金属断口分析教案
金属材料的裂纹与断口分析
断裂源区的位置、数量及精裂品课纹件 扩展方向等。
33
金属断口宏观分析的依据主要有：断口的颜 色、花纹、粗糙程度、边缘情况、位置等。
静载拉伸断口
out
精品课件
34
纤维区吸收大量塑性变形功而丧失金属光泽
韧性断裂
out
脆性断裂
精品课件
拉伸试 样的断 口比较
(确定断裂路径与组织关系) 5. 失效类型确定和失效原因判断
out
精品课件
21
3.1 断口样品的制备与保存
a. 断口样品的选取
b. 断口样品的切割
out
精品课件
22
判定主裂纹的方法
将散落断口拼合， 检验断口，氧
测量其几何形状变 化最严重区为
化，变形量最大的 最先断裂区
为主裂纹。
（主裂纹形成）
out
河海大学力学与材料学院硕士课程
金属材料失效分析
（Failure analysis of metallic materials）
第2讲 裂纹与断口分析
out
精品课件
第2讲 裂纹与断口分析
第一节 裂纹与断口 第二节 裂纹分析 第三节 断口分析
out
精品课件
2
第一节 裂纹与断口
1.1 裂纹与断口的本质
裂纹(裂缝)
完整金属在应力作用下, 某些薄弱部位发生局部破裂而
形成的一种不稳定缺陷。
• 直接破坏材料的连续性 • 应力集中(多数裂纹尾端较尖锐)
→ 金属发生低应力下破坏
实际金属零件中不可避免存在各种微裂纹。
可能产生于工艺或使用过程中,在特定载荷或环境条件
下逐渐产生并逐渐长大,一旦扩展到临界尺寸,零件即发生完
金属拉伸试样的断口分析
金属拉伸试样的断口分析金属拉伸试样是材料科学和工程领域中常用的实验方法之一，用于研究材料的力学性能和物理性质。
在拉伸过程中，试样会发生变形、裂纹和断裂等行为，而断口分析对于理解这些行为具有重要意义。
本文将从断口形态分析和特征分析两个方面，阐述金属拉伸试样断口的形态变化规律及其对材料性能的影响，同时探讨断口的预测与分析方法。
断口形态分析金属拉伸试样的断口形态通常可以分为韧性断裂和脆性断裂两种。
韧性断裂是指材料在拉伸过程中，首先发生均匀变形，随后在局部区域逐渐出现微裂纹，最终形成较大裂纹并导致断裂。
脆性断裂则是指在拉伸过程中，材料突然脆断，无明显的塑性变形和裂纹。
影响断口形态的因素包括拉伸率、应力和位错运动等。
在韧性断裂中，断口的形态通常为杯锥状断口，其形成与材料的韧性有关。
韧性好的材料在拉伸过程中能够承受较大的变形量，因此断口呈现出更为平整的形态。
脆性断裂的断口则通常为无杯锥状断口，呈现出较为尖锐的形态特征。
断口特征分析金属拉伸试样断口的特征可以通过观察和分析断口的形貌、结构和组成等方面来确定。
常见的断口特征包括尖角、波状、鱼脊等。
这些特征的形成与材料的力学性能和物理性质密切相关。
尖角断口通常出现在试样拉伸的起点处，主要是由于应力集中和局部变形导致的。
波状断口则通常出现在试样拉伸的中段，其形成与材料的韧性有关，往往是因微裂纹扩展和合并的结果。
鱼脊断口则出现在试样断裂的终点处，通常是因局部区域材料失稳和颈缩导致的。
断口预测与分析基于金属拉伸试样断口的形态、特征和原因，我们可以预测和分析材料的力学性能和物理性质。
例如，通过观察断口的形貌和组成，可以了解材料的断裂方式和机制，进而对其强度、韧性和耐腐蚀性等性能进行评估。
同时，通过对断口特征的分析，可以为材料的成分、结构和工艺等方面优化提供依据。
断口分析在金属拉伸试样中具有重要意义，通过对断口形态和特征的观察和分析，可以深入了解材料的力学性能和物理性质。
在实际应用中，断口分析可以为材料的研发、生产和应用提供重要参考依据，对于提高材料的综合性能和拓展其应用领域具有重要作用。
自学-失效分析实例1—金属件残骸断口分析
SYNL
图52
大端螺纹金相组织（横向，500×）
SYNL
图53
大端螺纹金相组织（纵向，100×）
SYNL
图54
大端螺纹金相组织（纵向，500×）
SYNL
图55（a） 喷管螺纹残骸宏观像（断口面）
SYNL
图55（b） 喷管螺纹残骸宏观像（背面）
SYNL
图56 喷管螺纹断口形貌
SYNL
图57 喷管螺纹断口形貌
图70
堵片金相组织（横向，500×）
SYNL
图71
堵片金相组织（纵向，100×）
SYNL
图72
堵片金相组织（纵向，500×）
SYNL
图73 燃烧室1#残骸解剖图
SYNL
图74（a） 连接螺残骸解剖图（正面）
SYNL
图74（b） 连接螺残骸解剖图（侧面）
SYNL
金相
图75 大端螺纹3#残骸解剖图
SYNL
图76（a） 喷管螺纹残骸解剖图
SYNL
金 相
图76（b） 喷管螺纹残骸解剖图（金相样品）
SYNL
图77 堵片残骸解剖图
七、 化学成分分析
SYNL
表1
残片 名称 Si Fe Cu
送检残片化学成分
化学成份（wt%） Mn Mg Cr Zn Ti Al
燃烧室
喷管 连接螺
0.17
0.088 0.096
SYNL
结 论？
失效类型 失效原因 改进措施
六、 金相组织观察
SYNL
图28
木纹断口处金相组织（横向，100×）
SYNL
图29
一般断口处金相组织（横向，100×）
SYNL
《金属断口分析》PPT课件
冀教版四年级语文下册期末试卷一、积累运用（50分）1、瞧拼音写词语（10分）cíxiáng niàng mìqíshǔ（）（）红（）（）光shūméi gui líng long yà（）菜（）（）惊（）diàn cōng（）污（）郁2、比一比组词（6分）坠（）洪（）椅（）坚（）供（）骑（）淘（）肠（）挠（）掏（）杨（）饶（）3、在括号里填上合适得词语（3分）（）支撑濒临（）满怀（）（）得抉择（）得脚步（）得泉水4、给括号内填上量词。
（3分）一（）草莓一（）小屋一（）报纸一（）阳光一（）船一（）及时雨一（）神灯一（）小鸟一（）山神一（）火车一（）海蟹一（）脚丫5、选择题（8分）（1）、用“√”将下列词语中加点得字选择正确得读音（4分）拾（shèshí）级而上恐吓（xiàhè）打搅（juéjiǎo）澎湃（pài bài）家雀（qiǎo què）儿堵塞（sāi sè）湖畔（bàn pàn）装饰（shìshi）（2）、把正确答案得序号填在横线上（4分）①“世界就是与平得，人类就是自由得。
只有爱，只有互助，才能达到永久得安乐与与平。
”这句话得作者就是。
A、冯骥才B、金波C、冰心②下面得课文中，不就是冰心写得。
A、《大舞台》B、《别踩了这朵花》C、《再寄小读者》D、《肥皂泡》③下列词语中，含有喜爱、赞美之情得一组词语就是。
A、波浪无边无际B、活泼足智多谋C、叹气垂头丧气④与“乡村四月闲人少”出自同一首诗得句子就是。
A、醉里吴音相媚好B、虚心竹有低头叶C、绿遍山野白满川6、判断题（把下面正确得说法打上“√”，不正确得打上“×”）（2分）（1）、冰心得原名就是谢婉莹。
（）（2）、“谁不说自己得家乡美呢？”与“谁都说自己得家乡美。
金属断口分析
断口（断裂）的基本特征与机理
穿晶韧窝断裂
韧窝的形成 ✓显微空洞的形核、显微空洞的长大和显微空洞的聚集三个 阶段。 ✓D. Brock，微孔聚集模型，第二相粒子形核模型。 ✓这个韧窝模型，可以同时解释在应力作用下，形成等轴韧 窝或抛物线韧窝的过程和夹杂物或第二相粒子在切应力作 用下，破碎而形成韧窝的现象。
断口（断裂）的基本特征与机理
滑移分离
滑移分离断口形貌
✓滑移分离的基本特征是：断面倾斜，呈45°角；断 口附近有明显的塑性变形，滑移分离是在平面应力状 态下进行的 ✓滑移分离的主要微观特征是滑移线或滑移带、蛇形 花样、涟波花样、延伸区。
断口（断裂）分类
按断裂机制分类 可分为解理、准解理、韧窝、滑移分离、沿晶以及疲劳等。
其他分类方法 ✓按应力状态分类，可分为静载断裂（拉伸、剪切、扭转）、
动载断裂（冲击如断拉裂伸、、疲劳冲断击裂、）爆等破。等为快速断裂， ✓按断裂环境分疲类劳，、可分蠕为变低等温为断慢裂速、断中温裂断，裂氢、脆高、温断裂、 腐蚀断裂、氢脆应及力液腐态蚀金属等致为脆延断迟裂断等裂。。
断口（断裂）的基本特征与机理
穿晶韧窝断裂
金属延性断裂的主要微观特征。 又称作迭波、孔坑、微孔、微坑等。 材料在微区范围内塑性变形产生的显微孔洞，经形核、 长大、聚集，最后相互连接而导致断裂后，在断口表面所 留下的痕迹。 虽然韧窝是延性断裂的微观特征，但不能仅仅据此就作 出断裂属于延性断裂的结论，因为延性断裂与脆性断裂的 区别在于断裂前是否发生可察觉的塑性变形。 脆性断裂的断口上，个别区域也可能由于微区的塑变而 形成韧窝。
断口（断裂）的基本特征与机理
滑移分离
✓金属断裂（除理想的解理断裂外）过程均起始于变形。 ✓金属塑性变形方式主要有滑移、孪生、晶界滑动和扩散性蠕 变四种。 ✓孪生一般在低温下才起作用；在高温下，晶界滑动和扩散性 蠕变方式较为重要。 ✓常温下，主要的变形方式是滑移。过量的滑移变形出现滑移 分离，其微观形貌有滑移台阶、蛇形花样、涟波等。
金属断口分析教学大纲
《金属断口分析》教学大纲修订单位：机械工程学院材料工程系执笔人：张国福一、课程基本信息1．课程中文名称：金属断口分析2．课程英文名称：Fracture Analysis3．适用专业：材料成型及控制工程4．总学时：32学时5．总学分：2学分二、本课程在教学计划中的地位、作用、任务本课程是专业选修课。
通过课程学习，使学生对金属断口的宏观和微观特征有比较清楚的认识。
同时可以掌握断口特征与金属断裂原因之间的关系，为以后在生产实际中应用奠定理论基础。
三、理论教学课程内容与教学要求绪论（2学时）了解本课程的目的、任务和要求。
了解金属断口分析在实际生产中的作用及意义。
第一章金属断裂的基本概念（4学时）掌握延性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与晶间断裂、解理断裂与剪切断裂和疲劳断断裂与静载延滯断裂。
第二章断口的宏观分析（8学时）掌握静载荷下的断口宏观形貌、冲击断口的宏观形貌、疲劳断口的宏观形貌、晶间断裂与解理断裂的断口特征、应力腐蚀及氢脆断口和实际构件（或零件）断口的宏观分析。
第三章解理断裂与剪切断裂的断口微观特征（8学时）掌握解理断裂的微观特征和剪切断裂的微观特征。
第四章疲劳断口的微观特征（4学时）掌握疲劳裂纹扩展的二个阶段，第一阶段和第二个阶段断口的电子金相特征。
了解低周疲劳的断口特征，疲劳断口的定量分析。
第五章晶间断裂及其它断裂的断口微观特征（4学时）掌握晶间断裂的断口特征、应力腐蚀及氢脆断口的微观特征。
了解混合型断口。
第六章实际构件的破断分析（2学时）掌握破断分析的一般方法。
了解破断分析实例。
四、考核方式考试五、成绩评定考试成绩占60%，平时成绩（平时出勤率、提问相结合）占40%六、本课程对学生创造能力培养的措施培养学生断口分析的能力，掌握断口的特征，断口分析的特点。
七、教材与参考书教材：上海交通大学《金属断口分析》编写组《金属断口分析》国防工业出版社出版。
《金属断口分析》课件
应变率对金属断应变率对塑性断裂性能的影响
脆性断裂的应变率效应
研究应变率对脆性断裂特性的影响
断口分析技术
金属材料断口制备
详细介绍金属材料断口制备的方法和步骤
断口分析设备
介绍断口分析的常用设备和工具
断口观察方式
列举不同的断口观察方式和技术
总结与展望
金属断口分析的应用前景
《金属断口分析》PPT课 件
本课件将深入介绍金属断口分析的相关知识，通过详细讲解金属断裂分类以 及断口分析技术，帮助您更好地理解金属材料的断裂机理和应用前景。
金属断裂分类
脆性断裂
晶粒断裂、孪晶断裂、空洞聚合引起断裂、硬夹杂物载荷集中引起断裂
塑性断裂
颈缩断裂、细粒断裂、断微观结构分析
疲劳断裂
疲劳断裂的特点、疲劳断裂的分类、疲劳断口类型分析
探讨金属断口分析在工业领域的应用前景
金属断口分析的发展趋势
展望金属断口分析技术的未来发展方向
金属断口观察实验报告
金属断口观察实验报告引言金属断口观察实验是一种常见的金属材料性能测试方法，通过对金属断口形貌的观察和分析，可以了解金属的断裂行为、断裂模式以及材料的强度、韧性等性能。
本次实验我们选取了不同类型的金属材料进行了断口观察，并进行了定性分析。
实验目的1. 理解金属材料的断裂行为和断裂模式；2. 掌握金属材料断口观察的方法和步骤；3. 分析不同类型金属材料的断裂特点，比较它们的强度和韧性。
实验材料和设备1. 实验材料：铁、铜、铝等金属棒材；2. 实验设备：金属切断机、砂纸、显微镜等。
实验步骤与结果1. 选取铁、铜、铝三种金属棒材进行实验。
2. 使用金属切断机将金属棒材切割成相同尺寸的试样。
3. 使用砂纸将试样的断口打磨平整，以便观察。
4. 将试样放置在显微镜下，观察并记录断口形貌，并拍摄照片。
铁的断口观察铁的断口呈现出灰黑色，在显微镜下可以清晰地看到断口面呈现出韧突状的形态。
黏附在断口上的颗粒状物质表明铁发生了韧突断裂。
这种断口表明铁具有较高的韧性和可塑性。
铜的断口观察铜的断口呈现出金黄色，在显微镜下可以看到断口表面十分光滑，没有很明显的韧突形态。
铜的断口表明其具有较低的韧性，容易发生脆断。
铝的断口观察铝的断口呈现出银白色，在显微镜下可以观察到断口呈现出类似海浪的波纹状形态。
这种断口表明铝具有较高的韧性，同时也表现出一定的可塑性。
结果分析与讨论通过对不同金属材料的断口观察，我们发现铁的断裂模式是韧突断裂，表现出较高的韧性和可塑性；铜的断裂模式是脆断，表现出较低的韧性；而铝的断裂模式表现出较高的韧性和一定的可塑性。
金属材料的断裂行为与其晶粒结构、材料强度和韧性有关。
铁的断口呈现韧突断裂是因为其晶粒较大，能够发生滑移，同时还具有较高的韧性和可塑性；而铜的断口呈现脆断是因为其晶粒结构较细且收敛，不易发生滑移，导致其强度较高但韧性较低；铝的断口呈现波纹形态是因为其具有良好的可塑性，能够发生较多的滑移带。
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课程名称
金属断口分析
课时数
24
适用班级 材料 091/092/093
授课教师
高建祥
使用时间 2010-2011 学年第 2 学期
冶金工程学院
冶金工程学院备课纸
《金属断口分析》课程授课教案
课程编号： 课程名称：金属断口分析 课程总学时/学分：24/1.5（其中理论 24 学时，实验 0 学时，课程设计 0 周） 适用专业：金属材料
教
学 重
重点：疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理。
点 难
难点：疲劳破坏机理。
点
（1）课堂讲授； 教 学 （2）多媒体教学； 策 略 （3）课堂讨论；
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第五章
习
习 题
分析疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理；疲劳辉纹四要素
6
冶金工程学院备课纸
章次名称
第六章氢脆断裂
学 内
解理裂纹的萌生及扩展；
容
解理断裂的影响因素。
教
学
要求学生掌握解理断口的宏观和微观形貌特征；解理裂纹的萌生及扩展；
要 解理断裂的影响因素。 求
教
学
重点：解理断口的宏观和微观形貌特征；解理裂纹的萌生及扩展；解理
重 点
断裂的影响因素。
难
难点：解理裂纹的萌生及扩展；解理断裂的影响因素。
点
（1）课堂讲授； 教 学 （2）多媒体教学； 策 略 （3）课堂讨论；
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第六章
习
习 题
简述氢脆断口的形貌特征；氢脆的机理。
7
冶金工程学院备课纸
章次名称
第七章 应力腐蚀断裂
本章学时
２ 课堂讲授
０ 实验 0 参观/上机
0
1
教
应力腐蚀断口形貌特征；
学 内
应力腐蚀断裂过程及机理；
容
应力腐蚀的影响因素及防护措施。
教
学
熟练掌握：应力腐蚀断口形貌特征；应力腐蚀断裂过程及机理；应力腐
0
1
教
韧窝断口的宏观和微观形貌特征；
学 内
韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理。
容
教 学
要求学生掌握韧窝断口的宏观和微观形貌特征；韧窝裂纹的萌生扩展及韧
要
求 窝形成的微观机理。
教
学
重点：韧窝断口的宏观和微观形貌特征；韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形
重 点
成的微观机理。
难
难点：韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理。
本章学时
２ 课堂讲授
０ 习题 ０ 参观/上机
0
1
教
自清脆断口的形貌特征；
学 内
氢脆的机理；
容
钢中的白点。
教
学
通过本章要求学生深入掌握清脆断口的形貌特征；氢脆的机理；钢中的
要 白点。 求
教
学
重
重点：氢脆断口的形貌特征；氢脆的机理。
点
难
难点：氢脆的机理。
点
（1）课堂讲授；
教 学
（2）多媒体教学；
策 略
（3）课堂讨论；
点
（1）课堂讲授；
教 学
（2）多媒体教学；
策 略
（3）课堂讨论；
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第三章
习
习 １．韧窝断口的宏观和微观形貌特征 题 ２．韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理
4
冶金工程学院备课纸
章次名称
第四章解理断裂
本章学时
２ 课堂讲授
０ 习题 ０ 参观/上机
0
1
教
解理断口的宏观和微观形貌特征；
要 蚀的影响因素及防护措施。 求
教
学 重
重点：应力腐蚀断裂过程及机理；应力腐蚀的影响因素及防护措施。
点 难
难点：应力腐蚀断裂过程及机理。
点
（1）课堂讲授；
教 学
（2）多媒体教学；
策 略
（3）课堂讨论；
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第七章
习
习 １．应力腐蚀断裂过程及机理； 题 ２．应力腐蚀断裂过程及机理
要 和分析方法。 求
教
学 重
重点：裂纹源位置的判别；断口分析技术。
点 难
难点：断口分析技术
点
（1）课堂讲授；
教 （2）多媒体教学； பைடு நூலகம் 策 （3）课堂讨论； 略
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第二章
习
习 题
简述ＳＥＭ、ＴＥＭ的应用
3
冶金工程学院备课纸
章次名称
第三章 延性断裂
本章学时
２ 课堂讲授
0
实验 ０ 参观/上机
5 第六章 氢脆断裂
6 第七章 应力腐蚀断裂 7 第八章 其他断裂 8 合计
讲课 6 4 2 2 2 2
2
4
习题课 实验 24
四、考核方式与成绩核定办法
1. 考核方式：闭卷考试 2. 成绩核定办法：总分＝70％×考试成绩＋30％×平时成绩
1
冶金工程学院备课纸
五、授课方案
章次名称 第一章 金属的断裂
8
冶金工程学院备课纸
章次名称
第八章 其他断裂
本章学时
４ 课堂讲授
０ 习题 ０ 参观/上机
0
1
脆性沿晶断裂；
教 学
延性沿晶断裂；
内 容
过烧断口；
蠕变断裂
教
学 要
熟练掌握：脆性沿晶断裂；延性沿晶断裂；过烧断口；蠕变断裂
二、教材及主要参考资料
[1] 崔约贤. 金属断口分析[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. 1998. [2] 吴连生. 失效分析技术[M]. 成都：四川科学技术出版社.1985.
三、课时分配
序号
授课内容提要
0 第一章 金属的断裂
1 第二章 断口分析技术
2 第三章 延性断裂
3 第四章 解理断裂
4 第五章 疲劳断裂
一、课程地位
机械产品失效分析是一门新的跨学科的综合性技术，在一些国家中已将它作为一门 新的独立学科加以研究和发展。本课程的教学目的在于让学生了解失效分析中经常涉及的断 裂力学基本知识，金属材料断裂的分类，断口分析技术及典型断裂：延性断裂、解理断裂、 准解理断裂、疲劳断裂、氢脆断裂、应力腐蚀断裂及其它断裂断口的宏观、微观特征，断裂 失效机理及影响因素。
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第四章
习
习 题
简述解理断裂的影响因素
5
冶金工程学院备课纸
章次名称
第五章 疲劳断裂
本章学时
２ 课堂讲授
２ 习题 0 参观/上机
0
1
教
疲劳断口的宏观和微观形貌特征；
学 内
疲劳破坏机理；
容
疲劳断口的定量分析。
教
学
要求学生掌握疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理；疲劳断
要 口的定量分析。 求
（4）习题巩固。
教
学 预
教材第一章
习
习 1. 简述金属断裂的分类方法 题 2. 简述 K 准则与应力强度因子的区别于联系
2
冶金工程学院备课纸
章次名称 本章学时
第二章 断口分析技术
4 课堂讲授
4
实验 0 参观/上机
0
1
教
裂纹源位置的判别方法；
学 内
宏观断口分析技术；
容
微观断口分析技术。
教
学
使学生能够正确理解并掌握金属断口分析技术中常用的一些术语、概念
本章学时
6 课堂讲授
6
实验 0 观看教学片 0
1
教 学
断裂的分类；
内 容
材料的韧性及断裂力学。
教
学 要
使学生掌握金属材料断裂方式的分类；金属材料的韧性及其断裂力学。
求
教
学 重
重点: 断裂的分类；材料的韧性及断裂力学。
点 难
难点: 断裂力学。
点
（1）课堂讲授；
教 （2）多媒体教学； 学 策 （3）课堂讨论。 略