1、金屬構件斷口診斷技術教材前前 言言 失效分析是一門系統工程，其中的分失效分析是一門系統工程，其中的分析技術是其理論和實踐基礎。失效分析析技術是其理論和實踐基礎。失效分析技術主要包括：技術主要包括：v痕跡分析技術痕跡分析技術v裂紋分析技術裂紋分析技術v斷口分析技術等相關內容斷口分析技術等相關內容。1 1 痕跡分析技術痕跡分析技術 痕跡分析是失效分析中常用的一痕跡分析是失效分析中常用的一種分析方法和技術。通過痕跡分析，種分析方法和技術。通過痕跡分析，不僅可對事故和失效的發生、發展過不僅可對事故和失效的發生、發展過程做出判斷，而且可為事故和失效分程做出判斷，而且可為事故和失效分析結論提供可靠的佐證和

2、依據。析結論提供可靠的佐證和依據。 1 1 痕跡分析技術痕跡分析技術v廣義地說，痕跡是指環境作用于系統，廣義地說，痕跡是指環境作用于系統，在系統表面留下的標記。在機械失效中，在系統表面留下的標記。在機械失效中，系統指的是失效的構件或零件，而環境系統指的是失效的構件或零件，而環境則是指外來的力學、化學、熱學、電學則是指外來的力學、化學、熱學、電學等因素。因此，對機械失效，痕跡可定等因素。因此，對機械失效，痕跡可定義為：力學、化學、熱學、電學等環境義為：力學、化學、熱學、電學等環境因素單獨地或協同地作用于機械，并在因素單獨地或協同地作用于機械，并在其表面或表面層留下的損傷性標記。其表面或表面層留下

3、的損傷性標記。1 1 痕跡分析技術痕跡分析技術 在失效分析范疇，痕跡的具體含義是指：在失效分析范疇，痕跡的具體含義是指：v痕跡的形貌（或稱花樣）；痕跡的形貌（或稱花樣）；v痕跡區及污染物、反應產物的化學成分；痕跡區及污染物、反應產物的化學成分；v痕跡顏色的種類、色度和分布、反光等；痕跡顏色的種類、色度和分布、反光等；v痕跡區材料的組織和結構；痕跡區材料的組織和結構；1 1 痕跡分析技術痕跡分析技術v痕跡區的表面性能；痕跡區的表面性能；v痕跡區的殘余應力分布；從痕跡區散發痕跡區的殘余應力分布；從痕跡區散發出來的各種氣味；出來的各種氣味；v痕跡區的電荷分布和磁性等。痕跡區的電荷分布和磁性等。v痕跡

4、分析即是對失效件的上述特征的變痕跡分析即是對失效件的上述特征的變化進行鑒別，并找出其變化原因，為失化進行鑒別，并找出其變化原因，為失效分析提供線索和依據的技術活動。效分析提供線索和依據的技術活動。1 1 痕跡分析技術痕跡分析技術2 2 裂紋分析技術裂紋分析技術 裂紋是材料表面或內部完整性或連續裂紋是材料表面或內部完整性或連續性被破壞的一種現象，是斷裂的前期；性被破壞的一種現象，是斷裂的前期；斷裂則是裂紋發展的結果。裂紋分析包斷裂則是裂紋發展的結果。裂紋分析包括裂紋的無損檢測、表面分析、光學金括裂紋的無損檢測、表面分析、光學金相分析及裂紋打開后的斷口分析等內容。相分析及裂紋打開后的斷口分析等內容

5、。2 2 裂紋分析技術裂紋分析技術 主要內容包括：裂紋產生的部位；裂紋的主要內容包括：裂紋產生的部位；裂紋的平直情況、或分叉情況、或宏觀走向等；平直情況、或分叉情況、或宏觀走向等；裂紋與主應力方向（或切應力方向）之間裂紋與主應力方向（或切應力方向）之間的關系；裂紋與材料成形方向（軋制方向、的關系；裂紋與材料成形方向（軋制方向、流線方向）的關系；裂紋的嚙合情況（緊流線方向）的關系；裂紋的嚙合情況（緊密配合，還是分離）；裂紋尖端的情況密配合，還是分離）；裂紋尖端的情況（尖銳或圓鈍）；裂紋起始位置與零件形（尖銳或圓鈍）；裂紋起始位置與零件形狀的關系（是否有應力集中）。狀的關系（是否有應力集中）。 3

6、 3 斷口分析技術斷口分析技術斷口是斷裂失效中，兩斷裂分離面的簡稱。斷口是斷裂失效中，兩斷裂分離面的簡稱。由于斷口真實地記錄了裂紋由萌生、到擴展直由于斷口真實地記錄了裂紋由萌生、到擴展直至失穩斷裂全過程的各種與斷裂有關的信息，至失穩斷裂全過程的各種與斷裂有關的信息，因此，斷口上的各種斷裂信息是斷裂力學、斷因此，斷口上的各種斷裂信息是斷裂力學、斷裂化學、斷裂物理等諸多方面內外因素綜合作裂化學、斷裂物理等諸多方面內外因素綜合作用的結果，對斷口進行定性和定量分析，可為用的結果，對斷口進行定性和定量分析，可為斷裂失效模式的確定提供有力依據，為斷裂失斷裂失效模式的確定提供有力依據，為斷裂失效原因的診斷提

7、供線索。效原因的診斷提供線索。 3 3 斷口分析技術斷口分析技術內容：內容：v斷口準備斷口準備v斷口分析設備和技術斷口分析設備和技術v斷口宏觀診斷技術和方法斷口宏觀診斷技術和方法v斷口微觀診斷技術和方法斷口微觀診斷技術和方法3.1 3.1 斷口準備斷口準備斷口準備的目的是為下一步的斷口分斷口準備的目的是為下一步的斷口分析提供適于分析的斷口。要求斷口保存析提供適于分析的斷口。要求斷口保存得盡量完整、特征原始；盡量沒有產生得盡量完整、特征原始；盡量沒有產生二次、甚至三次損傷。對斷口上附著的二次、甚至三次損傷。對斷口上附著的腐蝕介質、污染物，還需進行適當清理。腐蝕介質、污染物，還需進行適當清理。當失

8、效件體積太大時，還需分解、切割。當失效件體積太大時，還需分解、切割。總之，在斷口準備過程中，要盡量保證總之，在斷口準備過程中，要盡量保證斷口（特別是關鍵斷口、起始區斷口）斷口（特別是關鍵斷口、起始區斷口）的原始特征不被破壞、污染。的原始特征不被破壞、污染。 3.1 3.1 斷口準備斷口準備對斷口的清理應遵循以下基本原則：先判斷后清對斷口的清理應遵循以下基本原則：先判斷后清理，先表面后內層，盡量采用物理方法清理而少用理，先表面后內層，盡量采用物理方法清理而少用化學方法。常用的清洗方法有機械剝離法、化學腐化學方法。常用的清洗方法有機械剝離法、化學腐蝕法、陰極電解法、真空蒸發法等，可根據斷口材蝕法、

9、陰極電解法、真空蒸發法等，可根據斷口材料特性、附著物的種類等選定。料特性、附著物的種類等選定。對斷口常用的保護方法有涂保護性涂料、密封對斷口常用的保護方法有涂保護性涂料、密封于內置干燥劑的塑料袋或干燥皿中和浸泡在無水于內置干燥劑的塑料袋或干燥皿中和浸泡在無水酒精溶液中等。酒精溶液中等。 3.1 3.1 斷口準備斷口準備切割大塊失效殘骸件時，應先對斷口進行宏切割大塊失效殘骸件時，應先對斷口進行宏觀分析，確定首斷件；然后進一步確定斷裂的觀分析，確定首斷件；然后進一步確定斷裂的起始部位。切割前，先將需要分析的部位保護起始部位。切割前，先將需要分析的部位保護起來；切割時，盡量使用鋸、切等不會產生高起來

10、；切割時，盡量使用鋸、切等不會產生高溫的機械方法。需要使用火焰切割、砂輪切割溫的機械方法。需要使用火焰切割、砂輪切割等會產生高溫的切割方法時，切口位置應離開等會產生高溫的切割方法時，切口位置應離開需分析部位一定的距離，同時對切割區域進行需分析部位一定的距離，同時對切割區域進行冷卻，以確保需重點分析部位不會因高溫而產冷卻，以確保需重點分析部位不會因高溫而產生二次損傷。生二次損傷。3.2 斷口分析設備和技術斷口分析設備和技術3.2.1 3.2.1 斷口宏觀分析設備和技術斷口宏觀分析設備和技術 宏觀分析是指在小于宏觀分析是指在小于4040倍的條件下對倍的條件下對斷口進行觀察判斷的技術方法。主要手斷口

11、進行觀察判斷的技術方法。主要手段是人的肉眼、普通放大鏡和體式顯微段是人的肉眼、普通放大鏡和體式顯微鏡。鏡。 形貌、源、擴展方向、性質。形貌、源、擴展方向、性質。 斷口微觀診斷儀器設備和技術斷口微觀診斷儀器設備和技術斷口的微觀分析設備主要有金相顯微鏡、掃斷口的微觀分析設備主要有金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線能譜射線能譜儀、波譜儀等。其中三種顯微鏡主要用來進行儀、波譜儀等。其中三種顯微鏡主要用來進行形貌觀察，兩種譜儀主要用來進行微區成分分形貌觀察，兩種譜儀主要用來進行微區成分分析。析。掃描電子顯微鏡由于其具有制樣簡單，使用掃描電子顯微鏡由于其具有制

12、樣簡單，使用方便，并具有景深大，分辨率較高，放大倍數方便，并具有景深大，分辨率較高，放大倍數范圍寬，可連續調節，可進行化學成分、晶體范圍寬，可連續調節，可進行化學成分、晶體取向測定等一系列優點，在失效分析中得到了取向測定等一系列優點，在失效分析中得到了廣泛的應用。廣泛的應用。 顯微形貌、機理、斷裂模式。顯微形貌、機理、斷裂模式。3.2 斷口分析設備和技術斷口分析設備和技術首先對斷口做低倍觀察，以全面了解和掌握斷口的首先對斷口做低倍觀察，以全面了解和掌握斷口的整體形貌和特征，并確定重點觀察部位。整體形貌和特征，并確定重點觀察部位。在整體觀察的基礎上，找出斷裂起始區，并對在整體觀察的基礎上，找出斷

13、裂起始區，并對斷裂源區進行重點分析，包括源區的位置、形斷裂源區進行重點分析，包括源區的位置、形貌、特征、微區成分、材質冶金缺陷、源區附貌、特征、微區成分、材質冶金缺陷、源區附近的加工刀痕及外物損傷痕跡等。近的加工刀痕及外物損傷痕跡等。對斷裂過程不同階段的形貌特征要逐一加以觀察，對斷裂過程不同階段的形貌特征要逐一加以觀察，找出各區斷裂形貌的共性與個性。找出各區斷裂形貌的共性與個性。 3.2 斷口分析設備和技術斷口分析設備和技術斷裂特征的識別。在斷口觀察過程中，發現、斷裂特征的識別。在斷口觀察過程中，發現、識別和表征斷裂形貌特征是斷口分析的關鍵。識別和表征斷裂形貌特征是斷口分析的關鍵。在觀察未知斷

14、口時，往往是和已知的斷裂形貌在觀察未知斷口時，往往是和已知的斷裂形貌加以比較來進行識別。各種材料在不同外界條加以比較來進行識別。各種材料在不同外界條件下的斷裂機制不同，留在斷口上的形貌特征件下的斷裂機制不同，留在斷口上的形貌特征也不同。也不同。掃描電鏡斷口照片的獲得。一般一個斷口的觀察掃描電鏡斷口照片的獲得。一般一個斷口的觀察結果要用如下幾部分的照片來表述：斷口的全貌結果要用如下幾部分的照片來表述：斷口的全貌照片、斷裂源區照片和擴展區、瞬斷區的照片。照片、斷裂源區照片和擴展區、瞬斷區的照片。利用背散射電子像觀察，可觀察到第二相、夾利用背散射電子像觀察，可觀察到第二相、夾雜物等對裂紋萌生與擴展的

15、影響。雜物等對裂紋萌生與擴展的影響。 3.2 斷口分析設備和技術斷口分析設備和技術X X射線能譜儀的最大優點是不損傷被射線能譜儀的最大優點是不損傷被測件表面，可同時適用于光滑表面和粗測件表面，可同時適用于光滑表面和粗糙斷口表面的元素分析，可以分析某一糙斷口表面的元素分析，可以分析某一區域的元素平均成分和樣品表面某一區區域的元素平均成分和樣品表面某一區域某一元素的分布情況（面分布），也域某一元素的分布情況（面分布），也可對某幾種元素進行沿指定線路的線分可對某幾種元素進行沿指定線路的線分布分析。是目前失效分析中應用最廣泛布分析。是目前失效分析中應用最廣泛的微區成分分析儀器。的微區成分分析儀器。 3

16、.2 斷口分析設備和技術斷口分析設備和技術在進行微區成分分析時應注意：微區在進行微區成分分析時應注意：微區成分分析的結果只能代表分析部位的局成分分析的結果只能代表分析部位的局部成分，而不能代表樣品宏觀總體的成部成分，而不能代表樣品宏觀總體的成分；分；X X射線微區成分定量分析的準確性射線微區成分定量分析的準確性和樣品的制備有關。由于微區成分分析和樣品的制備有關。由于微區成分分析的靈敏度和精確度的限制，其分析結果的靈敏度和精確度的限制，其分析結果不能代替其它分析方法所做的結果。不能代替其它分析方法所做的結果。 3.3 斷口宏觀診斷技術和方法斷口宏觀診斷技術和方法斷口宏觀分析的任務和內容斷口宏觀分

17、析的任務和內容斷裂位置、結構特征、工作環境；斷裂位置、結構特征、工作環境；斷裂位置及附近的變形程度；斷裂位置及附近的變形程度；斷裂區域痕跡特征斷裂區域痕跡特征；源區位置、特征及裂紋走向源區位置、特征及裂紋走向；宏觀宏觀形貌特征形貌特征；斷口顏色及附著物等。斷口顏色及附著物等。3.3 斷口宏觀診斷技術和方法斷口宏觀診斷技術和方法 判斷斷口的基本特征、變形情況和裂紋的宏觀判斷斷口的基本特征、變形情況和裂紋的宏觀走向；確定斷裂的類型和方式，為斷裂失效模走向；確定斷裂的類型和方式，為斷裂失效模式診斷提供依據；尋找斷裂起源區和斷裂擴展式診斷提供依據；尋找斷裂起源區和斷裂擴展方向；估算斷裂失效應力集中的程

18、度和名義應方向；估算斷裂失效應力集中的程度和名義應力的高低（疲勞斷口）；觀察斷裂源區有無宏力的高低（疲勞斷口）；觀察斷裂源區有無宏觀缺陷等。觀缺陷等。 斷口宏觀分析需要解決如下主要問題：斷口斷口宏觀分析需要解決如下主要問題：斷口的平直情況和斷口的主要特征形貌；斷口的顏的平直情況和斷口的主要特征形貌；斷口的顏色（氧化色、腐蝕產物顏色、夾雜物顏色、光色（氧化色、腐蝕產物顏色、夾雜物顏色、光亮情況等）；斷口與主正應力（或主切應力）亮情況等）；斷口與主正應力（或主切應力）方向的關系；斷口與成形方向（軋制方向、流方向的關系；斷口與成形方向（軋制方向、流線方向）的關系。線方向）的關系。3.3 斷口宏觀分析

19、技術和方法斷口宏觀分析技術和方法對斷口進行宏觀觀察時，應注意觀察對斷口進行宏觀觀察時，應注意觀察的角度和照明的角度，自然光是最好的的角度和照明的角度，自然光是最好的照明源，觀察時應從不同的角度進行觀照明源，觀察時應從不同的角度進行觀察。宏觀斷口分析的第一步是用肉眼觀察。宏觀斷口分析的第一步是用肉眼觀察斷口形貌特征及失效件的全貌，包括察斷口形貌特征及失效件的全貌，包括斷口的顏色、變形程度，斷口之外的損斷口的顏色、變形程度，斷口之外的損傷痕跡等，然后對主要特征區用放大鏡、傷痕跡等，然后對主要特征區用放大鏡、體式顯微鏡等進行進一步的觀察，確定體式顯微鏡等進行進一步的觀察，確定重點分析的部位。重點分析

20、的部位。 分析中特別注意以下幾個特征分析中特別注意以下幾個特征 斷口上是否存在放射花樣及人字紋花斷口上是否存在放射花樣及人字紋花樣。這種特征表征裂紋擴展是不穩定的、樣。這種特征表征裂紋擴展是不穩定的、快速的；沿著放射方向的逆向或人字紋快速的；沿著放射方向的逆向或人字紋尖頂可找到裂紋源。尖頂可找到裂紋源。 斷口上是否存在弧形跡線。這種特征斷口上是否存在弧形跡線。這種特征是裂紋在擴展過程中，因應力狀態變化、是裂紋在擴展過程中，因應力狀態變化、斷裂方向變化、環境介質影響、及裂紋斷裂方向變化、環境介質影響、及裂紋擴展速率明顯變化等在斷口上留下的痕擴展速率明顯變化等在斷口上留下的痕跡。跡。分析中特別注意

21、以下幾個特征分析中特別注意以下幾個特征斷口的粗糙度。一般說來，斷口越粗糙，斷口的粗糙度。一般說來，斷口越粗糙，即表征斷口特征的花樣越粗大，則剪切即表征斷口特征的花樣越粗大，則剪切斷裂所占比例越大；如果斷口細平，多斷裂所占比例越大；如果斷口細平，多光澤，或者花樣越細，則晶間斷裂、解光澤，或者花樣越細，則晶間斷裂、解理斷裂所起的作用越大。理斷裂所起的作用越大。 斷面的光澤與色彩。如準解理、解理斷斷面的光澤與色彩。如準解理、解理斷裂的金屬斷口在陽光下轉動斷面進行觀裂的金屬斷口在陽光下轉動斷面進行觀察時常可看到閃閃發光的小刻面。察時常可看到閃閃發光的小刻面。分析中特別注意以下幾個特征分析中特別注意以下

22、幾個特征斷面與最大正應力的交角（傾斜角）。斷面與最大正應力的交角（傾斜角）。不同的應力狀態、不同的材料及外界環境，不同的應力狀態、不同的材料及外界環境，斷口與最大正應力的夾角不同。斷口與最大正應力的夾角不同。 判定特征區的劃分、分布、面積大小判定特征區的劃分、分布、面積大小等。等。材料缺陷在斷口上所呈現的特征。若材料缺陷在斷口上所呈現的特征。若材料內部存在缺陷，則缺陷附近存在應力材料內部存在缺陷，則缺陷附近存在應力集中，因而在斷口上留下缺陷的痕跡。集中，因而在斷口上留下缺陷的痕跡。 斷裂起源的位置斷裂起源的位置 纖微區的中心；纖微區的中心； 放射花樣的收斂處；放射花樣的收斂處； 人字紋的最尖頂

23、處；人字紋的最尖頂處； 斷口的平坦區內；斷口的平坦區內； 無明顯塑性變形區，或無剪切唇形貌無明顯塑性變形區，或無剪切唇形貌特征區；特征區； 疲勞弧形的最小半徑處；疲勞弧形的最小半徑處； 腐蝕氧化最嚴重的部位；腐蝕氧化最嚴重的部位； 臺階高差最大處。臺階高差最大處。 一般裂紋的宏觀擴展方向一般裂紋的宏觀擴展方向 裂紋源區指向最后斷裂區的方向；裂紋源區指向最后斷裂區的方向； 放射線發散的方向；放射線發散的方向； 纖維區指向剪切唇區的方向；纖維區指向剪切唇區的方向； 與疲勞弧線相垂直的放射狀條紋分散與疲勞弧線相垂直的放射狀條紋分散方向；方向； 人字紋的人字張開的方向；人字紋的人字張開的方向； 斷口的

24、平坦區指向斜斷口的方向；斷口的平坦區指向斜斷口的方向；一般裂紋的宏觀擴展方向一般裂紋的宏觀擴展方向 無塑性變形或塑性變形小的區域指向無塑性變形或塑性變形小的區域指向變形大的區域的方向；變形大的區域的方向； 臺階高差減小的方向；臺階高差減小的方向； 氧化、腐蝕減輕的方向。氧化、腐蝕減輕的方向。應力、環境、材料應力、環境、材料綜合作用綜合作用韌性金屬材料一次過韌性金屬材料一次過載造成的延性斷裂載造成的延性斷裂斷口三要素斷口三要素v纖維區：斷口中央呈粗糙纖維狀。正斷、纖維區：斷口中央呈粗糙纖維狀。正斷、斷面與拉應力垂直，放射條紋收斂處為斷面與拉應力垂直，放射條紋收斂處為斷裂位置，平面應變狀態。斷裂位

25、置，平面應變狀態。v放射區：裂紋由緩慢擴展向快速不穩定放射區：裂紋由緩慢擴展向快速不穩定擴展轉化的標志。特征是放射線花樣，擴展轉化的標志。特征是放射線花樣，發散方向為裂紋擴展方向。裂紋擴展方發散方向為裂紋擴展方向。裂紋擴展方向是由纖維區指向剪切唇區。向是由纖維區指向剪切唇區。v剪切唇區：最后階段，表面光滑與拉應剪切唇區：最后階段，表面光滑與拉應力成力成45，切斷型，平面應力狀態。，切斷型，平面應力狀態。過載斷口三要素：零件形狀對斷口三要素有過載斷口三要素：零件形狀對斷口三要素有很大影響。很大影響。沖擊斷口沖擊斷口斷口分類斷口分類v按宏觀塑性變形分為：延性斷裂和脆性斷按宏觀塑性變形分為：延性斷裂

26、和脆性斷裂斷口。斷口附近有無明顯塑性變形。裂斷口。斷口附近有無明顯塑性變形。v按斷裂方式分為：按斷裂方式分為： 正斷斷口：斷面與最大正應力垂直；正斷斷口：斷面與最大正應力垂直； 切斷斷口：斷面與最大正應力成切斷斷口：斷面與最大正應力成45v形貌特征分類很多，一般主要分為延性斷形貌特征分類很多，一般主要分為延性斷裂斷口，脆性斷裂斷口，疲勞斷裂斷口裂斷口，脆性斷裂斷口，疲勞斷裂斷口（脆性斷口）。（脆性斷口）。延性斷口延性斷口正斷型：灰色，粗糙鋸齒狀，與主應力成正斷型：灰色，粗糙鋸齒狀，與主應力成約約90，無放射線，無弧線。，無放射線，無弧線。延性斷口延性斷口 切斷型：弱金屬光澤，較光滑，與主應力成

27、約切斷型：弱金屬光澤，較光滑，與主應力成約45，一般無放射線，一般無放射線(高強鋼有高強鋼有),無弧線。無弧線。脆性斷口脆性斷口缺口脆性：白亮色、近金屬光澤，極粗糙，缺口脆性：白亮色、近金屬光澤，極粗糙，與主應力成約與主應力成約90，放射線明顯，無弧，放射線明顯，無弧線。線。脆性斷口脆性斷口低溫脆性：結晶狀，金屬光澤、粗糙，與低溫脆性：結晶狀，金屬光澤、粗糙，與主應力成約主應力成約90，放射線不太明顯，無，放射線不太明顯，無弧線。弧線。疲勞斷口疲勞斷口 低周疲勞：白亮色、低周疲勞：白亮色、較光滑，放射線不較光滑，放射線不太明顯，板材似人太明顯，板材似人字紋，一般可見疲字紋，一般可見疲勞弧線，但

28、恒載時勞弧線，但恒載時無。與主應力交角無。與主應力交角當擴展速率小時近當擴展速率小時近90，大時近，大時近45。疲勞斷口疲勞斷口 高周疲勞：灰黑高周疲勞：灰黑色，光滑，放射色，光滑，放射線明顯且細膩，線明顯且細膩，一般可見疲勞弧一般可見疲勞弧線，應力幅變化線，應力幅變化越大越明顯，與越大越明顯，與主應力成約主應力成約90。雙向彎曲疲勞 旋轉彎曲疲勞扭轉疲勞扭轉疲勞3.4 斷口微觀分析技術和方法斷口微觀分析技術和方法斷口微觀分析的任務和內容斷口微觀分析的任務和內容斷口的微觀分析包括微觀形貌分析和斷口的微觀分析包括微觀形貌分析和微區成分、結構分析。具體內容有：微區成分、結構分析。具體內容有：斷口周

29、圍的塑性變形大小、或有無；斷口周圍的塑性變形大小、或有無；斷口的邊緣銳利情況；斷口的邊緣銳利情況；斷口與零件形狀或應力集中的情況；斷口與零件形狀或應力集中的情況；斷口各特征形貌面積的比例；斷口各特征形貌面積的比例；斷口微觀分析的任務和內容斷口微觀分析的任務和內容斷口與晶面、晶向之間的關系；斷口與晶面、晶向之間的關系；斷口與晶界的關系；斷口與晶界的關系；斷口與顯微組織的關系；斷口與顯微組織的關系；斷裂源區的情況；斷裂源區的情況；斷口的化學成分、或雜質環境元素的分斷口的化學成分、或雜質環境元素的分布情況；布情況；斷口上二次裂紋的有無或多少、分布情斷口上二次裂紋的有無或多少、分布情況。況。斷口的微觀

30、形貌特征斷口的微觀形貌特征斷口上常見的微觀特征有韌窩、滑移斷口上常見的微觀特征有韌窩、滑移特征、解理特征、準解理特征、沿晶斷特征、解理特征、準解理特征、沿晶斷裂特征、疲勞斷裂特征等斷裂特征花樣。裂特征、疲勞斷裂特征等斷裂特征花樣。 韌窩特征韌窩特征 金屬延性斷裂的主要微觀特征，是材金屬延性斷裂的主要微觀特征，是材料在微區范圍內塑性變形產生的顯微孔料在微區范圍內塑性變形產生的顯微孔洞經形核、長大、聚集，最后相互連接洞經形核、長大、聚集，最后相互連接而導致斷裂后在斷口表面上所留下的痕而導致斷裂后在斷口表面上所留下的痕跡。跡。 形成機制：微區孔洞形核形成機制：微區孔洞形核長大長大聚聚集集連接連接斷裂

31、斷裂 。韌窩特征韌窩特征v正拉應力正拉應力等軸韌窩；等軸韌窩；v切應力切應力剪切韌窩和撕裂韌窩，呈拋物剪切韌窩和撕裂韌窩，呈拋物線形，其開口方向指向切應力作用的方線形，其開口方向指向切應力作用的方向。向。 剪切應力：匹配斷口韌窩方向相反；剪切應力：匹配斷口韌窩方向相反； 撕裂應力：匹配斷口韌窩方向相同。撕裂應力：匹配斷口韌窩方向相同。v同材料、不同形態、相同條件下韌窩尺同材料、不同形態、相同條件下韌窩尺寸越大，則材料塑性越好。寸越大，則材料塑性越好。滑移特征滑移特征 金屬延性斷裂的一種微觀特征，在切金屬延性斷裂的一種微觀特征，在切應力作用下，金屬沿滑移面分離，宏觀應力作用下，金屬沿滑移面分離，

32、宏觀上，斷面傾斜，呈上，斷面傾斜，呈45角，斷口附近有角，斷口附近有明顯的宏觀塑性變形。明顯的宏觀塑性變形。 包括滑移線、滑移帶、蛇形花樣和漣包括滑移線、滑移帶、蛇形花樣和漣波花樣，是在正應力作用下，金屬沿滑波花樣，是在正應力作用下，金屬沿滑移面滑移分離的主要微觀特征。移面滑移分離的主要微觀特征。滑移特征滑移特征 滑移線（帶）：位錯運動到表面時，形成臺階或滑移線（帶）：位錯運動到表面時，形成臺階或滑移線。大量的線、臺階稱滑移帶。滑移線。大量的線、臺階稱滑移帶。 蛇形花樣：多晶體塑性變形較大時，產生交滑移，蛇形花樣：多晶體塑性變形較大時，產生交滑移，分離面上可觀察到起伏彎區條紋，類似蛇形的分離面

33、上可觀察到起伏彎區條紋，類似蛇形的滑移花樣。滑移花樣。 漣波花樣：變形程度進一步加大，蛇形花樣因變漣波花樣：變形程度進一步加大，蛇形花樣因變形而平滑化，形成漣波。形而平滑化，形成漣波。 由于材料總有、裂紋、孔洞等缺陷，發生純由于材料總有、裂紋、孔洞等缺陷，發生純剪切，在韌窩側表面上出現蛇形、漣波花樣。剪切，在韌窩側表面上出現蛇形、漣波花樣。交滑移特征解理特征解理特征 金屬在正應力作用下，由于原子結合金屬在正應力作用下，由于原子結合鍵破壞而造成的沿一定晶體學平面（解鍵破壞而造成的沿一定晶體學平面（解理面）快速分開的過程稱為解理斷裂。理面）快速分開的過程稱為解理斷裂。解理斷裂屬于脆性斷裂的一種，解

34、理面解理斷裂屬于脆性斷裂的一種，解理面通常是表面能量最小的晶面，不同的晶通常是表面能量最小的晶面，不同的晶體結構具有不同的解理面；多發生于體體結構具有不同的解理面；多發生于體心立方和密排六方晶體，面心立方晶系心立方和密排六方晶體，面心立方晶系的金屬一般不發生解理斷裂。的金屬一般不發生解理斷裂。解理特征解理特征v形成機制：在晶界、亞晶界、孿晶界、形成機制：在晶界、亞晶界、孿晶界、第二相界面等部位由于位錯塞積，而應第二相界面等部位由于位錯塞積，而應力得不到松弛，萌生裂紋，進一步擴展力得不到松弛，萌生裂紋，進一步擴展導致斷裂。導致斷裂。v形貌特征：宏觀有小刻面，無塑性變形；形貌特征：宏觀有小刻面，無

35、塑性變形；微觀有解理臺階、河流花樣、舌狀花樣、微觀有解理臺階、河流花樣、舌狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣及瓦納線等，瓦魚骨狀花樣、扇形花樣及瓦納線等，瓦納線在極脆材料中可見。納線在極脆材料中可見。解理特征解理特征v解理臺階：解理臺階： 解理裂紋與螺位錯交截或次解理裂紋與螺位錯交截或次生解理撕裂形成。生解理撕裂形成。v河流花樣：解理裂紋擴展中，臺階不斷河流花樣：解理裂紋擴展中，臺階不斷匯合形成大臺階，穿過扭轉晶界時，河匯合形成大臺階，穿過扭轉晶界時，河流激增。流激增。v舌狀花樣：解理裂紋沿變形孿晶與基體舌狀花樣：解理裂紋沿變形孿晶與基體界面擴展時，在裂紋前端形成。界面擴展時，在裂紋前端形成。解理特

36、征解理特征 解理解理 類解理類解理解理特征解理特征舌狀花樣 輪胎花樣準解理斷裂特征準解理斷裂特征v介于解理與延性斷裂之間的過渡形式。介于解理與延性斷裂之間的過渡形式。v形成機制：在不同部位同時產生許多解形成機制：在不同部位同時產生許多解理裂紋核，再按解理方式擴展成解理小理裂紋核，再按解理方式擴展成解理小刻面，最后以塑性方式撕裂，與相鄰解刻面，最后以塑性方式撕裂，與相鄰解理刻面相連，形成撕裂棱。理刻面相連，形成撕裂棱。v形貌：宏觀基本上無塑性變形或較小；形貌：宏觀基本上無塑性變形或較小；微觀有河流花樣、舌狀花樣、韌窩及撕微觀有河流花樣、舌狀花樣、韌窩及撕裂棱。裂棱。準解理斷裂特征準解理斷裂特征v

37、準解理與解理斷裂主要區別：準解理與解理斷裂主要區別： 準解理起源于晶粒內部空洞、夾雜、準解理起源于晶粒內部空洞、夾雜、第二相粒子，向四周擴展，不連續；第二相粒子，向四周擴展，不連續； 解理則是由晶界或相界向內擴展。解理則是由晶界或相界向內擴展。準解理斷裂特征準解理斷裂特征沿晶斷裂特征沿晶斷裂特征 屬于脆性斷裂的一種，又稱為晶間斷裂，是多屬于脆性斷裂的一種，又稱為晶間斷裂，是多晶材料沿晶界面發生斷裂的現象。可分為沿晶韌晶材料沿晶界面發生斷裂的現象。可分為沿晶韌窩斷裂和沿晶脆性光面斷裂。窩斷裂和沿晶脆性光面斷裂。 氫脆：沿晶面上具有雞爪痕特征；氫脆：沿晶面上具有雞爪痕特征； 應力腐蝕：沿晶面上具有

38、核桃紋特征；應力腐蝕：沿晶面上具有核桃紋特征； 液體金屬致脆：沿晶面上一般可看到致脆的金屬液體金屬致脆：沿晶面上一般可看到致脆的金屬殘留痕跡；殘留痕跡； 蠕變斷裂，過熱斷裂：沿晶韌窩；蠕變斷裂，過熱斷裂：沿晶韌窩； 回火脆：沿晶光面斷裂。回火脆：沿晶光面斷裂。沿晶光面斷裂沿晶光面斷裂沿晶韌窩斷裂沿晶韌窩斷裂疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征v疲勞斷裂三個階段：裂紋萌生、穩定擴疲勞斷裂三個階段：裂紋萌生、穩定擴展和失穩擴展；對應為源區、擴展區、展和失穩擴展；對應為源區、擴展區、瞬斷區。瞬斷區。v形貌：形貌： 宏觀：疲勞弧線，無塑性變形，低應力宏觀：疲勞弧線，無塑性變形，低應力高周疲勞一般能看到典型的疲勞弧

39、線，高周疲勞一般能看到典型的疲勞弧線，而大應力低周疲勞一般沒有典型的疲勞而大應力低周疲勞一般沒有典型的疲勞弧線。弧線。疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征 顯微形貌：顯微形貌：疲勞條帶是疲勞裂紋擴展第疲勞條帶是疲勞裂紋擴展第二階段的最重要的顯微特征，也是疲勞二階段的最重要的顯微特征，也是疲勞斷裂斷口的基本形貌特征；它是判斷斷斷裂斷口的基本形貌特征；它是判斷斷口為疲勞斷裂的充分判據，但不是必要口為疲勞斷裂的充分判據，但不是必要判據。一般韌性材料容易形成疲勞條帶，判據。一般韌性材料容易形成疲勞條帶，而脆性材料則比較困難。輪胎花樣、排而脆性材料則比較困難。輪胎花樣、排列規則的平行韌窩帶、平行的多條二次列規則的平行韌窩帶、平行的多條二次裂紋帶等也是疲勞裂紋擴展第二階段常裂紋帶等也是疲勞裂紋擴展第二階段常見的微觀形貌特征。見的微觀形貌特征。 疲勞條帶疲勞條帶疲勞條帶是一系列基本相互平行的、略帶彎曲的波浪疲勞條帶是一系列基本相互平行的、略帶彎曲的波浪形條紋，并與裂紋局部擴展方向垂直；形條紋，并與裂紋局部擴展