金属材料失效分析断裂VIP免费

金属材料失效分析1-断裂概述失效：材料或金属构件（零部件）由于尺寸、形状或材料组织与性能发生变化而引起的不能完成指定的功能。（引起因素：材料、工艺、设计、环境、制造、使用）失效类型：变形失效、断裂失效、腐蚀失效、磨损失效失效分析：对材料及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。失效分析目的与意义目的：明确失效类型找出失效原因提出改进和预防措施意义：防止事故发生，减少损失采取改进方法和预防措施提高材料使用寿命和质量主要内容1、材料失效：断裂、腐蚀、磨损（类型、过程、机理、形貌特征）2、失效分析方法和技术3、失效分析实例断裂失效分析第一章金属的断裂§1断裂分类§2断口三要素§3断裂过程§4断裂强度概述一、基本概念断裂：材料在特定条件（σ、T、介质）下分成两个或几个部分的现象。或具有有限面积的几何表面发生分离的过程。断口：断裂后的自由表面或横截面。断裂与断口的关系：1、断裂是裂纹萌生和扩展的过程；断口是裂纹所扫过的面积。2、断裂是动态的变化过程；断口是断裂的静态反映。断口分析：对断口形貌（宏观、微观）进行分析研究的方法。或称为断口学（Fractography）。它是研究材料断口形貌、断裂原因与断裂机理之间关系的一门科学。断口忠实地记录了断裂的动态变化过程，如果对其形貌特征进行全面的分析研究，就可以了解断裂的全过程，这样就将一个复杂的动态问题——断裂，简化为用静态方法——断口分析来研究。§1断裂分类1、断裂性质塑性断裂：断裂前发生较大的塑性变形，断口呈暗灰色纤维状脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口为光亮的结晶状，较平整一般地：断面收缩率＜2-5%称之为脆断，这种材料称为脆性材料，反之成为韧性材料。脆断是一种突发性断裂，断裂前基本上不发生明显的塑性变形，没有明显的征兆，因而危害性很大。脆断的特点：1、断裂时承受的工作应力很低，一般低于σ0.22、裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始3、T↓，脆断倾向↑4、断口平齐、光亮，且与正应力垂直，断口上常呈人字纹或放射性花样2、断裂路径沿晶断裂：裂纹萌生和发展是在晶界处发生的过程穿晶断裂：裂纹萌生和发展是在晶粒内部处发生的过程穿晶断裂可以是韧性的（微孔聚集型断裂），也可以是脆性的（解理断裂、穿晶应力腐蚀断裂）沿晶断裂多为脆断（氢脆断裂），少数为韧性断裂（高温蠕变断裂）3、断裂方式正断：断裂的宏观表面垂直于σmax方向，断口较平整。电子图象可能出现韧窝花样、河流花样切断：断裂宏观表面平行于τmax方向。断口宏观形貌为抛物线状的韧窝花样4、断裂机理韧窝断裂（dimplefracture)解理断裂（cleavagefracture)疲劳断裂（fatiguefracture)环境断裂（蠕变、SCC、氢脆）解理断裂：这是一种在正应力作用下所产生的穿晶断裂，通常断裂面是严格沿一定的晶面（解理面）而分离。bcc、hcp在低温、冲击载荷作用下常发生解理断裂注意：通常解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂剪切断裂：在切应力作用下，沿滑移面滑移而造成的滑移面分离的断裂。它包括：滑断（纯剪切型断裂）——纯金属、单晶体金属。断口呈锋利楔形或刀尖形微孔聚集型断裂——大多数钢铁材料、有色金属材料5、其它应力状态：静载断裂（拉伸、剪切、扭转）动载断裂（冲击、疲劳）裂纹扩展速度：快速断裂（拉伸、冲击）缓慢断裂（疲劳）延迟断裂（SCC、氢脆）断裂能量：低能断裂（结晶学断裂）中能断裂高能断裂（非结晶学断裂）§2断口三要素一、断口三要素的内容与特点光滑园柱形试样的拉伸变形过程：均匀变形——缩颈——断裂（杯锥状断口）cupandcone断口三要素三要素：纤维状区（fibrouszone）;放射状区（radialzone）;剪切唇区（shearlip）纤维区：位于断口中央，与外加应力垂直，呈粗糙的纤维状园环形花样；暗灰色，常可观察到显微空洞和锯齿状；其底部晶粒被拉长象纤维一样，为裂纹萌生区放射区：具有放射花样特征（脆断特征）放射线的发散或收敛方向为裂纹扩展方向纤维区与放射区交界线标志着裂纹由稳定扩展向快速扩展（失稳扩展的转化）剪切唇：表面较光滑，与拉...