典型斷口的掃描電子顯微分析

1、實(shí)驗(yàn)二典型斷口的掃描電子顯微分析Nancy(2010-07-1614:21:52)1 .概述斷口是斷裂失效中兩斷裂分離面的簡稱。由于斷口真實(shí)地記錄了裂紋由萌生、擴(kuò)展直至失穩(wěn)斷裂全過程的各種與斷裂有關(guān)的信息。因此，斷口上的各種斷裂信息是斷裂力學(xué)、斷裂化學(xué)和斷裂物理等諸多內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，對斷口進(jìn)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(jù)，為斷裂失效原因的診斷提供線索。斷口金相學(xué)不僅能在設(shè)備失效后進(jìn)行診斷分析，還可為新產(chǎn)品、新裝備投入使用進(jìn)行預(yù)研預(yù)測。斷口、裂紋及冶金、工藝損傷缺陷分析是失效分析工作的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，沒有斷口、裂紋及損傷缺陷分析的正確診斷結(jié)果，是無法提出失效分析的準(zhǔn)

2、確結(jié)論的。采用掃描電鏡可對金屬斷裂典型斷口形貌進(jìn)行觀察，還可對其微區(qū)成分進(jìn)行分析。本實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容為：利用二次電子成像，觀察金屬斷裂典型斷口形貌，了解典型斷口的微觀特征.的成分差別。2 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉二次電子成像觀察方法，了解金屬材料典型斷口形貌特征：(2)掌握雙相不銹鋼沖擊斷口形貌特征；(3)掌握 X70 鋼疲勞斷口形貌特征。3 .實(shí)驗(yàn)裝置及材料(1)掃描電子顯微鏡(JSM-6390AS)一臺；(2)超聲清洗儀一臺;(3)斷口試樣若干;(4)放大鏡一只;(5)吹風(fēng)機(jī)一只;(6)無水酒精若干。4 .實(shí)驗(yàn)原理4.1 金屬材料典型斷口特征：(1)斷口宏觀形貌特征對韌性金屬材料一次過載造成的延性

3、斷裂，宏觀上的基本特征通常表現(xiàn)為三個(gè)特征區(qū)，即纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)。這三個(gè)特征區(qū)是斷口的三要素。在實(shí)際的宏觀失效分析中，一般將斷口分為延性斷裂斷口、脆性斷裂斷口和疲勞斷裂斷口。表 13-1 列出了這三種典型斷口的宏觀形貌特征，根據(jù)這些特征，可診斷出斷口的宏觀類型nu44方斷穿斷口驚憎斷E%口傻H牯WEHIM都1削計(jì)推it1s嚼也多物本件依度卡并收北市。+中，明文小光班國電力 fl酷錘W一時(shí)七M(jìn)T。m十臼時(shí)ar立白布色，掛邊油和主圍白色離赭色I(xiàn)fc離能尋光河wntia桁軾北料*用事界:J印群制d軸元W總由WUnrtiW川上門micQJ表 13-1 典型斷口的宏觀形貌特征(2)斷口微觀形貌特征

4、斷口上常見的微觀特征有切窩、滑移特征、解理特征、準(zhǔn)解理特征、沿晶斷裂特征和疲勞斷裂特征等斷裂特征花樣。韌窩特征金屬延性斷裂的主要微觀特征是，材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微孔洞經(jīng)形核、長大、聚集直至最后相互連接而導(dǎo)致斷裂后在斷口表面上所留下的痕跡。由于其它斷裂模式上也可觀察到切窩，因此不能把切窩特征作為延性斷裂的充分判據(jù)，而只能作為必要判據(jù)來應(yīng)用。零件受力狀態(tài)不同，韌窩可有不同的形狀，即韌窩的形狀可反映零件的受力狀態(tài)。韌窩的最基本形態(tài)有等軸切窩、剪切韌窩和撕裂切窩三種，如圖 13-8所示。a.等軸韌窩b.剪切切窩c.撕裂切窩圖 13-8 切窩的三種基本形態(tài)示意圖滑移特征屬于金屬延性斷裂的一種

5、微觀特征，包括滑移線、滑移帶、蛇形花樣和漣波花樣，是在正應(yīng)力作用下，金屬沿滑移面滑移分離的主要微觀特征。解理特征金屬在正應(yīng)力作用下，由于原子結(jié)合鍵破壞而造成的沿一定晶體學(xué)平面（解理面）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，解理面通常是表面能量最小的晶面，不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的解理面；面心立方品系的金屬一般不發(fā)生解理斷裂。解理斷裂區(qū)宏觀上沒有明顯的塑性變形，在太陽光下轉(zhuǎn)動時(shí)可觀察到反光的小刻面，屬于脆性斷裂。嚴(yán)格意義上說，解理斷裂面上是沒有任何解理特征花樣的，但在實(shí)際材料中，由于各種因素的作用，解理面局部均會發(fā)生微觀的塑性變形，從而形成解理臺階、河流花樣、舌狀花樣、魚骨狀花樣

6、、扇形花樣及瓦納線等特征。圖 13-9 是解理斷口上常見的典型微觀形貌。圖 13-9 典型解理斷裂斷口特征形貌準(zhǔn)解理斷裂特征介于解理斷裂與延性斷裂間的一種過渡斷裂形式。宏觀上無明顯塑性變形或變形較小，斷口平整，具有脆性斷裂特征；微觀形貌有河流花樣、舌狀花樣及韌窩與撕裂棱等,如圖 13-10 所示。圖 13-10 準(zhǔn)解理斷裂微觀形貌沿晶斷裂特征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(fā)生斷裂的現(xiàn)象，如圖 13-11 所示?？煞譃檠鼐懈C斷裂和沿晶脆性光面斷裂。沿晶面上具有線痕（雞爪痕）特征的沿晶斷裂，是氫脆斷裂的典型形貌，如圖 13-12 所示；沿晶面上具有核桃紋特征的沿晶斷裂是應(yīng)

7、力腐蝕斷裂的典型形貌；液體金屬致脆的沿晶面上一般可看到致脆的金屬殘留痕跡。圖 13-11 沿晶斷裂微觀形貌圖 13-12 沿晶面上線痕特征疲勞斷裂特征疲勞斷裂過程可分為疲勞裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展三個(gè)階段。疲勞條帶是疲勞裂紋擴(kuò)展第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；它是判斷斷口為疲勞斷裂的充分判據(jù)，但不是必要判據(jù)。一股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、排列規(guī)則的平行切窩帶、平行的多條二次裂紋帶等也是疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段常見的微觀形貌特征。圖 13-13 是典型的疲勞條帶形貌。圖 13-13 典型疲勞條帶4.2 斷口表面的成分分析斷口表面的成分定

8、量分析是指對斷口表面的平均化學(xué)成分、微區(qū)成分、元素的面分布及線分布、元素沿深度的變化、夾雜物以及其他缺陷的化學(xué)元素比等參數(shù)進(jìn)行分析和表征。5 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(1)樣品制備對斷口上附著的腐蝕介質(zhì)或污染物進(jìn)行適當(dāng)清理，注意盡量不使斷口產(chǎn)生二次損傷；當(dāng)失效件體積太大時(shí)需分解或切割。切割時(shí)，應(yīng)先對斷口進(jìn)行宏觀分析，確定首斷部位，然后進(jìn)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(hù)起來；切割時(shí)，盡量使用鋸、切等不會產(chǎn)生高溫的機(jī)械方法，以確保重點(diǎn)分析部位不會因高溫而產(chǎn)生二次損傷。(2)斷口形貌觀察斷口宏觀分析在放大鏡和掃描電鏡小于 40 倍的條件下對 D、4D3 斷口進(jìn)行觀察，觀察內(nèi)容見表13-2。填寫表 13-2;綜合表 13-3 數(shù)據(jù)，確定斷口斷裂的類型。#13-2,所觀券金屬叫口的宏沙形貌或征 ill,樣品樣品|斷裂|塑變色澤|表面弧形線剪切裂紋斷裂代號材料方式區(qū)比例粗糙度唇源放射線D22Cr沖擊D222Cr1沖擊X70疲勞斷口微觀分析利用二次電子信息對斷口形貌進(jìn)行觀察，觀察內(nèi)容見表 13-3。填寫表 13-3表 13-3 所觀察金屬斷口的微觀形貌特征樣品代號樣品材料斷裂方式切窩形態(tài)滑移特征解理特