SEM的斷口分析市公開課一等獎省賽課獲獎課件

第三節(jié)SEM斷口分析在試樣或構(gòu)件斷口分析方面，掃描電子顯微鏡優(yōu)點已為人們所公認。制樣簡單：它不需要象透射電子顯微鏡那樣制備復型，既省事又不致在制備過程中引入假象。連續(xù)放大（5-10萬）：能夠?qū)嗫谶M行低倍(比如5倍左右)大視域觀察，一些感興趣區(qū)域(比如裂紋源)進行高倍觀察分析，皿示斷口形貌細節(jié)特征，揭示斷裂機理，假如儀器含有X射線能諧或波譜分析附件，還能夠一步對組成相或一些環(huán)境介質(zhì)在裂紋產(chǎn)生和發(fā)展過程中作用進行分析研究，那將更有利于揭示產(chǎn)生裂紋原因。景深大；立體感強；層次豐富；下面主要介紹幾個經(jīng)典斷口形貌及其掃描電子顯微鏡圖像特點，以利于分析這些斷口斷裂機理。

SEM的斷口分析第1頁幾個經(jīng)典斷口形貌

及其掃描電子顯微鏡圖像特點一、按試驗方式劃分（應力方式）拉伸斷口沖擊試樣斷口疲勞斷口二、按韌性、脆性分類韌性斷口脆性斷口SEM的斷口分析第2頁一、按試驗方式劃分（應力方式）拉伸斷口沖擊試樣斷口疲勞斷口SEM的斷口分析第3頁1、拉伸斷口1.1宏觀觀察（5×）：三個區(qū)域

纖維區(qū)：裂紋源形成區(qū)，有一定灰度放射區(qū)：裂紋擴展區(qū)；裂紋擴展方向：放射條紋破斷區(qū)（剪切唇）：最終破斷SEM的斷口分析第4頁1.2微觀觀察（400×以上）纖維區(qū)：裂紋源形成區(qū)大量韌窩（微坑）、撕裂棱（塑性變形痕跡）裂紋源形核：夾雜物、二相粒子、硬質(zhì)點放射區(qū)：裂紋擴展剪切韌窩SEM的斷口分析第5頁1.3韌性斷口→性能韌性好宏觀看：纖維區(qū)較大；

纖維區(qū)灰度大；放射區(qū)較??；微觀看：韌窩大且深塑性變形充分韌性差纖維區(qū)較小；甚至沒有纖維區(qū)灰度??；甚至小亮點放射區(qū)較大；韌窩小且淺，甚至沒有塑性變形不充分SEM的斷口分析第6頁微觀放大照片SEM的斷口分析第7頁2、沖擊試樣斷口主要表達放射區(qū)，即裂紋擴展區(qū)人字型花樣韌性或脆性SEM的斷口分析第8頁沖擊試樣斷口準解理花樣SEM的斷口分析第9頁3、疲勞斷口疲勞斷口，從宏觀上看，疲勞斷口分成三個區(qū)城，即疲勞關(guān)鍵區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬時破斷區(qū)。疲勞關(guān)鍵區(qū)：是疲勞裂紋最初形成地方，普通起源于零件表面應力集中或表面缺點位置，如表面槽、孔，過渡小圓角、刀痕和材料內(nèi)部缺點，如夾雜、白點、氣孔等。疲勞裂紋擴展區(qū)：是疲勞斷口最主要特征區(qū)域。它普通分為兩個階段。第一階段，裂紋只有幾個晶粒尺寸，且與主應力成45。，第二階段垂直于主應力，它是疲勞裂紋擴糜主要階段。擴展區(qū)斷口主要特征：是存在疲勞紋，即一系列基本上相互平行、略帶彎曲、呈波浪形條紋。普通每一條紋為一次載荷循環(huán)所產(chǎn)生，但一個載荷循環(huán)不一定都能產(chǎn)生一條紋;疲勞紋間距寬度隨應力強度因子幅大小而變。通常斷口上由許多大小、高低不一樣小斷面所組成，每塊小斷面上疲勞紋是連續(xù)、平行，但相鄰斷面疲勞紋是不連續(xù)、不平行，如圖所表示。SEM的斷口分析第10頁二、按韌性、脆性分類經(jīng)典韌性斷口經(jīng)典脆性斷口()解理斷裂準解理斷裂沿晶斷裂SEM的斷口分析第11頁韌性斷口韌性斷裂斷口：大量觀察表明，微坑普通均形核于夾雜物、第二相粒子或硬質(zhì)點處，因它們與基體之間結(jié)協(xié)力較弱，在外力作用下便輕易在界面發(fā)生破裂而形成微孔，然后逐步長大成微坑。掃描電子顯微鏡景深大，所以能夠清楚地顯示微坑底部夾雜物或第二相粒子，從圖上可看出這類質(zhì)點與微坑幾乎是一一對應，說明一個夾雜物或第二相粒子就是一個微坑形核位置。微坑形狀：有等軸、剪切長形和撕裂長形三種，如圖所表示。當斷裂是由微孔聚集方式進行時，其斷面上將出現(xiàn)微坑。按作用在金屬材料上應力狀態(tài)，SEM的斷口分析第12頁韌性斷口假如材料在普遍屈服情況下發(fā)生斷裂，即韌性斷裂，其斷口一定是微坑聚集型。不過，假如材料在未曾發(fā)生普遍屈服情況下發(fā)生斷裂，雖斷口兩側(cè)微區(qū)發(fā)生變形，存在大量微坑，就整個構(gòu)件來說仍屬脆性斷裂。所以這么斷口形貌只說明斷裂過程是按微坑聚集型方式進行，它不是延性斷裂同義詞。SEM的斷口分析第13頁韌窩（微坑）SEM的斷口分析第14頁二.2.1解理斷裂二.2.1.1解理斷口：穿晶斷裂：解理斷裂是金屬在拉應力作用下，因為原子間結(jié)合鍵破壞而造成穿晶斷裂。通常是沿著一定，嚴格晶面(解理面)斷開，有時也能夠沿著滑移面或?qū)\晶面發(fā)生解理斷裂。脆性斷裂：普通說解理是脆性斷裂，但并不意味著全部解理斷裂都是脆性，因為有還伴有一定程度塑性變形。

SEM的斷口分析第15頁二.2.1.2經(jīng)典解理斷口特點:解理臺階河流狀花樣舌狀花樣SEM的斷口分析第16頁二.2.1.2.1解理臺階從理論上說在單個晶塊內(nèi)解理斷口應是一個平面。不過實際晶體難免存在缺點，如位錯、夾雜物、·沉淀相等，所以實際解趣面是一簇相互平行(含有相同晶面指數(shù))、位于不一樣高度晶面。不一樣高度解理面之間存在著“臺階”。掃描電子顯微鏡觀察表明解理斷口上存在著許多“臺階”，因為“解理臺階”邊緣形狀尖銳，電子束作用體積靠近甚至暴露于表面（θ角大，δ大），所以在掃描電子顯微鏡圖像上顯得邊緣異常亮，如圖所表示。

SEM的斷口分析第17頁低溫Sn-Ti合金，解理脆SEM的斷口分析第18頁解理臺階河流狀花樣形成

SEM的斷口分析第19頁二.2.1.2河流狀花樣“河流狀花樣”是解理斷裂最主要特征。在解理裂紋擴展過程中，眾多臺階相互匯合便形成河流狀花樣。它由“上游”講多較小臺階匯合成“下游”。較大臺階。“河流”流向與裂紋擴展方向一致。擴展方向：依據(jù)河流流向，能夠判定解理裂紋在微小區(qū)域內(nèi)擴展方向。對于實際金屬材料來說，因為大多數(shù)是多晶體，存在著晶界和亞晶界，當解理裂紋穿過晶界時將發(fā)生“河流”激增或突然終止。這與相鄰晶塊位向和界面性質(zhì)相關(guān)。晶粒大?。ňЫ缗卸ǎ汉恿髌涫寂c終止。SEM的斷口分析第20頁二.2.1.3舌狀花樣也是解理斷裂主要特征之一。它形成與裂紋沿孿晶-基體界面擴展相關(guān)。這種孿晶是由解理裂紋以很高速度向前擴展時塑變只能以機械孿晶方式進行而在裂紋前端形成，如圖所表示，并常發(fā)生在低溫。因為“舌”形狀關(guān)系，當一側(cè)面向檢測器時，另一側(cè)背向；加上傾斜角度不一樣，所以在掃描電子顯微鏡圖像上，解理舌一側(cè)顯得亮，而另一側(cè)則暗，如圖所表示。SEM的斷口分析第21頁A3鋼，100O0C退火，在-l960C拉伸斷裂時產(chǎn)生舌狀花樣斷口二次電子像

舌狀花樣SEM的斷口分析第22頁二.2.2準解理斷口準解理斷口：準解理斷裂雖說屬解理斷裂，但二者又不完全相同，所以它有解理斷裂變種說法。近期工作表明，準解理斷口實質(zhì)上是由許多解理面組成；斷口特征：許多短而彎曲撕裂棱線條，由點狀裂紋源向四面放射河流花樣，斷面上有凹陷和二次裂紋等，如圖所表示。這種斷口首先在馬氏體回火鋼中發(fā)覺。SEM的斷口分析第23頁準解理斷口微坑小臺階撕裂棱波紋剪切面扇形面

SEM的斷口分析第24頁準解理斷口SEM的斷口分析第25頁二.2.2沿晶斷裂沿晶斷裂斷口：沿晶斷裂(或晶間斷裂)指是多晶體沿晶粒界面彼此分離。氫脆、應力腐蝕、蠕變、高溫回火脆性以及焊接熱裂紋等常發(fā)生晶間斷裂。通常沿晶斷裂總是脆性。因為晶粒是多面體，所以晶間斷裂斷口主要特征是有晶界刻面冰糖狀形貌。然而，一些材料晶間斷裂卻顯示很大延性，斷口上除展現(xiàn)晶間斷裂特征外，還有微坑。后者叫做晶間韌性斷裂。SEM的斷口分析第26頁氫脆SEM的斷口分析第27頁氫脆α-Fe脫C,N；充氫氣α-Fe脫C,N；充氫氣晶界硬化，晶內(nèi)軟化；晶界軟化，晶內(nèi)硬化；均表達氫脆SEM的斷口分析第28頁氫脆（沿晶斷裂）SEM的斷口分析第29頁SEM優(yōu)缺點特點：1、尤其適合用于表面形貌觀察（尤其是斷口）；立體感強，層次豐富，景深大2、分辨率較高，幾十?，甚至15?。（?為原子尺度）3、連續(xù)放大：5×至10萬×（甚至20萬×）

宏觀與微觀組織過渡、結(jié)合及對應好4、制樣簡單：a尺寸大小適當，15mm×15mm（特殊25mm，35mm，100mm）b導電（防止電荷集中效應）；不導電材料需噴C、Auc清潔干燥（晾置15分鐘以上），無油污SEM的斷口分析第30頁SEM不足1、僅于表面形貌觀察；結(jié)構(gòu)分析較差2、分辨本事趕不上TEM原子尺度?另、金相制樣注意：稍深點腐蝕（襯度好，起伏大），充分利用SEM立體感強，層次豐富，景深大SEM的斷口分析第31頁Al-Si過渡區(qū)（激光重熔）SEM的斷口分析第32頁Al-Si激光重熔前SEM的斷口分析第33頁Al-Si激光重熔區(qū)SEM的斷口分析第34頁馬氏體SEM的斷口分析第35頁馬氏體金相組織SEM的斷口分析第36頁馬氏體SEM的斷口分析第37頁電子通道花樣SEM的斷口分析第38頁電子通道花樣SEM的斷