綜述焊接接頭斷裂形式及斷口特征

1、綜述焊接接頭斷裂形式及斷口特征姓 名: XXXXXXXXX學(xué) 號： 03080222系別：數(shù)控與材料工程系專業(yè)：焊接技術(shù)及自動化學(xué)制：三年制指導(dǎo)教師：XXXXXXXXXXXX合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文綜述焊接接頭斷裂形式及斷口特征焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分組成。熔池金屬在經(jīng)歷一系列化學(xué)冶金反 應(yīng)后，隨著熱源遠(yuǎn)離溫度迅速下降，凝固后成為牢固的焊縫，并在繼續(xù)冷卻中發(fā)生固態(tài)相 變?nèi)酆蠀^(qū)和熱影響區(qū)在焊接熱源的作用下，也將發(fā)生不同的組織變化。很多焊接缺陷如氣 孔、夾雜裂紋等都是在上述過程中產(chǎn)生，因此了解接頭組織與性能變化的規(guī)律，對于控制 焊接質(zhì)量、防止焊接缺陷有重要的意義。焊接結(jié)構(gòu)在較低的

2、溫度下工作可能導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的低溫脆斷。焊接接頭中又不可避免 的存在應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力，在反復(fù)的交變應(yīng)力作用下會發(fā)生疲勞斷裂。本文通過對焊接 接頭的分析分別從宏觀和微觀的角度闡述了焊接接頭的斷裂形式和斷口特征。關(guān)鍵詞殘余應(yīng)力、應(yīng)力集中、斷口特征、疲勞斷裂、脆性斷裂2011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 引言 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一章焊接接頭的基本理論 5第一節(jié)焊接接頭的基礎(chǔ)知識 5焊接接頭的組成 5焊接接頭的

3、基本形式 5第二節(jié)電弧焊接頭的工作應(yīng)力6應(yīng)力集中的概念 6產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因 6 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二章焊接結(jié)構(gòu)的斷裂控制與失效分析 7第一節(jié)焊接接頭的斷裂形式 7斷裂形式的分類 7焊接接頭的疲勞斷裂 7焊接接頭的脆性斷裂 7第二節(jié)焊接結(jié)構(gòu)斷裂控制與失效分析 8焊接結(jié)構(gòu)的完整性與不完整性 8焊接結(jié)構(gòu)斷裂的控制 8焊接結(jié)構(gòu)斷裂控制設(shè)計 9焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效分析 9 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第三章焊接接頭的組織與性能 14第一節(jié)焊接熔合區(qū)的特征 141.1熔合區(qū)形成的原因

4、14第二節(jié)焊接熱影響區(qū) 14焊接熱影響區(qū)熱循環(huán)的特點(diǎn) 14焊接熱影響區(qū)的組織分布特征及性能 15 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第四章焊接接頭斷口特征 16第一節(jié) 焊接接頭疲勞斷裂的斷口分析 162011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 TOC o 1-5 h z 疲勞斷口的宏現(xiàn)形狀特征 16疲勞斷口的微觀形狀特征 17第二節(jié) 焊接接頭脆性斷裂的斷口分析 19沿晶脆性斷裂 19解理斷裂 19準(zhǔn)解理斷裂 20 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 參考文獻(xiàn) 212011/3/16合肥通用職業(yè)

5、技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文引言焊接技術(shù)是一門重要的金屬加工技術(shù)， 盡管焊接技術(shù)發(fā)展很快， 自動化程度也越來越高， 但在焊接 結(jié)構(gòu)中任然存在著一些缺陷， 這些缺陷將導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的斷裂， 影響焊接結(jié)構(gòu)的使用， 降低了焊接結(jié)構(gòu) 的安全性，通過焊接接頭斷口特征的分析可以判斷出斷裂的過程和原因， 從而找出解決方法，提高焊接 結(jié)構(gòu)的安全性。2011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第一章焊接接頭的基本理論第一節(jié)焊接接頭基本知識焊接接頭的組成現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展迅速，新的焊接方法不斷出現(xiàn)，接頭類型更是繁多，但應(yīng)用最廣泛 的焊接方法是熔焊。本文將以熔焊接頭為重點(diǎn)進(jìn)行分析。焊接接頭是由焊縫金屬、熔合區(qū)、 熱影響區(qū)組成，如

6、圖1.1.1所示圖1.1.1.圖1.1.1.饞押母必也義汨里或心 甫曷事大宿0.bi析展貓4修圖卻攀擊舊 工一嚕:” 飛一輛格事國 J H f151.2.1所示）。選用2011/3/1651.2.1所示）。選用2011/3/16焊縫金屬是由焊接填充金屬及部分母材金屬熔化結(jié)晶后形成的，具組織和化學(xué)成分不 同于母材金屬。熱影響區(qū)受焊接熱循環(huán)的影響，組織和性能都發(fā)生變化，特別是熔合區(qū)的 組織和性能變化更為明顯。因此，焊接接頭是一個成分、組織和性能都不均勻的連接體。 此外，焊接接頭因焊縫的形狀和布置的不同，將會產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中。所以不均勻 性和應(yīng)力集中是焊接接頭的兩個基本屬性。焊接接頭的基本形式

7、焊接接頭的基本形式有四種 ；對接接頭、搭接接頭、T形接頭和角接接頭（如圖接頭形式時應(yīng)該熟悉各種接頭的優(yōu)缺點(diǎn)。圖1.2.1焊接接頭的基本形式a）對接接頭b）搭接接頭c）T形接頭d）角接接頭合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第二節(jié)電弧焊接頭的工作應(yīng)力應(yīng)力集中的概念為了表示焊接接頭工作應(yīng)力分布的不均勻程度，這里引入應(yīng)力集中的概念。所謂應(yīng)力集中，是接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力值較平均應(yīng)力值高的現(xiàn)象。而應(yīng)力集 中的大小常以應(yīng)力集中系數(shù) K T表示。產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因在焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因是：1）焊縫中有工藝缺陷。焊縫中經(jīng)常產(chǎn)生的缺陷有氣孔、夾雜、裂紋和未焊透等，都會在其周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，其中尤以裂紋和未焊透

8、引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。2）焊縫外形不合理。如對接接頭的余高過大，角焊縫為凸出形等，在焊趾處都 會形成較大的應(yīng)力集中。3）焊縫接頭設(shè)計部不合理。如接頭截面的突變、加蓋板的對接接頭等，均會造 成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。焊縫布置不合理，如只有單側(cè)焊縫的T形及接頭，也會引起應(yīng)力集中。2011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第二章焊接結(jié)構(gòu)的斷裂控制與失效分析第一節(jié)焊接接頭的斷裂形式斷裂形式的分類.疲勞斷裂是高能量吸收的斷裂過程，特征是材料在斷裂前發(fā)牛大量的。明顯的宏觀塑性變形。 韌性材料在室溫下受載，一般是先產(chǎn)生彈性變形。隨載荷加大到屈服點(diǎn)后開始滑移，產(chǎn)生 大量塑性變形。在塑性變形達(dá)到一定程度后，在某些部

9、位發(fā)生位錯的塞積，導(dǎo)致微裂紋形 核。繼續(xù)增加載荷時，微裂紋擴(kuò)展并相互連接，直到最終斷裂。疲勞斷裂是應(yīng)力水平高于 整體屈服應(yīng)力下的由塑性變形控制的斷裂過程。裂紋擴(kuò)展呈較緩慢的穩(wěn)定擴(kuò)展特征；減少 載荷或卸載，則會隨時止裂。延性斷裂過程由于伴隨大量的塑性變形及能量吸收，工件的 外形呈現(xiàn)明顯的縮頸、彎曲及斷面收縮等宏觀整體變形，其宏觀斷口形貌呈凹凸不平的暗 灰色纖維狀。.脆性斷裂屬低能量吸收的斷裂過程，特點(diǎn)是斷裂前無顯著的變形。脆性斷裂過程巾裂紋擴(kuò)展速度很快，斷裂往往是突然爆發(fā)，事先無征兆，因而是一種 危險的斷裂形式，往往會造成嚴(yán)重事故。典型的脆斷事故如美同俄亥俄州的“銀橋”在冬 季突然斷為兩截的事故

10、，19491953年期間在美國海軍中服役的一批“自由輪”脆斷沉沒 事故等。速此脆性斷裂事故往往發(fā)生在低應(yīng)力下。當(dāng)內(nèi)部存在裂紋源，外部環(huán)境又惡劣（如低溫下）時易發(fā)生。脆性斷裂的斷口往往垂直于正應(yīng)力方向，較平坦整齊，斷口有金屬光澤，強(qiáng)光下可看 到斷日中顆粒狀的小面閃閃反光。用肉眼可看到斷口中往往有放射條紋或人字紋。工程上 規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于 5%的材料稱為脆性材料。焊接接頭的疲勞斷裂.疲勞的概念疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一 定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突變發(fā)生完全斷裂的過程。疲勞極限是在指定循環(huán)基數(shù)下的中值 疲勞強(qiáng)度循環(huán)基數(shù)一般取107更高一些

11、。在承受重復(fù)載荷結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中部位，當(dāng)部件所 受的公稱應(yīng)力低于彈性極限時，就可能產(chǎn)生疲勞裂紋，由于疲勞裂紋發(fā)展的最后階段一一 失穩(wěn)擴(kuò)展（斷裂）是突然發(fā)生的，沒有預(yù)兆，沒有明顯的塑性變形，難以采取預(yù)防措施， 所以疲勞裂紋對結(jié)構(gòu)的安全性有很大威脅。焊接結(jié)構(gòu)在交應(yīng)變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，也會由于裂紋引發(fā)疲勞破壞。疲勞破壞一般從 應(yīng)力集中處開始，而焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞又往往從接頭處產(chǎn)生。焊接接頭的脆性斷裂.焊接結(jié)構(gòu)脆斷的基本現(xiàn)象和特點(diǎn)1）多數(shù)脆斷是在環(huán)境溫度或介質(zhì)溫度降低時發(fā)生，故稱為低溫脆斷2）脆斷的名義應(yīng)力較低，通常低于材料的屈服點(diǎn)，往往還低于設(shè)計應(yīng)力。故又稱為低 應(yīng)力脆性破壞。3）破壞總是從焊接缺陷處

12、或幾何形狀突變、應(yīng)力或應(yīng)力集中處開始。2011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文4）破壞時沒有或極少有宏觀塑性變形產(chǎn)生。5）脆斷時，裂紋傳播速度極高，一般是聲速的1/3左右，在鋼中可達(dá)12001800m/s 當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入更低的應(yīng)力區(qū)或材料的高韌性區(qū)時，裂紋就停止擴(kuò)展。.焊接結(jié)構(gòu)脆斷的原因?qū)Ω鞣N焊接結(jié)構(gòu)脆斷事故進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷是材料（包括母材 和焊材）、結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝三方面因素綜合作用的結(jié)果。就材料而言，主要是在工作 溫度下韌性不足，就結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，主要是造成極為不利的應(yīng)力狀態(tài)，限制了材料塑性的 發(fā)揮；就制造工藝而言，除了因焊接工藝缺陷造成嚴(yán)重應(yīng)力集中外，還因?yàn)楹附?/p>

13、熱循環(huán)的 作用改變了材質(zhì)（如產(chǎn)生熱影響區(qū)的脆化）和產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力與變形等。第二節(jié)焊接結(jié)構(gòu)斷裂控制與失效分析1.1焊接結(jié)構(gòu)的完整性與不完整性同其它連接結(jié)構(gòu)如怫接結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)的整體性強(qiáng)，剛性大。焊接結(jié)構(gòu)是由不可 拆卸的焊接接頭連接而成的整體，連接件之間很難產(chǎn)生相對位移，因此容易引起較大的附 加應(yīng)力，使得結(jié)構(gòu)的抗斷裂能力降低。焊接結(jié)構(gòu)的剛性大使其對應(yīng)力集中非常敏感，特別 是當(dāng)工作溫度降低時，應(yīng)力集中會增大結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷的危險性焊接結(jié)構(gòu)的整體性為設(shè)計制造合理的結(jié)構(gòu)提供了可能。但是如果焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂， 裂紋很容易由一個構(gòu)件擴(kuò)展到另一構(gòu)件，繼而擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)的整體，造成結(jié)構(gòu)整體破壞。然 而怫接結(jié)構(gòu)卻不

14、易發(fā)生整體破壞，因?yàn)殁鼋咏宇^具有阻止裂紋跨越構(gòu)件擴(kuò)展的特點(diǎn)，即擴(kuò) 展中的裂紋可能會終止，從而就有可能避免災(zāi)難性的脆性破壞。因此，在許多大型焊接結(jié) 構(gòu)中，有時仍保留著少量的怫接接頭，其道理就在于此應(yīng)用焊接技術(shù)制造整體結(jié)構(gòu)的同時也會產(chǎn)生局部不完整性。焊接結(jié)構(gòu)的不完整性主要 有材料的不連續(xù)性或焊接缺陷。焊接缺陷對結(jié)構(gòu)斷裂的影響與缺陷造成的應(yīng)力集中程度和 缺陷附近的材料性能有關(guān)。根據(jù)缺陷對結(jié)構(gòu)斷裂的影響程度，可將焊接缺陷分為平面缺陷、 體積缺陷和成型不良三種類型：平面缺陷，如裂紋、未熔合和未焊透等。這類缺陷對斷裂 的影響取決于缺陷的大小、取向、位置和缺陷前沿的尖銳程度。缺陷面垂直于應(yīng)力方向的缺陷、表面

15、及近表面缺陷和前沿尖銳的裂紋，對斷裂的影響 最大。體積缺陷，如氣孔、夾渣等，它們對斷裂的影響程度一般低于平面缺陷。成型不良， 如焊道的余高過大或不足、角變形、或焊縫處的錯邊等，它們會給結(jié)構(gòu)帶來應(yīng)力集中或附 加應(yīng)力，對焊接結(jié)構(gòu)的斷裂強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響焊接結(jié)構(gòu)中的缺陷是否允許存在，目前有兩大類評定標(biāo)準(zhǔn)，其一是以控制質(zhì)量為基礎(chǔ) 的標(biāo)準(zhǔn)；具目前，焊接技術(shù)在飛機(jī)、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的制造中得到廣泛的應(yīng)用。先進(jìn)的焊接制 造技術(shù)既可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫和高的尺寸精度，也滿足了飛機(jī)結(jié)構(gòu)整體性和輕量化的要 求，但在結(jié)構(gòu)完整性方面也提出了新的問題。焊接結(jié)構(gòu)在制造及運(yùn)行過程中不可避免地存 在或出現(xiàn)各種各樣的缺陷、材料組織性能劣化

16、、以及外力損傷等對結(jié)構(gòu)使用性能構(gòu)成影響 的因素。特別是隨著結(jié)構(gòu)服役時間的增加，各種損傷因素的累積導(dǎo)致破壞概率上升。斷裂 控制是焊接結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵，是焊接結(jié)構(gòu)合于使用的基礎(chǔ)焊接結(jié)構(gòu)斷裂的控制通過研究各種因素對焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性和損傷容限等性能的影響，從而對影響焊 接結(jié)構(gòu)完整性的各種因素進(jìn)行綜合識別，科學(xué)評價焊接結(jié)構(gòu)潛在失效的可能性，實(shí)現(xiàn)對焊2011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文接結(jié)構(gòu)的完整性管理，以保證焊接結(jié)構(gòu)的合于使用。焊接結(jié)構(gòu)合于使用評定技術(shù)近年來得 到了較大的發(fā)展，在保證焊接結(jié)構(gòu)安全方面發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。根據(jù)我國航空焊接結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要，開展焊接結(jié)構(gòu)斷裂

17、控制與完整性研究與應(yīng)用，對于保證航空焊接結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性具有重要意義質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與合于使用原則可以并用，在結(jié)構(gòu)制造過程中，若符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要 求，對于脆斷危險性不高的結(jié)構(gòu)則不必按合于使用原則進(jìn)行評定；而對于具有高可靠性要 求的結(jié)構(gòu)，則應(yīng)該對結(jié)構(gòu)的缺陷容限及剩余壽命依據(jù)合于使用原則進(jìn)行評定。若在結(jié)構(gòu)使 用過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，則需要采用合于使用原則對缺陷進(jìn)行評定。合于使用評定是焊接結(jié)構(gòu) 完整性分析的核心焊接結(jié)構(gòu)斷裂的控制設(shè)計控制焊接結(jié)構(gòu)斷裂的主要因素有三個方面：（1）材料在一定的工作溫度、加載速率和板厚條件下的斷裂韌度；（2）結(jié)構(gòu)斷裂薄弱部位的裂紋和缺陷尺寸；（3）包括工作應(yīng)力、 應(yīng)力集中、殘余

18、應(yīng)力和溫度應(yīng)力在內(nèi)的拉應(yīng)力水平。根據(jù)斷裂力學(xué)原理，當(dāng)上述三方面因 素的特定組合達(dá)到臨界狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生斷裂破壞。焊接結(jié)構(gòu)的斷裂包括裂紋起裂、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展和失穩(wěn)斷裂過程，控制焊接結(jié)構(gòu)的斷裂的基 本方法與此相對應(yīng)，即：（1）選擇具有足夠韌性的母材金屬和焊縫金屬，以抵抗裂紋的起 裂，即抗開裂能力；（2） 一旦裂紋起裂，其周圍材料應(yīng)具有阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展的能力， 即對裂紋擴(kuò)展的止裂能力?？刂屏鸭y的開裂（起裂）與擴(kuò)展是焊接結(jié)構(gòu)斷裂控制的基本準(zhǔn) 則，分別稱為防止裂紋產(chǎn)生準(zhǔn)則（開裂控制）和止裂準(zhǔn)則（擴(kuò)展控制）。焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效分析根據(jù)失效分析的目的和要求，一般還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。其內(nèi)容包括以下幾個方面。1、宏

19、觀檢驗(yàn)用肉眼或放大鏡檢驗(yàn)金屬表面，縱橫斷面、斷口上的各種組織和缺陷的方法叫做宏觀 檢驗(yàn)。通過宏觀檢驗(yàn)?zāi)芙沂窘饘俚娜玻?顯示其組織的不均勻性和各種缺陷的形態(tài)、 分布, 對顏色、腐蝕、斷裂裂紋的萌生位置及裂紋的走向等都能迅速而準(zhǔn)確地識別出來。進(jìn)行斷口的宏觀分析。能得到斷裂表面整體的概貌特征，并在一定程度上了解破壞的 原因。可確定失效件斷裂的裂紋萌生位置，裂紋的擴(kuò)展方向，判別斷裂的類型，構(gòu)件所承受的應(yīng)力類型，環(huán)境介質(zhì)、溫度對構(gòu)件斷裂的影響，變形程度及磨損情況。常用的宏觀檢驗(yàn)方法有酸浸試驗(yàn)、塔形車削發(fā)紋試驗(yàn)以及硫印試驗(yàn)等。（1）酸浸試驗(yàn)酸浸試樣制備時取樣部位及數(shù)量按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并嚴(yán)防因溫度升高而引

20、起組織變 化。切取試樣用鋸、剪、氣割和砂輪切割等方式：當(dāng)用氣割試樣時，必須將熱影響區(qū)除去，2011/3/16合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文10合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文10以免影響檢驗(yàn)結(jié)果。試樣檢驗(yàn)面可用車、包I、磨和金相砂紙磨制 （02號砂紙），使表面粗糙 度不低于3.2 ,并用汽油、酒精、苯等清洗去油。酸浸試驗(yàn)方法有三種。第一種是熱酸浸 蝕試驗(yàn)法。主要用于表面缺陷、夾雜物、偏析區(qū)等被浸蝕劑有選擇性地浸蝕，表現(xiàn)出可看得見的浸蝕特征。酸蝕試驗(yàn)效果決定于浸蝕劑成分 ；浸蝕的溫度；浸蝕時間及浸蝕面的光潔 度。第二種是冷酸浸蝕試驗(yàn)法。冷酸浸蝕試驗(yàn)法是檢查鋼的宏觀組織和缺陷的一種簡易方 法。冷酸浸蝕是

21、采用室溫下的酸溶液浸蝕和擦蝕樣面，以顯示試樣的缺陷。通常，對于不 使用熱酸浸蝕的鋼材或工件（例如工件已加工好，不便切開，又不得損壞工件的表面粗糙 度），以及有些組織缺陷用熱酸不易顯現(xiàn)，有些奧氏體不銹鋼用熱鹽酸不易腐蝕時，均可 用冷酸浸蝕法進(jìn)行試驗(yàn)。第三種電解酸蝕法。電解酸蝕法，就是用15%20%奮積比）工業(yè)鹽酸水溶液電解試樣表面的試驗(yàn)方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以用較?。?5%20%）勺鹽酸水溶液在室溫下進(jìn)行浸蝕，可以縮短腐蝕時間，大大地改善勞動條件和衛(wèi)生環(huán)境。止匕外， 因電解腐蝕后鹽酸的性質(zhì)改變不大，一般可循環(huán)使用，節(jié)約酸液，用電解法顯示試樣的宏 觀組織及缺陷比熱酸浸蝕法更清晰（2）塔形試驗(yàn)塔

22、形試驗(yàn)是用以檢驗(yàn)發(fā)紋不同深度的分布的一種特殊試驗(yàn)：由于檢驗(yàn)的試樣制成“塔”的形狀即三級階梯形，故通常稱為塔形試驗(yàn)。塔形試驗(yàn)一般均分為三個階梯。試樣加工的要求、基本與熱酸浸試樣相同。試樣檢驗(yàn)前，也要進(jìn)行熱酸浸，其酸浸液、 酸浸規(guī)范基本上與熱酸浸試驗(yàn)相同，只是一般浸蝕程度略輕，否則會對其后的檢驗(yàn)和鑒別 造成不利影響。酸浸后，在各個階梯上會出現(xiàn)一些具有一定長度和一定深度的細(xì)小裂紋， 即發(fā)紋。最后用肉眼或不大于10倍的放大鏡進(jìn)行檢查和鑒別。發(fā)紋是沿軋制方向分布的， 具有一定長度和深度的細(xì)小裂紋。一般由于該裂紋很窄，光線射不到底，故只能看到有深 度的黑色線條。順光時，個別較寬的發(fā)紋，可以看到灰暗色的底部

23、。（3）硫印試驗(yàn)硫在鋼中以硫化物的形式存在（FeS、MnS）硫化鐵與鐵共晶溫度為 989C ,呈網(wǎng)狀分 布于晶界，在熱壓力加工時極易產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象，直接影響鋼材質(zhì)量。硫印的目的就是 要顯示硫在鋼中的分布和偏析程度。硫印就是利用稀硫酸與鋼中的硫發(fā)生反應(yīng)，生成硫化 氫氣體。硫化氫再與印相紙乳劑層中的澳化銀作用，在印相紙上生成棕色硫化銀沉淀。根 據(jù)硫化銀棕色斑點(diǎn)的數(shù)量、大小、色澤深淺及分布的均勻性，來評定碳鋼、低中合金鋼的 質(zhì)量。宏觀檢驗(yàn)的方法有多種，各自有它們的特點(diǎn)及適用范圍。酸浸試驗(yàn)對疏松、偏析、流 線、裂紋等最適用；塔形發(fā)紋檢驗(yàn)一般用于有特殊用途的材料或高級優(yōu)質(zhì)材料上，用來檢 驗(yàn)它們在各個部

24、位上的發(fā)紋多少和分布；硫印試驗(yàn)是用來測定鋼錠或鋼材上硫的分布，同 時也可以間接地對其他元素的分布概況和趨勢進(jìn)行推測和估計。各種方法在使用上各有側(cè) 重，可單獨(dú)使用也可同時并用，相互補(bǔ)充，以期達(dá)到準(zhǔn)確測試的目的。102011/3/1610合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文11合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文112、微觀檢驗(yàn)宏觀檢驗(yàn)?zāi)軌颢@得很多信息，但要了解更多的細(xì)節(jié)和情況還必須再進(jìn)行微觀觀察。通 過對斷口的微觀分析，除可以進(jìn)一步澄清斷裂的途徑、斷裂的性質(zhì)，環(huán)境介質(zhì)及溫度對斷 裂的影響外，還能進(jìn)一步確定斷裂的原因及其斷裂機(jī)理等詳細(xì)情況。對斷口進(jìn)行顯微分析 時，可使用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡，掃描電鏡.俄歇電子能譜

25、儀，離子探針，X射線衍射儀等儀器來研究。3、金相檢驗(yàn)金相檢驗(yàn)是一種常規(guī)的實(shí)驗(yàn)分析方法.它在失效分析中能提供被檢材料的大概種類和 組織狀況。從檢驗(yàn)出的顯散組織來推斷或證實(shí)被檢材料制造過程中經(jīng)歷的工藝過程，以及 執(zhí)行這些工藝是否屬正常，同時還可提供失效件在發(fā)生事故時是否發(fā)生塑性變形等情況， 以及失效件在使用過程中無意造成的熱處理效果等。反映出失效件在工作條件下發(fā)生的腐 蝕（大致可以定性和對腐蝕程度的半定量）、磨損、氧化和嚴(yán)重的表面加工硬化等，并可初 步確定其程度。從失效件上存在的裂紋，通過光學(xué)金相，大致可看出裂紋的發(fā)生及延伸分 布的特征以及裂紋兩側(cè)的顯微組織，來判斷裂紋的性質(zhì)，從而可提供失效件裂紋

26、的產(chǎn)生原 因；夾雜物的類型、級別及分布；相的類型、大小及分布。4、無損檢驗(yàn)在進(jìn)行斷裂部件的性能測定時，需從斷裂件上取樣，這是有損檢驗(yàn)。為了對原有構(gòu)件 的缺陷及裂紋分布情況做一次了解，應(yīng)該首先進(jìn)行無損探傷。無損探傷有了解表面裂紋的著色探傷、磁粉探傷、探測內(nèi)部缺陷及裂紋分布的超聲探 傷、X光探傷、渦流探傷等方法。超聲波探測深度可達(dá)幾米，特別適用于檢查零件內(nèi)部的裂紋、氣孔、夾渣、砂眼、疏 松、未焊透等，能準(zhǔn)確測出缺陷的位置、大小和形狀。但是，它不能用于奧氏體鋼的鑄件 和焊縫等粗晶材料和復(fù)雜形狀或表面粗糙的工件檢測。近年來，超聲波廣泛用來檢驗(yàn)金屬 材料的質(zhì)量，并逐步成為金屬材料預(yù)檢或正式檢驗(yàn)的手段。渦

27、流探傷能對表面或表皮下的缺陷及全部導(dǎo)電材料進(jìn)行檢驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)自動記錄和高速 檢驗(yàn)，適于連續(xù)監(jiān)測，但難以確定缺陷的種類。X射線探傷能夠探查材料內(nèi)部的變化和體積型缺陷，如氣孔、夾渣、縮孔、疏松等， 能提供永久性的照片記錄。但是，射線照相方法，不能用于檢測鍛件和型材中的缺陷。磁粉探傷適用于探測鐵磁性材料和工件的缺陷，如鍛件、焊縫、型材、鑄件等，并確 定缺陷的位置，大小和形狀，但難以確定缺陷的深度。該方法不適用于探測非鐵磁性材料， 如奧氏體鋼、銅、鋁等缺陷。滲透探傷的應(yīng)用范圍更加廣泛，可以用于探測所有金屬材料和致密性非金屬材料的缺 陷，能確定缺陷的位置，大小和形狀，但不能確定缺陷的深度。該方法不能用于探

28、測疏松 的多孔性材料的缺陷。112011/3/1611合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文：5、化學(xué)成分分析在失效分析中，化學(xué)成分分析是必不可少的。它能為失效分析提供有用的信息。如由 于選材錯誤所造成的失效，只需要用化學(xué)成分分析就能得到結(jié)果。利用X射線和熒光分析、 能譜分析、俄歇分析、電子探針、離子探針、激光探針等方法，對金屬的表面或內(nèi)部的成 分進(jìn)行分析和研究。在進(jìn)行化學(xué)我分分析時，宏觀化學(xué)成分分析最常用，對于特殊情況， 可采用微區(qū)化學(xué)成分分析。X射線分析技術(shù)是失效分析的有效技術(shù)之一。粉末照相法能識別基體金屬腐蝕產(chǎn)物耐火材料和礦物中的各種相。用 X射線衍射和熒光分析能對化學(xué)成分作定性和定量分析 能測定

29、基體和析出的相以及它們間的取向、電化學(xué)萃取的第二相粒子、表面沉淀和腐蝕產(chǎn) 物的成分和結(jié)構(gòu)。X射線衍射法還能對材料的晶格參數(shù)、晶體缺陷、殘余內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行測量。 然而，由于它不是像顯微鏡那樣直觀可見的觀察？也無法把形貌觀察與晶體結(jié)構(gòu)分析微觀同位地結(jié)合起來，其分析樣品的最小區(qū)域僅在毫米數(shù)量級？不能進(jìn)行微米及納米級的微區(qū)選擇分析。下表是常用實(shí)驗(yàn)分析方法的性能與用途比較。常用實(shí)驗(yàn)分析方法的性能與用途方法方法最小分析的線性放大倍數(shù)范圍6、力學(xué)性能測定對零部件進(jìn)行失效分析常要測定材料的硬度和力學(xué)性能。由于硬度的測量簡便易行， 對失效分析常常是最有用的手段之一，可用于估計金屬材料的拉伸強(qiáng)度，估計熱處理是否 合乎

30、質(zhì)量要求，檢驗(yàn)由于過熱、脫碳、滲碳、滲氮和加工硬化等所引起的軟化和硬化等。力學(xué)性能測定常要進(jìn)行金屬的拉伸試驗(yàn)及沖擊試驗(yàn)，以便于比較。有時還需要做一些 比使用溫度稍高或稍低的力學(xué)性能測量，以便對零部件在服役中是否有超溫情況作出判 斷。此外還需考慮特殊性能測定，如疲勞試驗(yàn)、應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)、韌脆轉(zhuǎn)變溫度測定、斷裂 韌性測定等。在鋼材的初步檢驗(yàn)中，用簡單的彎曲試驗(yàn)就能查明材料是韌性還是脆性的。硬度測量 能指示鋼材的抗拉強(qiáng)度。但對鑄鐵和大多數(shù)非鐵金屬材料還不能用彎曲和硬度測量來評 估，而只能用拉伸來測量，這是因?yàn)樗麄冞€沒有建立起硬度與拉伸強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系。一般 非鐵金屬如鋁、銅及其合金的塑性較大，用簡單彎曲

31、不能反映脆性或塑性的程度。與說明 書的數(shù)據(jù)比較時，應(yīng)注意到試樣取向與材料加工方向之間的關(guān)系。通常，橫向試樣的拉伸 強(qiáng)度比縱向的小些。一般來說，由于拉伸強(qiáng)度不足而引起損壞的例子并不多見。因此，力學(xué)性能測試主要 起到復(fù)檢的作用和確定排除力學(xué)性能引起損壞的顧慮。7、斷裂力學(xué)分析失效分析應(yīng)用斷裂力學(xué)測量的目的，在于通過斷裂韌性的測試和分析，確定一個部件122011/3/1612合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文13合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文13安全使用所能容納的裂紋尺寸，以及確定含有裂紋部件的壽命。前者判斷部件成品材料的 斷裂韌度是否合理，如不合理必須設(shè)法提高該部件的斷裂韌度，以免同樣的失效重復(fù)發(fā)生； 后

32、者在于判斷現(xiàn)有裂紋的部件還能使用多久，而不至于誤判它過早的退役。斷裂力學(xué)是從有切口的實(shí)際情況出發(fā)來考慮切口效應(yīng)和裂紋擴(kuò)展的速率。目前常用的評價斷裂韌性的方法有。平面應(yīng)變斷裂韌度（K1c）測試，動態(tài)撕裂試驗(yàn)（DT）, J積分?jǐn)嗔雅?據(jù)（J1c）,裂紋張開位移（COD）M試和動態(tài)斷裂韌度（K1d）測試。132011/3/1613合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文14合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文14第三章焊接接頭的組織與性能第一節(jié) 焊接熔合區(qū)的特征1.1 熔合區(qū)形成的原因熔合區(qū)是由于母材坡口表面復(fù)雜的熔化情況形成的。首先，即使焊接參數(shù)保持穩(wěn)定， 而由于電弧吹力的變化和金屬熔滴過渡，都使傳播到母材表面的熱量

33、隨時發(fā)生變化，造成 母材熔化不均勻。其次，由于母材表面晶粒的取向各不相同而熔化程度不同，其中取向與 導(dǎo)熱方向一致的晶粒熔化較快。此外，母材各點(diǎn)的溶質(zhì)分布實(shí)際上的不均勻，使各點(diǎn)的有 效熔點(diǎn)與理論熔點(diǎn)存在不同的差值，因而在理論熔點(diǎn)的等溫面上必然存在了已經(jīng)熔化和尚 未熔化的部位?？偟慕Y(jié)果就形成固-液兩相交錯并存的版熔化區(qū)，即熔合區(qū)。第二節(jié) 焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)熱循環(huán)的特點(diǎn)在焊接或切割過程中，材料因受熱的影響(但未熔化)而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變 化的區(qū)域叫做熱影響區(qū)。特點(diǎn)：(1)加熱溫度高 對大多數(shù)鋼材，熔合區(qū)附近的母材最高加熱溫度可達(dá)到1400c左右，而熱處理時，加熱溫度僅略高于 Ac3。(2

34、)加熱速度快 熱處理時為了保證加熱均勻減小熱應(yīng)力，對加熱速度坐了較嚴(yán)格的限制。 而熔焊時，為了迅速達(dá)到局部熔化，必須采用比熱處理時大幾十倍或上百倍的加熱速度。(3)高溫停留時間段 焊接時，熱影響區(qū)的溫度因熱源移動而隨時間變化，不像熱處理時 根據(jù)產(chǎn)品與工藝要求可對保溫時間加以控制。因此，熱影響區(qū)在高溫的時間很短(4)各點(diǎn)的溫度隨時間與位置而變化這是局部加熱與熱源運(yùn)動所造成的。這種復(fù)雜的溫度場，是熱影響區(qū)組織不均勻及復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)形成的根本原因。(5)自然條件下連續(xù)冷卻 在不采取緩冷或保溫措施的條件下，焊接熱影響區(qū)的冷卻都屬 于自然條件下的連續(xù)冷卻。同時由于溫度分布不均勻，冷卻必然很高，止匕外，冷

35、卻還受焊 接參數(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響。142011/3/1614合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文15合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文15焊接熱影響區(qū)的組織分布特征及性能部位加熱溫度范 圍組織特征及性能焊縫1500C鑄造組織柱狀樹枝晶熔合區(qū)及 過熱區(qū)14001250c12501100c晶粒粗大，可能出現(xiàn)魏氏組織，硬化之后易產(chǎn)生裂紋，塑性不好粗晶與細(xì)品交替混合相交重結(jié)晶去1100900c晶粒細(xì)化，力學(xué)性能良好不完全重結(jié)晶 去900-730C粗大的鐵素體和細(xì)小的珠光體，鐵素體的機(jī)械性能不均勻,在急 冷條件卜口能出現(xiàn)圖碳馬氏體母材300 c 室溫沒有受到熱影響的母材部分152011/3/1615合肥通用

36、職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文16第四章焊接接頭斷口特征第一節(jié)焊接接頭疲勞斷裂的斷口分析疲勞斷口的宏現(xiàn)形狀特征疲勞斷口保留了整個斷裂過程的所有痕跡，記錄了很多斷裂信息。具有明顯區(qū)別于其 他任何性質(zhì)斷裂的斷口形貌特征，而這些特征又受材料性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力大小及環(huán)境 因素的影響，因此對疲勞斷口分析是研究疲勞過程、分析疲勞失效原因的重要方法。一個典型的疲勞斷口往往由疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)三個部分組 成，具有典型的“貝殼”狀或“海灘”狀條紋的特征，這種特征給疲勞失效的鑒別工作帶 來了極大的幫助。1、疲勞裂紋源區(qū)疲勞裂紋源區(qū)是疲勞裂紋萌生的策源地，是疲勞破壞的起點(diǎn)，多處于機(jī)件的表面，源 區(qū)的斷

37、口形貌多數(shù)情況下比較平坦、光亮，且呈半圓形或半橢圓形。因?yàn)榱鸭y在源區(qū)內(nèi)的 擴(kuò)展速率緩慢，裂紋表面受反復(fù)擠壓、摩擦次數(shù)多，所以其斷口較其他兩個區(qū)更為平坦， 比較光亮。在整個斷口上與其他兩個區(qū)相比，疲勞裂紋源區(qū)所占的面積最小。當(dāng)表面承受足夠高的殘余壓應(yīng)力或材料內(nèi)部存在嚴(yán)重的冶金缺陷時，裂紋源則向次表 面或機(jī)件內(nèi)部移動。有時在疲勞斷口上也會出現(xiàn)多個裂紋源，每個源區(qū)所占面積往往比單 個源區(qū)小，源區(qū)斷口特征不一定都具有像單個源區(qū)那樣典型的形貌。裂紋源的數(shù)目取決于 材料的性質(zhì)、機(jī)件的應(yīng)力狀態(tài)以及交變載荷狀況等。通常，應(yīng)力集中系數(shù)越大，名義應(yīng)力 越高，出現(xiàn)疲勞源的數(shù)目就越多，如低周疲勞斷口上常有幾個位于不同

38、位置的疲勞裂紋源 區(qū)。當(dāng)零件表面存在某類裂紋時，則零件無疲勞裂紋萌生期，疲勞裂紋在交變載荷作用下 直接由該類裂紋根部向縱深擴(kuò)展，這時斷口上不再出現(xiàn)疲勞源區(qū)，只有裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時 斷裂區(qū)。2、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)是疲勞裂紋形成后裂紋慢速擴(kuò)展形成的區(qū)域，該區(qū)是判斷疲勞斷裂的 最重要特征區(qū)域，其基本特征是呈現(xiàn)貝殼花樣或海灘花樣，它是以疲勞源區(qū)為中心，與裂 紋擴(kuò)展方向相垂直的呈半圓形或扇形的弧形線，又稱疲勞弧線。疲勞弧線是裂紋擴(kuò)展過程 中，其頂端的應(yīng)力大小或狀態(tài)發(fā)生變化時，在斷裂面上留下的塑性變形的痕跡。貝紋花樣是由載荷變動引起的，因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時不可避免地常有啟動、停歇、偶然過 載等，均可留下

39、塑性變形的痕跡一貝紋線（疲勞弧線）。貝紋線的清晰度不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，而且與介質(zhì)情況、溫度條件等有關(guān)，材料的塑性好、溫度高、有腐蝕介質(zhì)存在時， 則弧線清晰。所以，這種弧線特征總是出現(xiàn)在實(shí)際機(jī)件的疲勞斷口中，而在實(shí)驗(yàn)室的試件 疲勞斷口中很難看到明顯的貝紋線，此時疲勞斷口表面由于多次反復(fù)壓縮而摩擦，使該區(qū) 變得光滑，呈細(xì)晶狀，有時甚至光潔得像瓷質(zhì)狀結(jié)構(gòu)。一般貝紋線常見于低應(yīng)力高周疲勞 斷口中，而低周疲勞以及許多高強(qiáng)度鋼、灰鑄鐵中觀察不到此種貝紋狀的推進(jìn)線。貝紋線與裂紋擴(kuò)展方向垂直，它可以是繞著裂紋源向外凸起的弧線，表示裂紋沿表面 擴(kuò)展較慢，即材料對缺口不敏感，例如低碳鋼；相反，若圍繞裂紋源成凹向

40、弧線，說明裂 紋沿表面擴(kuò)展較內(nèi)部快些，表示材料對缺口敏感，如高碳鋼。貝紋線間距也有不同。近疲勞源區(qū)貝紋線較細(xì)密，表明裂紋擴(kuò)展較慢；遠(yuǎn)離疲勞源區(qū) 則貝紋線較稀疏，表明裂紋擴(kuò)展較快。疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)在斷口所占據(jù)的面積為最大，而貝162011/3/1616合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文17合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文17紋區(qū)的面積大小取決于材料性質(zhì)及構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力幅等。隨著應(yīng)力幅的降低或材料 韌性較好時，則貝紋區(qū)較大，貝紋線細(xì)而明顯；反之隨著應(yīng)力幅的提高或材料韌性較差， 則貝紋區(qū)較小，貝紋線粗而不明顯。當(dāng)軸類機(jī)件拉壓疲勞時，若表面無應(yīng)力集中（無缺口），則裂紋因截面上應(yīng)力均等而沿截面等速擴(kuò)展，貝紋線

41、呈一簇平行的圓弧線。若機(jī)件表面存在應(yīng)力集中（環(huán)形缺口），則因截面表層的應(yīng)力比中間的高，裂紋沿表層的擴(kuò)展快于中間區(qū)；高應(yīng)力時，瞬斷區(qū)面積 相對較大，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)面積小，裂紋沿兩邊及中間擴(kuò)展差別不大，貝紋線的形狀為半 圓弧形一半橢圓弧個波浪弧一最后凹向半橢圓弧變化。當(dāng)機(jī)件彎曲疲勞時，其表面應(yīng)力最 大，中心最小，其貝紋線變化與缺口機(jī)件的拉壓疲勞相似，如表面又存在缺口造成應(yīng)力集 中，則其變化程度會更大。若機(jī)件為扭轉(zhuǎn)疲勞時，其最大正應(yīng)力和軸向呈450角分布，最大切應(yīng)力垂直或平行軸向分布，故疲勞斷口有二類，一類為正斷型，另一類為切斷型。脆 性材料常是正斷型扭轉(zhuǎn)疲勞，常見的有鋸齒狀斷口及星形斷口，呈纖維狀

42、，如花鍵軸的斷 口。切應(yīng)力引起的切斷型疲勞斷口，斷面垂直或平行于軸線，此時不會出現(xiàn)貝紋線，有時 扭轉(zhuǎn)疲勞也會出現(xiàn)混合斷裂。綜上所述，應(yīng)力集中影響貝紋線的形狀，應(yīng)力集中增大，相應(yīng)的貝紋線較平坦；名義 應(yīng)力影響最終瞬斷區(qū)的大小，名義應(yīng)力增大，最終破斷區(qū)的面積增加；應(yīng)力狀態(tài)主要影響 疲勞源的位置和數(shù)量，雙向彎曲，最小有兩個疲勞源以及相應(yīng)的擴(kuò)展區(qū)，旋轉(zhuǎn)彎曲則最終 破斷區(qū)向旋轉(zhuǎn)的反方向偏轉(zhuǎn)一定角度。止匕外，對疲勞斷口有時還有另一基本特征即疲勞臺階。這是由于裂紋擴(kuò)展過程中，裂 紋前沿的阻力不同，而發(fā)生擴(kuò)展方面上的偏離，此后裂紋開始在各自的平面上繼續(xù)擴(kuò)展， 不同的斷裂面相交而形成臺階。一次疲勞臺階出現(xiàn)在疲勞

43、源區(qū)，二次疲勞臺階出現(xiàn)在疲勞 裂紋的擴(kuò)展區(qū)，它指明了裂紋的擴(kuò)展方向，并與貝紋線相垂直，呈放射狀射線。3、瞬時斷裂區(qū)由于疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使零件或試樣的有效斷面逐漸減小，因此，應(yīng)力不斷增加。 對塑性材料，當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展至凈截面的應(yīng)力達(dá)到材料的斷裂應(yīng)力時，便發(fā)生瞬時斷裂， 當(dāng)材料塑性很大時，斷口呈纖維狀，暗灰色；對脆性材料，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至材料的臨界裂紋 尺寸a C時，便發(fā)生瞬時斷裂，斷口呈結(jié)晶狀。因此，瞬時斷裂是一種靜載斷裂，它具有 靜載斷裂的斷口形貌，是裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域。與其他兩個區(qū)相比，瞬斷區(qū)的明顯特征是具有不平坦的粗糙表面，而裂紋源區(qū)及裂紋 擴(kuò)展區(qū)則為光亮區(qū)，有時光亮區(qū)僅為

44、疲勞源區(qū)。瞬斷區(qū)的斷口形貌及其所占面積取決于材料性質(zhì)、幾何形狀、應(yīng)力集中程度、加載方 式及大小以及環(huán)境等因素，若應(yīng)力較高或材料韌性較差，則瞬斷區(qū)面積較大；反之，則瞬 斷區(qū)就較小。以上分別介紹了各種條件下出現(xiàn)的疲勞斷口三個區(qū)域的一股宏觀特征，它們是判斷零 件疲勞失效的重要證據(jù)之一。但是影響疲勞斷口形貌的還有其他許多因素， 諸如材料種類、 強(qiáng)度級別及環(huán)境介質(zhì)等，這些因素可能使斷口三個區(qū)域的形貌及其界限模糊不清，所以實(shí) 際零件的宏觀斷口形貌有時并不那么典型、分明。止匕外，在某些情況下，由于斷口的宏觀 形貌在現(xiàn)場中遭破壞或者由于斷口匹配面在斷裂過程中受到嚴(yán)重磨損等原因，以至于無法 借助于它的宏觀形貌來

45、判斷其失效性質(zhì)。在另一些情況下，雖然由斷口的宏觀形貌可以判 斷其失效性質(zhì)，但尚需進(jìn)一步查明引起疲勞失效的原因， 這時就需要借助于微觀斷口分析。4.2疲勞斷口的微觀形狀特征目前用斷口微觀分析判斷失效形式，通常不是依靠裂紋源區(qū)的微觀形貌，而主要是依172011/3/1617合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文18合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文18據(jù)裂紋擴(kuò)展區(qū)的微觀斷口形貌來進(jìn)行判斷。因?yàn)榱慵嗫谏系钠诹鸭y源區(qū)一般都很小， 有時根本不存在，另外在疲勞斷裂的斷口上，其裂紋源區(qū)的微觀特征出現(xiàn)許多種形貌，如 有些材料的裂紋源區(qū)出現(xiàn)韌窩狀形貌，而低韌或脆性材料的源區(qū)甚至出現(xiàn)準(zhǔn)解理，沿晶斷 裂的形貌，有些材料的源區(qū)出

46、現(xiàn)疲勞條帶。為了分析引起疲勞失效的原因，需在源區(qū)上進(jìn) 行認(rèn)真檢查，就能得出失效是屬于何種原因引起的。在疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，其微觀形貌的基 本特征是具有一定間距的、垂直于主裂紋擴(kuò)展方向的、相互平行的條狀花樣，即疲勞條帶 （或疲勞輝紋、疲勞條紋），這是區(qū)別于其他性質(zhì)斷裂的最顯著的特征花樣。疲勞條帶具有 如下特點(diǎn)：1、斷口上的疲勞條帶有時為連續(xù)分布，如在鋁合金、鈦合金、奧氏體鋼中所見，有 時也可能呈斷續(xù)分布，如在結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)鋼中所見；2、在使用狀態(tài)下，疲勞裂紋往往在不同振幅的交變載荷下發(fā)生，裂紋擴(kuò)展時同一平 面、同一方向上疲勞條帶間距變化是疲勞載荷譜在斷口形貌上的反映，每一條疲勞條帶代 表一次載荷循環(huán)，

47、疲勞條帶的間距在裂紋擴(kuò)展初期較小，而后逐漸變大；3、疲勞條帶的形狀多為向前凸出的弧形條紋，金屬中的第二相粒子可以阻止也可加 速疲勞裂紋的擴(kuò)展，使疲勞條帶出現(xiàn)凹形弧線或 S形弧線；4、面心立方晶體結(jié)構(gòu)的材料比體心立方晶體結(jié)構(gòu)的材料更易形成連續(xù)而清晰的疲勞 條帶5、平面應(yīng)變狀態(tài)比平面應(yīng)力狀態(tài)易形成疲勞條帶，一般應(yīng)力太小時觀察不到疲勞條 帶；6、晶粒邊界對疲勞裂紋的擴(kuò)展起抑制作用，疲勞裂紋擴(kuò)展方向從一個晶粒到另一個 晶粒發(fā)生變化，產(chǎn)生的疲勞條帶的方向也不一樣；7、疲勞條帶在常溫下往往是穿晶的，而在高溫下可以出現(xiàn)沿品疲勞條帶；8、材料的抗拉強(qiáng)度越高，越不易形成疲勞條帶，高強(qiáng)鋼或超高強(qiáng)度鋼的疲勞斷口上

48、甚至完全不出現(xiàn)疲勞條帶，而往往是沿晶、解理或韌窩形貌；9、高溫和腐蝕環(huán)境會使斷口發(fā)生氧化和腐濁，結(jié)果使疲勞條帶形貌遭到破壞；10、斷口兩側(cè)條紋形態(tài)對稱，即峰對峰，谷對谷。疲勞條帶有韌性和脆性兩種類型。韌性疲勞條帶是指金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展時，裂尖金屬發(fā)生較大的塑性變形，疲勞條 帶通常是連續(xù)的，并向一個方向彎曲成波浪形：通常在疲勞條帶間存在有滑移帶，在電鏡 下可以觀察到微孔花樣。高周疲勞斷裂時.其疲勞條帶通常是韌性的。脆性疲勞條帶是指疲勞裂紋沿解理平面擴(kuò)展，尖端沒有或很少有塑性變形，故又稱解 理?xiàng)l帶。在電鏡下既可觀察到與裂紋擴(kuò)展方向垂直的疲勞條帶，又可觀察到與裂紋擴(kuò)展方 向一致的河流花樣及小品面。

49、脆性金屬材料及在腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的高強(qiáng)度塑性材料發(fā) 生的疲勞斷裂或緩慢加載的疲勞斷裂中，具疲勞條帶通常是脆性的，面心立方金屬一般不 發(fā)生解理斷裂，故不產(chǎn)生脆性的疲勞條帶。以上所述就是疲勞條帶的主要特征，凡是裂紋擴(kuò)展區(qū)斷口確認(rèn)有疲勞條帶，一般情況 下均可判斷為疲勞失效。但是，顯示不出疲勞條帶的斷口，卻不能認(rèn)為它不屬于疲勞失效 往往存在這種情況，對一個在交變載荷下發(fā)生疲勞失效的零件斷口分析時，宏觀斷口呈現(xiàn) 出典型的疲勞特征（貝紋線），而斷口的微觀形貌中卻難以尋找到疲勞條帶。所以，不是 在任何條件下和任何材料的疲勞斷口，都會一律出現(xiàn)疲勞條帶，實(shí)際上有許多因素影響疲 勞條帶在斷口上的出現(xiàn)，如應(yīng)力狀態(tài)

50、、應(yīng)變狀態(tài)、材料性質(zhì)及環(huán)境因素的影響。材料硬度 越高，加工硬化嚴(yán)重的構(gòu)件，在疲勞斷口上難以看到疲勞條帶，在真空中的疲勞斷口也看 不到疲勞條帶。除疲勞條帶這一主要特征之外，在一些包括面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體不銹鋼、體心立方182011/3/1618合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文19合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文19結(jié)構(gòu)的合金結(jié)構(gòu)鋼、馬氏體不銹鋼等材料的疲勞斷口中，還可看到類似解理斷裂狀河流花 樣的疲勞臺階（又稱疲勞溝線）和類似汽車輪胎走過泥地時留下的痕跡即輪胎花樣。疲勞 臺階的方向與疲勞條帶的法線方向基本一致。若條帶的間距與臺階的高度相當(dāng)時，疲勞臺 階與疲勞條帶可同時顯示出來；若條帶間距遠(yuǎn)小于臺階的高度，在一定的放大倍率下則臺 階之間的條帶往往難以顯示。輪胎花樣是由于疲勞斷口的兩個匹配面之間重復(fù)沖擊和相互運(yùn)動所形成的機(jī)械損傷，也可能是由于松動的自由粒子（硬質(zhì)點(diǎn)）在匹配斷裂面上作用的 結(jié)果。輪胎花樣不是疲勞本身的形貌，但卻是疲勞斷裂的一個表征。疲勞裂紋斷口疲勞裂紋斷口第二節(jié) 焊接接頭脆性斷裂的斷口分析脆性斷口的斷裂面通常與拉伸應(yīng)力垂直，宏觀上斷口由具有光澤的結(jié)晶亮面組成。沿晶脆性斷裂沿晶脆性斷裂是指斷裂路徑沿著不談位向的晶界（晶粒間界）所發(fā)生的一種屬于低能 吸收過程的斷裂。根據(jù)斷裂能量消耗最小原理，裂紋的擴(kuò)展路徑總是沿著原子結(jié)合力最薄 弱的表面進(jìn)行。品界強(qiáng)度不一定最低，但如果金屬存在