断裂失效分析.pptx
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1、u断裂失效类型断裂失效类型u失效分析的一般步骤失效分析的一般步骤u常见断裂失效的特征常见断裂失效的特征u断口分析方法断口分析方法u断裂失效分析案例断裂失效分析案例主主 要要 内内 容容第1页/共51页1.断裂失效类型断裂失效蠕变断裂失效塑性断裂失效脆性断裂失效疲劳断裂失效第2页/共51页2.失效分析的一般步骤综合分析宏观检验微观检验金相检验无损检测成分分析力学性能分析残骸分析实验研究使用状况提取试样现场调查第3页/共51页3.常见断裂失效的特征l定义:韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂,即零件断裂之前,在断裂部位出现较为明显的塑性变形。l原因:在工程结构中,韧性断裂一般表现为过载断裂,即零件危险截
2、面处所承受的实际应力超过了材料的塑性极限或强度极限而发生的断裂。3.1 韧性断裂韧性断裂第4页/共51页韧性断裂宏观特征(1)断口附件有明显宏观塑性变形。(2)断口外形呈杯锥状。杯底垂直于主应力,锥面平行于最大切应力,与主应力成45角;或断口平行于最大切应力,与主应力成45的剪切断口。(3)断口表面呈纤维状,其颜色呈暗灰色。第5页/共51页韧性断裂的微观特征韧性断裂的微观特征主要是在断口上存在大量的韧窝。注意:(1)在断口上的个别区域存在韧窝,不能简单地认为是韧性断裂。即使在脆性断裂的断口上,局部也可能产生塑性变形而存在韧窝。(2)沿晶韧窝不是韧性断裂的特征。沿晶韧窝主要是显微空穴优先在沿晶析
3、出的第二相处聚集长大而成。第6页/共51页韧性断裂失效分析的判据(1)断口宏观形貌粗糙,色泽灰暗,呈纤维状;边缘有与零件表面呈45的剪切唇;断口附近有明显的塑性变形,如残余扭角、挠曲、变粗、缩颈和鼓包等。(2)断口上的微观特征主要是韧窝。第7页/共51页3.2 脆性断裂定义:工程构件在很少或不出现宏观塑性变形(一般按光滑拉伸试样的 5%)情况下发生的断裂称作脆性断裂特点:具有突发性,常常在低应力下断裂,危害性大。第8页/共51页 引发脆性断裂的因素(1)由材料性质引起的脆性断裂,如热裂、冷裂、兰脆、回火脆、过热与过烧致脆、不锈钢的475 脆性等。(2)由环境温度与介质引起的脆性断裂,如冷脆、氢
4、脆、应力腐蚀致脆、液体金属致脆以及辐照致脆等。(3)由加载速率与缺口效应引起的脆性断裂,如高速致脆、应力集中与三应力状态致脆等。第9页/共51页脆性断裂的宏观特征(1)断裂处很少或没有宏观塑性变形,碎块断口可以拼合复原。(2)断口平坦,无剪切唇,断口与应力方向垂直。(3)断裂起源于变截面,表面缺陷和内部缺陷等应力集中部位。(4)断面颜色有的较光亮,有的较灰暗。光亮断口是细瓷状,对着光线转动,可见到闪光的小刻面;灰暗断口有时呈粗糙状,有时呈现出粗大晶粒外形。第10页/共51页(5)脆性断裂的扩展速率极高,断裂过程在瞬间完成,有时伴有大响声。(6)板材构件断口呈人字纹放射线,放射源为裂纹源,其放射
5、方向为裂纹扩展方向。图1 板材构件脆性断口宏观特征第11页/共51页脆性断裂微观特征穿晶脆断(解理与准解理)和沿晶脆断两大类解理断裂金属在正应力作用下,由于原子结合键被破坏而造成沿一定晶体学平面(即解理面)快速分离第12页/共51页解理台阶的形成过程示意图(a)裂纹AB 向螺位错CD扩展 (b)裂纹与螺位错CD交割,形成台阶 第13页/共51页准解理断裂 准解理断裂是介于解理断裂和韧窝断裂之间的一种过渡断裂形式。先按解理方式扩展成解理小刻面,最后以塑性方式撕裂,与相邻的解理小刻面相连,形成撕裂棱。准解理裂纹形成机理示意图第14页/共51页沿晶断裂 沿晶断裂又称晶间断裂,它是多晶体沿不同取向的晶
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