主题：【分享】静载荷作用下的断裂失效分析

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发表于：2012/08/18 18:06:31 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

1. 过载断裂失效断口三个特征区：纤维区、放射区及剪切唇。

2. 断口形貌，判断裂纹源在哪个区（人字纹）：表面光滑的零件断口上人字纹的尖部总是指向裂纹源的方形，而周边有缺口时正好相反

3. 载荷性质的影响：①断口中三要素相对大小的变化。②断口形貌的变化。

4. 扭转和弯曲过载断裂断口特征
扭转：韧性断裂的断面与轴向垂直，脆性断裂的断面与轴向呈45°螺旋状，对于刚性不足的零件，扭转时发生明显的扭转变形。
弯曲：弯曲断口上可以观察到明显的放射线或人字纹花样。

5. 回火致脆断裂的特征：宏观：断面结构粗糙，断口呈银白色的结晶状，一般为宏观脆断。但在脆化程度不严重时，断口会出现剪切唇。微观：沿奥氏体晶界分离形成冰糖块状。

6. 冷脆金属低温脆断的特征：①冷脆金属低温脆断断口的宏观特征典型宏观特征为结晶状，并有明显的镜面反光现象。断口与正应力轴垂直，断口平齐，附近无缩颈现象，无剪切唇。断口中的反光小平面（小刻面）与晶粒尺寸相当。马氏体基高强度材料断口有时呈放射状撕裂棱台阶花样。②冷脆金属低温脆断断口的微观特征冷脆金属低温脆断断口的微观形貌具有典型的解理断裂特征：河流花样、台阶、舌状花样、鱼骨花样、羽毛状花样、扇状花样等。对于一般工程结构用钢，通常所说的解理断裂，主要是在冷脆状态下产生的。

7. 第二相指点致脆断裂：指由第二相质点晶粒间界析出引起晶界的脆化或弱化而导致的一种沿晶断裂。
失效的两种情况：一是脆性第二相质点沿原奥氏体晶界择优析出引起的晶界脆化。二是某些杂质元素沿晶界富集引起的晶界弱化。
断口特征：宏观断口均为脆性晶粒状；微观形貌为沿晶断裂，因晶界上有条状析出物而导致脆性断裂。

8. 环境致脆断裂失效分析：腐蚀开裂、氢致开裂、腐蚀疲劳、热疲劳及低熔点金属致脆断裂等。
应力腐蚀开裂的断口及裂纹特征：①断口宏观形态一般为脆性断裂，断口界面基本上垂直于拉应力方向。断口上有断裂源区、裂纹扩展区和最后断裂区；②应力腐蚀裂纹源于表面，并呈不连续状，裂纹具有分叉较多，尾部较尖锐（呈树枝状）的特征；③裂纹的走向可以使穿晶的也可以是沿晶的。材料的晶体结构是影响应力腐蚀裂纹走向的主要因素。面心立方金属的材料易引起穿晶型应力腐蚀，而体心立方金属的材料则以沿晶型开裂为主；④应力腐蚀断口的微观形貌可位岩石状，岩石表面有腐蚀痕迹。
氢致脆段断口形貌特征：①宏观断口齐平，为脆性的结晶状，表面洁净呈亮灰色；实际构件的氢脆断裂又往往与机械断裂同时出现，因此，断口上常常包括这两种断裂的特征，对于延迟断裂断口，通常有两个区域，一是氢脆裂纹的亚临界扩展区（齐平部分）；二是机械撕裂区（斜面，粗糙，有反射线花样）。②微观断口沿晶分离，晶粒轮廓鲜明，晶界有时可见到变形线（呈发纹或鸡爪痕花样）；应力较大时也可能出现微孔型的穿晶断裂。③显微裂纹呈断续而弯曲的锯齿状。④在应力集中较大的部分起裂时，微裂纹源于表面或靠近缺口底部。应力集中比较小时，微裂纹多源于次表面或远离缺口底部（渗碳等表面硬化件出现的氢脆多源于次表面）。⑤对于在高温下氢与钢中碳形成CH₄气泡导致的脆性断裂，其断口表面具有氧化色及晶粒状。微观断口可见晶界明显加宽及沿晶型的断裂特征，裂纹附近珠光体有脱碳现象。⑥氢化物致脆断裂，也属于沿晶型的。
低熔点金属的接触致脆断裂失效：条件 ①金属零件与低熔点金属长时间接触。②存在拉应力和较高的温度条件。③基体金属与低熔点金属存在一定的环境体系。低熔点金属与零件材料的浸润性越好，越易构成致脆断裂的环境系统。如二者的浸润性不好，即使零件表面存在裂纹，因裂纹的扩展速度始终超过低熔点金属的渗入速度，所以也不能构成致脆断裂。④加载速度。只有在低加载速度条件下才能发生致脆断裂。
特点及形貌：①裂纹源于表面；②裂纹的走向为沿晶型；③裂纹特征：主裂纹明显，其周围有许多支裂纹；④断口表面通常有低熔点金属留下的特殊色泽及堆积物。
热脆断裂特点：①呈现热脆性的钢材，在高温下的冲击韧度并不低，而室温冲击韧度一般比正常值降低50%-60%，甚至降低80%以上，其他强度指标及塑性指标均不发生明显变化。奥氏体钢热脆性是有所不同的，在热脆发生的同时还往往发生强度和塑性指标的变化。②断裂的宏观表现是脆性的，断口呈粗晶状。微观上为沿晶的正向断裂。③具有热脆性的金属，其金相组织上可以看到黑色的网状特征，并有第二相质点析出。④几乎所有的钢材都有产生热脆性的倾向。
蠕变断裂特征：①宏观特征：明显的塑性变形时蠕变断裂的主要特征在断口附近产生许多裂纹，使断裂件的表面呈现龟裂现象。蠕变断裂的另一个特征是高温氧化现象，在断口表面形成一层氧化膜。②大多数的金属构件发生的蠕变断裂时沿晶型断裂，但当温度比较低时（在等强温度以下），也可能出现于常温断裂相似的穿晶断裂。和其他沿晶断裂不同之处在于，沿晶蠕变断裂的截面可以清楚地看到局部地区晶间的脱开及空洞现象。除此之外，断口上尚存在高温氧化及环境因素相对应的产物。