裂纹与断口分析
裂纹原因分析报告
裂纹原因分析报告1. 背景介绍裂纹是物体表面或内部出现的细微断裂，可能会导致物体的破坏或失效。
在工程领域中，对于裂纹的原因分析十分重要，以便采取适当的措施来预防和修复裂纹。
本文将通过一系列步骤，对裂纹的原因进行分析，并提供解决方案。
2. 数据收集在进行裂纹原因分析之前，需要收集相关的数据和信息。
这些数据可以包括物体的历史记录、使用环境、操作条件、材料特性等。
通过收集充分的数据，可以更好地理解裂纹形成的背景和条件。
3. 观察和检测观察和检测是裂纹原因分析的关键步骤之一。
需要对物体进行仔细的观察，并使用适当的检测工具来检测裂纹的形态和位置。
这可能包括使用显微镜、探伤仪器或其他非破坏性检测方法。
4. 裂纹形态分析在观察和检测的基础上，对裂纹的形态进行分析。
裂纹的形态可以提供有关裂纹的起源和扩展方式的重要线索。
需要注意裂纹的长度、深度、形状以及是否存在支裂纹等特征。
5. 材料分析裂纹的形成和扩展通常与材料的性质和特性有关。
在这一步骤中，需要对裂纹周围的材料进行分析。
可以对材料的组成、硬度、强度等进行测试，以确定是否存在材料缺陷或异常。
6. 应力分析裂纹的形成和扩展与物体所受的应力有关。
在这一步骤中，需要对物体受力情况进行分析。
可以使用有限元分析等方法，计算和模拟物体在不同应力条件下的行为，以确定裂纹可能的起因。
7. 环境分析物体所处的环境条件也可能对裂纹的形成起到一定的影响。
在环境分析中，需要考虑温度、湿度、腐蚀性物质等因素。
通过分析物体所处的环境条件，可以确定裂纹形成的环境因素。
8. 结果总结通过以上步骤的分析，可以得出裂纹形成的可能原因。
根据分析结果，可以制定相应的解决方案。
可能的解决方案包括材料更换、改变使用条件、增加支撑结构等。
9. 结论裂纹原因分析是预防和修复裂纹的重要步骤。
通过收集数据、观察和检测、裂纹形态分析、材料分析、应力分析和环境分析等步骤，可以找到裂纹形成的原因，并采取相应的措施来解决问题。
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
金属断裂断口分析
4
沿晶断裂
沿晶断裂的裂纹沿晶界扩 展，大多数是脆性断裂， 由晶界上的一薄层连续或 不连续脆性第二相、杂质 物，破坏了晶界的连续性 所造成，也可能时杂质元 素向晶界偏聚引起的。 应力腐蚀、氢脆、回火脆 性、淬火脆性、磨削裂纹 等大都是沿晶断裂。
5
解理断裂
金属材料在一定的条件下 （如低温） ，当外加正应力 达到一定数值后，以极快 速率沿一定晶体学平面产 生的穿晶断裂，因与大理 石断裂类似，古城此种晶 体学平面为解理面。家里 面一般是低指数晶面或表 面能最低的晶面。 例如： 晶体结构为 bcc： Fe、 解理面为｛001｝hcp 的主 要解理面为｛0001｝ 金属材料在切应力作用下 沿滑移面分离断裂，其中 又分滑断（纯剪切断裂） 和微孔聚集性断裂。纯金 属尤其是单晶体金属常产 生纯剪切断裂，其断口呈 锋利的楔形（单晶体金属） 或刀尖形（多晶体金属的 完全韧性断裂） 。这是纯粹 由滑移流变所造成的断 裂。微孔聚集性断裂是通 过微孔形核、长大聚合而 导致材料分离的。由于实 际材料中常同时形成微 孔，通过微孔长大互相连 接而最终导致断裂。
6
剪切断裂
断口形貌
1
韧性断裂
2
脆性断裂
脆性断裂是突然发生的断 裂，断裂前基本上不发生 塑性变形，没有任何征兆， 因而危险性很大。脆性断 裂的断裂面一般与正应力 垂直，断口平齐而光亮， 常呈放射状或结晶状。
3
穿晶断裂
多晶体金属断裂时，裂纹 扩展的路径可能是不同 的。穿晶断裂的裂纹穿过 晶内。穿晶断裂可以是韧 性断裂（如韧脆转变温度 以上的穿晶断裂） ，也可以 是脆性断裂（低温下的穿 晶解理断裂）
穿晶断裂可以是韧性断裂如韧脆转变温度以上的穿晶断裂也可以是脆性断裂低温下的穿晶解理断裂4沿晶断裂沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展大多数是脆性断裂由晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相杂质物破坏了晶界的连续性所造成也可能时杂质元素向晶界偏聚引起的
焊接裂纹_精品文档
3、防止结晶裂纹的措施
1）、冶金方面
①控制焊缝中有害杂质的含量， 限制S、P、C含量S、P<0.03-0.04 焊丝C<0.12% (低碳钢) 焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝 ②改善焊缝的一次结晶 细化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、
Al
2)、工艺方面（减少拉应力）
应变率 , E ↑、
↑应变率 ↓
例如：强度为600MPa焊条研究
焊缝成分分析
焊缝 C
S
Ｐ Ｍn Si Cr Ni
成分
Ao 0.10 0.037 0.017 0.94 0.54 0.20 0.87
A１ 0.09 0.015 0.014 1.25 0.44 0.19 0.83
注：A１ 焊缝中加入轻稀土１％
图2 焊缝冲击断口扫描形貌
b)、C
i)、C<0.1% C↑结晶温度区间↑,裂纹↑
ii)、C>0.16% Mn/S↑无效,加剧P有害作
用 裂↑
iii)、C>0.51% 初生相
初生相
S、P在小相中溶解度低，析
出S、P集富在晶界上，裂纹↑
c)、Mn
Mn具有脱S作用
其中Mn熔
点高，早期结晶星球状分布，抗裂↑
含碳量C<0.016% S↑裂↑但加入Mn↑裂↓
结 晶 裂 纹
2）、熔池各阶段产生结晶裂纹的 倾向
在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物 被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜” ，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带 开裂，产生结晶裂纹。
产生结晶裂纹原因：①液态薄膜
②拉伸应力
液态薄膜—根本原因
拉伸应力—必要条件
以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分 为以下三个阶段
裂纹与断口分析
裂纹的鉴别
? 以锻轧裂纹为例。 ? 锻轧裂纹如为表面裂纹，通常呈直线形，网状和混合型，有
时分叉成 Y型，形状不规则，长度不大，两端尖锐，垂直于 短剑表面向内部深入，有的锻造裂纹呈裂口状。
断口分析
静载荷下光滑圆试样的拉伸断口宏观形貌示意图
缺口圆试样拉伸断口示意图
冲击断口
? V缺口试样断口
? 示意图
疲劳断口
? 疲劳断口分为三个区域 ? 疲劳核心区 ? 疲劳裂纹扩展区 ? 瞬时断裂区
疲劳断口
弯曲疲劳断口的各种形态
微观断口分析
解理断裂
解理断裂时低温脆性材料如低碳钢在低温下的典型断裂形式。解理面上的微观特征 是解理台阶，以及由节理台阶汇合成的河流花样。另一特征为舌状花样。
河流花样
舌状花样
裂纹与断口分析
5.1裂纹与断口
? 裂纹：金属的局部破裂称为裂纹。裂纹是完整金属在应力 的作用下，某些薄弱部位破裂而形成的一种不稳定缺陷。
? 断口：机械零件断裂处的自然表面即裂纹扫过的面积叫断 口。
宏观断口分析：用肉眼或放大镜分析断口 ; 微观断口分析：采用扫描电镜或电子显微镜分析
断口;
5.2裂纹分析
准解理断口形貌
延性断口的微观特征
? 延性断口是在断裂过程中局部高度塑性变形遗留下的断裂痕 迹。延性断口分为两类，一是滑断或纯剪切断口，另一类是 微孔聚集型断口。
? 以微孔聚集型断裂为例，典型形貌是端口上有大量韧窝。
沿晶断口的微观特征
? 沿晶断裂又称晶间断裂，是多晶体材料中裂纹沿晶界面扩展 的一种断裂形式。分为脆性沿晶断裂和塑性沿晶断裂。
? 实际零件上的裂纹常常有好多条，并且在扩展时会出现分枝， 通常主裂纹较二次裂纹宽而长，裂纹源区一定在主裂纹上， 通常在二次裂裂纹与另一条裂纹相遇或垂直的情况，因 为在同一零件上，后来产生的裂纹是不可能穿越原有裂纹而 扩展的，所以这条裂纹是晚生的。如下图。这就是所谓的 T 型法则。根据这一法则确定哪一条裂纹为主裂纹。裂纹源只 能在主裂纹上，根据源区的裂纹常较宽，较深的特点来判断 源区位置。
断口分析
断口分析1.弹性不匹配的裂纹形核：晶粒间由于取向，化学成分不同，弹性模量是不一样的，外部施加的应力或内部产生的应力在两个经理内产生不同的弹性应变，从而可能导致局部的高应力，并通过形成裂纹加以释放。
2.结晶固体中的塑性形变引起的裂纹形核：低温下的结晶材料，如金属和陶瓷，会发生剪切形变。
从微观结构的层次来看，这是由单个位错的滑动(滑移)或大批的位错协调移动(局部形变孪生)引起的晶体内或晶粒内的剪切形变。
由此产生的剪切应力可能局限在一个窄带内。
当剪切带遇到障碍，例如晶界或者第二相粒子，在剪切带尖上会产生很大的局部应力，这就引起了裂纹形核。
材料的晶体结构及外加应力的方向决定了滑移面或孪生面的方向以及剪切发生的方向。
裂纹形核的平面与材料的晶体结构和“障碍”界面的强度密切相关。
由于结晶解理，裂纹产生在同一晶粒的剪切带中。
当然裂纹也可能会产生在“障碍”处，或者在材料中弱界面处，沿界面形成。
高应力集中也可能会通过普通的塑性形变而不是裂纹形核释放出来。
裂纹是否产生取决于多个不同变量，包括剪切应力大小、障碍的强度、形变动力学以及滑移系的几何性质等。
有些材料比较易碎，容易产生裂纹，是因为无法释放由于塑性形变所产生的高的应力集中。
3.塑性孔洞聚合引起的裂纹形核：这种机制多发生于很多含有刚性颗粒的延性固体中，具体细节取决于固体的微观结构。
当受力变形时，延性基体通过两种方式产生形变:晶体材料的滑移，或者在非晶和半结晶体材料中更为普遍的剪切过程，但其中的坚硬颗粒不会发生形变。
因此，随着颗粒周围产生的许多塑性孔洞，颗粒和基体开始分离。
而一旦形核，由于基体的进一步剪切或高温下的扩散过程，塑性孔洞会不断扩大。
最终，不断变大的塑性孔洞的应力场会彼此交互作用，基体剪切应力逐渐集中到颗粒之间的区域，导致其与基体的分离而形成裂纹。
裂纹是由不规则排列的多个聚集的塑性孔洞构成的。
这说明，裂纹可能是由许多较小的裂纹形成的，在本例中指的就是刚性颗粒与基体界面间的小裂纹。
解理裂理断口的异同
解理裂理断口的异同提要：本文将介绍材料科学领域中常用的解理裂纹断口观察方法，并对不同类型的断口进行对比和分析，以便更好地了解材料的性能和特性。
引言：解理裂纹断口观察是材料科学中常用的分析方法，通过观察和比较不同材料的断口形貌，可以了解材料的结晶性质、应力状态、破坏方式等重要信息。
本文将对金属材料和非金属材料的断口进行对比和分析，探讨它们的异同点。
一、金属材料的断口分析金属材料的解理裂纹断口通常呈现出以下特点：1.平整面：金属材料的解理裂纹断口多呈现出平整的特点。
这是因为金属具有均匀的晶格结构，断裂时发生在晶界处或晶粒内的断口层上，形成平整的断裂面。
2.特征条纹：在金属的断口上，常常可以观察到明显的特征条纹。
这些条纹是由金属内部的晶粒边界和分布不均匀的夹杂物所形成的。
通过这些特征条纹的分析，可以推测出金属的晶粒生长和凝固过程。
3.断口韧突：金属的断口通常会形成一些韧突状的特征，这是由金属在受力过程中形成的。
韧突的形状和大小可以反映金属的塑性变形能力，对材料的韧性和延展性性能有重要的指示作用。
二、非金属材料的断口分析非金属材料的断口与金属材料有一些明显的不同之处：1.不规则断裂面：与金属材料不同，非金属材料通常呈现出不规则的断裂面。
这是因为非金属材料的晶体结构不均匀，断裂面上会形成不同深浅和方向不同的缺陷和裂纹。
2.显著的分层：非金属材料的断裂面常常呈现出分层的特点。
这是由于非金属材料的层状结构或纤维状结构，在断裂时易于沿着层状结构或纤维的方向发生断裂，形成分层的断口。
3.静电击穿：一些非金属材料，在断裂时会发生静电击穿的现象。
这是由于非金属材料本身具有较高的电阻性能，在断裂时会积累电荷，形成静电击穿的现象。
三、解理裂纹断口的应用解理裂纹断口的观察和分析在材料科学中有广泛的应用：1.材料评价：通过观察不同材料的断口特征，可以评价材料的韧性、脆性、疲劳性等机械性能。
这对材料的选择和设计具有重要意义。
2.破坏分析：解理裂纹断口的观察可以帮助研究人员分析材料的破坏机理和原因。
材料的力学性能 断裂与断口分析
材料的力学性能－断裂与断口分析材料的断裂断裂是工程材料的主要失效形式之一。
工程结构或机件的断裂会造成重大的经济损失，甚至人员伤亡。
如何提高材料的断裂抗力，防止断裂事故发生，一直是人们普遍关注的课题。
任何断裂过程都是由裂纹形成和扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。
对断裂的研究，主要关注的是断裂过程的机理及其影响因素，其目的在于根据对断裂过程的认识制定合理的措施，实现有效的断裂控制。
✓材料在塑性变形过程中，会产生微孔损伤。
✓产生的微孔会发展，即损伤形成累积，导致材料中微裂纹的形成与加大，即连续性的不断丧失。
✓损伤达到临界状态时，裂纹失稳扩展，实现最终的断裂。
按断裂前有无宏观塑性变形，工程上将断裂分为韧性断裂和脆性断裂两大类。
断裂前表现有宏观塑性变形者称为韧性断裂。
断裂前发生的宏观塑性变形，必然导致结构或零件的形状、尺寸及相对位置改变，工作出现异常，即表现有断裂的预兆，可能被及时发现，一般不会造成严重的后果。
脆性断裂断裂前，没有宏观塑性变形的断裂方式。
脆性断裂特别受到人们关注的原因：脆性断裂往往是突然的，因此很容易造成严重后果。
脆性断裂断裂前不发生宏观塑性变形的脆性断裂，意味着断裂应力低于材料屈服强度。
对脆性断裂的广义理解，包括低应力脆断、环境脆断和疲劳断裂等。
脆性断裂一般所谓脆性断裂仅指低应力脆断，即在弹性应力范围内一次加载引起的脆断。
主要包括：与材料冶金质量有关的低温脆性、回火脆性和蓝脆等；与结构特点有关的如缺口敏感性；与加载速率有关的动载脆性等。
材料的断裂比较合理的分类方法是按照断裂机理对断裂进行分类。
微孔聚集型断裂、解理断裂、准解理断裂和沿晶断裂。
有助于→揭示断裂过程的本质→理解断裂过程的影响因素→寻找提高断裂抗力的方法。
材料的断裂将环境介质作用下的断裂和循环载荷作用下的疲劳断裂按其断裂过程特点单独讨论。
金属材料的断裂－静拉伸断口材料在静拉伸时的断口可呈现3种情况：(a)(b)：平断口；(c)(d)：杯锥状断口；(e)尖刃断口平断口：材料塑性很低、或者只有少量的均匀变形，断口齐平，垂直于最大拉应力方向。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
准解理断口微观特征
1 ，准解理小断面比回火马氏体的尺寸大得多，相当于淬火 前原奥氏体晶粒尺寸。
2 ，与解理裂纹的路径相比，准解磷裂纹的扩展路径不连续， 常常在局部地方形成裂纹并局部扩展。
3 ，准解理裂纹源常在准解理小断面内部，而解理裂纹源则 在与解理面相交的边界上。 4，准解理小断面有许多撕裂棱。
裂纹与断口分析
5.1裂纹与断口
裂纹：金属的局部破裂称为裂纹。裂纹是完整金属在应力 的作用下，某些薄弱部位破裂而形成的一种不稳定缺陷。 断口：机械零件断裂处的自然表面即裂纹扫过的面积叫断 口。
宏观断口分析：用肉眼或放大镜分析断口; 微观断口分析：采用扫描电镜或电子显微镜分析
断口;
5.2裂纹分析
示意图
疲劳断口
疲劳断口分为三个区域
疲劳核心区 疲劳裂纹扩展区
瞬时断裂区
疲劳断口
弯曲疲劳断口的各种形态
微观断口分析
解理断裂
解理断裂时低温脆性材料如低碳钢在低温下的典型断裂形式。解理面上的微观特征
是解理台阶，以及由节理台阶汇合成的河流花样。另一特征为舌状花样。河流Leabharlann 样舌状花样解理断口形貌
裂纹的鉴别
以锻轧裂纹为例。 锻轧裂纹如为表面裂纹，通常呈直线形，网状和混合型，有 时分叉成 Y 型，形状不规则，长度不大，两端尖锐，垂直于 短剑表面向内部深入，有的锻造裂纹呈裂口状。
断口分析
静载荷下光滑圆试样的拉伸断口宏观形貌示意图
缺口圆试样拉伸断口示意图
冲击断口
V缺口试样断口
以沿晶脆断为例。
沿晶脆断
疲劳断口微观特征
1，疲劳断片 2，疲劳辉纹：跟宏观疲劳断口上的贝纹线不同。
氢脆微观断口特征
断口微观形貌分析
断口微观形貌分析
断口分析总结
准解理断口形貌
延性断口的微观特征
延性断口是在断裂过程中局部高度塑性变形遗留下的断裂痕 迹。延性断口分为两类，一是滑断或纯剪切断口，另一类是 微孔聚集型断口。 以微孔聚集型断裂为例，典型形貌是端口上有大量韧窝。
沿晶断口的微观特征
沿晶断裂又称晶间断裂，是多晶体材料中裂纹沿晶界面扩展 的一种断裂形式。分为脆性沿晶断裂和塑性沿晶断裂。
实际零件中所存在的裂纹分为两类，一类是零件在各种加工 过程中产生的工艺裂纹，另外一类是零件在使用过程中产生 的使用裂纹。
各种裂纹的分析与鉴别
各种裂纹形成原因与形态特征
主裂纹与裂纹源区
裂纹通常起源于零件的应力集中处，或材料缺陷处。由零件 应力集中引起的裂纹一般起源于较深的刀痕，刮伤，圆角和 台阶处。由材料缺陷引起的裂纹一般起源于材料的折叠，拉 痕，偏析等缺陷处。 实际零件上的裂纹常常有好多条，并且在扩展时会出现分枝， 通常主裂纹较二次裂纹宽而长，裂纹源区一定在主裂纹上， 通常在二次裂纹扩展的反方向上，如下图。
主裂纹与裂纹源区
如果零件上有一条裂纹与另一条裂纹相遇或垂直的情况，因 为在同一零件上，后来产生的裂纹是不可能穿越原有裂纹而 扩展的，所以这条裂纹是晚生的。如下图。这就是所谓的 T 型法则。根据这一法则确定哪一条裂纹为主裂纹。裂纹源只 能在主裂纹上，根据源区的裂纹常较宽，较深的特点来判断 源区位置。