裂之前在断裂部位出现较为明显的塑性变形。
在工程结构中韧性断裂一般表现为过载断裂即零件危险截面处所承受的实际应力超过了材料的屈服强度或强度极限而发生的断裂。
在正常情况下机载零件的设计都将零件危险截面处的实际应力控制在材料的屈服强度以下一般不会出现韧性断裂失效。
但是由于机械产品在经历设计、用材、加工制造、装配直至使用维修的全过程中存在着众多环节和各种复杂因素因而机械零件的韧性断裂失效至今仍难完全避免。
. 工程材料的显微结构复杂特定的显微结构在特定的外界条件如载荷类型与大小环境温度与介质下有特定的断裂机理和微观形貌特征。
金属零件韧性断裂的机理主要是滑移分离和韧窝断裂。
2.2.1 滑移分离韧性断裂最显著的特征是伴有大量的塑性变形而塑性变形的普遍机理是滑移即在韧性断裂前晶体产生大量的滑移。
过量的滑移变形会出现滑移分离其微观形貌有滑移台阶、蛇形花样和涟波等。
因此有必要对滑移分离加以叙述。
1滑移带晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线滑移部分的晶体与晶体表面形成的台阶称为滑移台阶。
由这些数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。
