金属拉力棒断口失效分析资料
金属--断裂与失效分析报告刘尚慈
金属--断裂与失效分析报告刘尚慈金属断裂与失效分析（尚慈编）第一章概述失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。
失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。
第二章金属断裂失效分析的基本思路§2—1 断裂失效分析的基本程序一、现场调查二、残骸分析三、实验研究（一）零件结构、制作工艺及受力状况的分析（二）无损检测（三）材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析（四）断口分析（五）断裂力学分析以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应力强度因子K作为应力场的主要参量。
K I＝Yσ（πα）1/2脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：K I＜K IC对一定尺寸裂纹，其失稳的“临界应力”为：σc＝K IC / Y（πα）1/2应力不变，裂纹失稳的“临界裂纹尺寸”为：αc＝（K IC / Yσ）2/π中低强度材料，当断裂前发生大围屈服时，按弹塑性断裂力学提出的裂纹顶端开位移[COD（δ）]作为材料的断裂韧性参量，当工作应力小于屈服极限时：δ＝（8σsα/πE）ln sec(πσ/2σs)不发生断裂的条件为：δ＜δC（临界开位移）J积分判据：对一定材料在大围屈服的情况下，裂纹尖端应力应变场强度由形变功差率J来描述。
开型裂纹不断裂的判据为：J＜J ICK IC——断裂韧性；K ISCC——应力腐蚀门槛值（六）模拟试验四、综合分析分析报告的涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影响因素；⑧预防措施及改进建议等。
五、回访与促进建议的贯彻§2—2 实效分析的基本思路一、强度分析思路二、断裂失效的统计分析三、断裂失效分析的故障树技术第三章金属的裂纹§3—1 裂纹的形态与分类裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。
裂纹经变形后，局部磨钝是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征也可能降低。
拉力棒失效分析报告
拉力棒失效分析报告学院：机电学院专业：过控11-2姓名：概述：失效分析通过多学科交叉分析，找到失效原因，不仅可以防止同样的失效再次发生，而且能更进一步完善构件的功能，促进科学技术的发展，提高装备及其构件的质量，具有高经济效益和社会效益。
失效分析工作者应深入装备失效现场，广泛收集，调查失效信息，寻找是系哦啊构件及相关实物证据。
通过中种类认定推理，初步确定失效构件的失效类型，对失效构件及其相关证物展开必要的微观分析，理化试验，进一步查找失效原因。
通过归纳，演绎，类比，假设，选择性推理，建立整个失效过程及其失效原因之间的联系，进行综合分析。
在可能的情况下，对重大的失效事件进行模拟实验，验证因果分析的正确性。
样件失效分析的目的是寻找失效的原因，避免类似失效的重演，掌握失效分析的步骤，观察断口纹理。
1.试样的收集与制备试样为在实验室收集的HT200的拉伸试棒和Q235的拉伸试棒。
HT200拉力棒 Q235拉力棒拉力棒是由车床加工而成的标准试件2.现场调查2.1试样是在实验室收集的HT200拉力棒和Q235拉力棒2.2实验设备是液压万能材料试验机，其各项参数为最大试验力：200KN；试验力准确度：优于示值的0.5%；力值测量范围：最大试验力的0.4%~100%；变形测量准确度：在引伸计满量程的2%~100%范围内优于示值的1%；横梁位移测量：分辨率的0.001mm；衡量速度范围：0.005mm/min~500mm/min；载荷传感器的精度：0.5级.WDW200D操作要求：①开机前和停机后，送油阀一定要置于关闭位置。
加载，卸载和回油均须缓慢进行，防止冲击。
②拉伸试件夹紧后，不得再调整下夹头位置，同事也不能调整测力指针到零。
③实验过程中要随时注意活动平台升高的位置，不得超出规定范围。
④机器开动后，操作者不得擅自离开控制台。
若听见异常声音或发现任何故障都必须立即停机。
⑤当试件将要受载时，立即减慢活动平台上升速度（关小送油阀门），以防止冲击。
断口失效分析实验报告
表1 所观察金属断口的宏观形貌特征表2 所观察金属断口的微观形貌特征图1 D1断口样品宏观图像图2 D2断口样品宏观图像图3 D3断口样品宏观图像图4 D3断口样品宏观图像（3）复制所观察的各断口各区域的微观形貌图；指出其微观特征。
图5 D1断口样品纤维区特征：图5显示了D1断口中心部位纤维区即本断口的裂纹源的显微形貌：由等轴韧窝组成，大多数韧窝较小、较浅，此区域属韧性断裂。
图6 D1断口样品放射区特征：图6中左图显示了放射区放射状的韧窝台阶；右图显示了放射区的显微形貌：由大量较大的剪切韧窝与滑移平直区、撕裂棱等混合组成。
此区域属韧性断裂。
图7 D1断口样品剪切唇区特征：图7中左图显示了D1样品剪切唇区的显微形貌：非等轴、较浅的剪切韧窝。
右图显示了大韧窝底部的显微形貌：带有涟波纹的滑移区。
此区域属韧性断裂。
图8 D2断口样品结晶区特征：图8显示了D2样品中心部分结晶区的显微形貌，其显现出平直的晶粒外形，晶界面上有大量细小的韧窝或有细长的裂纹。
此区域属沿晶断裂、脆性断裂。
图9 D2断口样品解理区特征：图9显示了D2样品边缘部分解理区的显微形貌：由平齐的解理面以及解理台阶、河流花样等组成。
此区域属穿晶断裂、脆性断裂。
图10 D3断口样品裂纹源区特征：图10显示了D3样品裂纹源的形貌：最下部为V形缺口处的连波纹；左图次下部（右图中部）为裂纹源区；左图上部为裂纹扩展区。
图11 D3断口样品纤维区特征：图11显示了D3样品纤维区的形貌：由小、多的撕裂韧窝组成，韧窝成行排列，每排韧窝的排列方向与裂纹扩展方向一致。
此区域细小韧窝居多，属脆性断裂。
图12 D3断口样品放射区放射花样特征：图12显示了D3样品放射区放射花样形貌。
放射花样与裂纹扩展方向一致。
图13 D3断口样品放射区显微形貌特征：图13显示了D3样品放射区的显微形貌：由舌状花样、河流花样、解理台阶、滑移平直区及撕裂棱等混合组成，此区域属脆性断裂。
图14 D3断口样品剪切唇区特征：图14显示了D3样品剪切唇区的显微形貌：由平而浅、倾斜的滑移韧窝、撕裂棱等组成。
金属材料失效分析1-断裂
一、理论断裂强度σm
1、定义：如果一个完整的晶体，在拉应力作用下， 使材料沿某原子面发生分离，这时的σf就是理论断 裂强度。
31
2、断裂强度计算
假设原子间结合力随原子间距按正弦曲线变化，
周期为λ， 则:
a0
m
sin
2 x
其中: σm理论断裂强度
试 样形 状
21
四、断口三要素的应用
根据断口三要素可以判断裂纹源的位置及宏观裂纹扩展方向 裂纹源的确定： ①利用纤维区，通常情况裂源位于纤维区的中心部位，因此找到纤维
区的位置就找到了裂源的位置； ②利用放射区形貌特征，一般情况下，放射条纹的收敛处为裂源位置； ③根据剪切唇形貌特征来判断，通常情况下裂纹处无剪切唇形貌特征，
而裂源在材料表面上萌生。
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裂纹扩展方向的确定： ①纤维区指向剪切唇 ②放射条纹的发散方向 ③板状样呈现人字纹（chevron pattern）
其反方向为 源扩展方向
23
§3、断裂过程
裂纹形成 裂纹扩展：亚稳扩展（亚临界扩展阶段）
失稳扩展
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裂纹形成的位错理论 （裂纹形成模型或机制） 1、位错塞积理论—stroh理论 2、位错反应理论—cottrel理论 3、位错墙侧移理论 4、位错交滑移成核理论 5、同号刃位错聚集成核理论
亚稳扩展：裂纹自形成而扩展至临界长度的过程 特点：扩展速度慢，停止加载，裂纹停止扩展
裂纹总是沿需要需要消耗扩展功最小的路径，条 件不同，亚稳扩展方式、路径、速度也各不相同 失稳扩展：裂纹自临界长度扩展至断裂 特点：速度快，最大可达声速； 扩展功小，消耗的能量小； 危害性大，总是脆断
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
延性断裂为金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。延性断裂分两种，一种是韧窝-微孔聚集型断裂；另一种是滑移分类断裂。一些高强度材料其裂缝扩展阻力较小，对裂纹十分敏感，较小的裂纹
即可使其产生宏观脆性的低应力断裂，其断口为韧窝状，断裂机制是微孔聚
集型。
第一节韧窝断口的宏观形貌特征
从宏观上看，断裂分为脆性断裂和延性断裂
脆性断裂指以材料表面、内部的缺陷或是微裂纹为源，在较低的应力水平下（一般不超过材料的屈服强度），在无塑性变形或只有微小塑性变形下裂纹急速扩展。在多晶体中，断裂时沿着各个晶体的内部解理面产生，由于材料的各个晶体及解理面方向是变化的，因此断裂表面在外观上呈现粒状。脆性断裂主要沿着晶界产生，称为晶间断裂。其断口平齐。
此外，高强度马氏体钢纤维区还有环状花样特征。
第二节韧窝断口的微观形貌特征
韧窝断口的微观特征是一些大小不等的圆形或是椭圆形的凹坑（即韧窝）
在韧窝内经常看到夹杂物或是第二相粒子。
凹坑形状有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种，其形状与应力状态。
等轴韧窝是圆形微坑，在拉伸正应力作用下形成的。应力在整个断口表面分布均匀。
2.分叉法
样品断裂中，产生许多分叉，裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向，扩展的反方向为裂源位置。
【注】T型法和分叉法是判别脆性断裂的主裂纹和裂纹源
3.变形法
延性断裂的样品，在断裂过程中发生变形后碎成几块，将碎片拼合后变形量大的部位为主裂纹，裂纹源在主裂纹所在的断口上
4.因环境因素引起的断裂的样品，如应力腐蚀、氢脆。裂纹源位于腐蚀或是
延性断裂是在较大的塑性变形产生的断裂。它是由于断裂缓慢扩展而造成的。其断口表面为无光泽的纤维状。延性断裂经过局部的颈缩，颈缩部位产生分散的空穴，小空穴不断增加和扩大聚合成微裂纹。
金属断裂失效分析--实验研究
金属断裂失效分析--实验研究失效分析即对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。
失效形式有以下四种形式：(1)变形失效a弹性变形失效b塑性变形失效(2)断裂失效a韧性断裂失效b脆性断裂失效c疲劳断裂失效(3)腐蚀失效a局部(点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳) b全面(均匀、不均匀)(4)磨损失效根据失效分析的目的和要求，一般还要进行实验研究。
本文主要围绕实验研究讲以下几个方面的检验。
1用肉眼或放大镜检验金属表面，纵横断面、断口上的各种组织和缺陷的方法叫做宏观检验。
通过宏观检验能揭示金属的全貌，显示其组织的不均匀性和各种缺陷的形态、分布，对颜色、腐蚀、断裂裂纹的萌生位置及裂纹的走向等都能迅速而准确地识别出来。
进行断口的宏观分析。
能得到断裂表面整体的概貌特征，并在一定程度上了解破坏的原因。
可确定失效件断裂的裂纹萌生位置，裂纹的扩展方向，判别断裂的类型，构件所承受的应力类型，环境介质、温度对构件断裂的影响，变形程度及磨损情况。
常用的宏观检验方法有酸浸试验、塔形车削发纹试验以及硫印试验等。
(1 )酸浸试验酸浸试样制备时取样部位及数量按有关标准进行,并严防因温度升高而引起组织变化。
切取试样用锯、剪、气割和砂轮切割等方式:当用气割试样时，必须将热影响区除去，以免影响检验结果。
试样检验面可用车、刨、磨和金相砂纸磨制(02号砂纸)，使表面粗糙度不低于3.2，并用汽油、酒精、苯等清洗去油。
酸浸试验方法有三种。
第一种是热酸浸蚀试验法。
主要用于表面缺陷、夹杂物、偏析区等被浸蚀剂有选择性地浸蚀，表现出可看得见的浸蚀特征。
酸蚀试验效果决定于浸蚀剂成分;浸蚀的温度;浸蚀时间及浸蚀面的光洁度。
第二种是冷酸浸蚀试验法。
冷酸浸蚀试验法是检查钢的宏观组织和缺陷的一种简易方法。
冷酸浸蚀是采用室温下的酸溶液浸蚀和擦蚀样面，以显示试样的缺陷。
通常，对于不使用热酸浸蚀的钢材或工件(例如工件已加工好，不便切开，又不得损坏工件的表面粗糙度)，以及有些组织缺陷用热酸不易显现，有些奥氏体不锈钢用热盐酸不易腐蚀时，均可用冷酸浸蚀法进行试验。
常见断口的失效分析-2
常见材料失效形式与分析1.概述材料失效分析技术包括：感官检查、断口分析、化学成分分析、力学性能测试、组织分析、无损检测、残余应力测试、结构受力分析、使用维护分析、环境分析等。
其中断口分析是重要的一环。
材料失效形式有断裂、变形、腐蚀、磨损等。
在机械装备的各类失效中以断裂失效最主要、危害最大。
断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。
断口真实地记录了裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息。
对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式及断裂类型的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索，并且可以作为冲击试验转变温度的确定依据。
断口金相学不仅能在设备失效后进行诊断分析，还可为新产品、新装备投入使用进行预研预测。
本实验的主要内容为：观察不同载荷下失效的金属断口的宏观形貌和微观形貌，掌握其宏观形貌特征和微观形貌特征。
2.实验目的了解拉伸、冲击、疲劳断□各特征区的构成及形貌特征；(2)掌握判定断口承载类型及断裂性质的方法。
3.实验装置及材料(1)扫描电子显微镜(JSM-6390A型)一台；(2)超声清洗仪(SCQ-200)一台；(3)拉伸、冲击、疲劳断口试样若干；(4)放大镜一只；(5)吹风机一只；(6)丙酮、无水酒精、导电胶带若干。
4.实验原理4.1断口形貌特征：(1)宏观形貌特征包括断口附近的残留塑性变形特征，如：缩颈量的多少、表面的凹凸程度，有无剪切唇等；断口的光泽和颜色：各区域的颜色及亮、暗程度，氧化腐蚀产物的颜色；断口的形貌特征花样：如纤维状、结晶状、发光小平面、放射线、弧形线等；特征区的位置、分布、面积;材料内部缺陷的痕迹等。
(2)微观形貌特征断口上常见的微观特征有：韧窝，特征包括微孔深度、大小，微孔形态(等轴、剪切、撕裂)等；滑移，具有滑移线、蛇形花样、涟波花样和延伸区(平直区)等特征；解理，包括台阶、河流、舌状、扇形、鱼骨状花样及瓦纳线等特征。
准解理，介于解理断裂与塑性断裂间的一种过渡断裂形式，具有解理小平面、撕裂棱、浅韧窝、涟波花样及延伸区等特征；沿晶断裂，具有岩石状、冰糖状等特征；疲劳，具有条带、二次裂纹、轮胎花样等特征；腐蚀，具有氧化物、腐蚀产物、泥纹等特征。
金属断口机理及分析要点
名词解释延性断裂：金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。
蠕变：金属长时间在恒应力，恒温作用下，慢慢产生塑性变形的现象。
准解理断裂：断口形态与解理断口相似，但具有较大塑性变形（变形量大于解理断裂、小于延性断裂）是一种脆性穿晶断口沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。
解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。
应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断疲劳辉纹：显微观察疲劳断口时，断口上细小的，相互平行的具有规则间距的，与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。
正断：断面取向与最大正应力相垂直（解理断裂、平面应变条件下的断裂）韧性：材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小，是材料强度和塑性的综合反映。
冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。
位向腐蚀坑技术：利用材料腐蚀后的几何形状与晶面指数之间的关系研究晶体取向，分析断裂机理或断裂过程。
河流花样：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。
其形状类似地图上的河流。
断口萃取复型：利用AC 纸将断口上夹杂物或第二相质点萃取下来做电子衍射分析确定这些质点的晶体结构。
氢脆：金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断。
卵形韧窝：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。
等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。
均匀分布于断口表面，显微洞孔沿空间三维方向均匀长大。
第一章断裂的分类及特点1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。
脆性断裂裂纹源：材料表面、内部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与正应力相垂直 ，人字纹或放射花纹。
延性断裂裂纹源：孔穴的形成和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成45º .2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。
穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部、可能为脆性断裂也可 能是延性断裂； 沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多属脆断。
应力腐蚀断口，氢脆断口。
3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳断裂 4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分：正断、切断正断：断面取向与最大正应力相垂直（解理断裂、平面应变条件下的断裂） 切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45º交角（平面应力条件下的撕裂） 根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为三类裂纹变形： 裂纹张开型、边缘滑开型（正向滑开型）、侧向滑开型（撒开型）裂纹尺寸与断裂强度的关系Kic ：材料的断裂韧性，反映材料抗脆性断裂的物理常量（不同于应力强度因子，与K 准则相似）a Y K c c πσ⋅=1：断裂应力（剩余强度） a ：裂纹深度（长度） Y ：形状系数（与试样几何形状、载荷条件、裂纹位置有关） 脆性材料K 准则：KI 是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量，是表征裂纹尖端应力场强度的计算量； KIC 是材料固有的机械性能参量，是表示材料抵抗脆断能力的试验量第二章裂纹源位置的判别方法： T 型法（脆断判别主裂纹），分差法（脆断判别主裂纹），变形法（韧断判别主裂纹），氧化法（环境断裂判别主裂纹），贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）。
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金属拉力棒拉伸断裂失效分析
学院：机械电子工程学院
专业：过程装备与控制工程姓名：张炳涛
班级：2011—1
学号：1101042136
金属拉力棒拉伸断裂失效分析
一、概述
1、金属构件失效分析的意义和重要性
(1)促进科学技术的发展，通过多个学科的交叉分析，找到失效的原因，不仅防
止同样的失效再发生，而且能更进一步完善装备构建的功能，促进了相关各
项工作的发展。
(2)提高装备及其构件的质量。
从设计、材料、制造等各方面进行改进，便可提
高装备及其构件的质量。
（3）具有高的经济效益和社会效益。
2、失效分析报告主要内容
这次针对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒试件进行了拉伸试验及失效分析，主
要进行了现场调查及收集资料，包括对准备试件的测量以及试件的装夹，加载，
记录了设备的型号，参数及操作要求，对设备的运行过程，试件在加载过程出现
的现象进行了记录，记录拉伸曲线，然后对试件进行断口失效分析，采用低倍放
大对断口的形状，晶粒度，组织组成进行分析，最后参考书籍完成报告。
二、试样制备与收集
1、对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒进行拉伸试验，制备断口试件。
2.加载过程
Q235拉力棒拉伸实验步骤
（1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平
均值中取最小值作为试件的直径d0。
（2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。
按照“软件使用手册”，运行配套软件。
（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。
若夹具已安
装好，对夹具进行检查。
（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下
夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。
（5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；
按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。
（5）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l1及断口处的最小直径d1（一般从相
互垂直方向测量两次后取平均值）。
铸铁T200拉力棒拉伸试验步骤
（1）试件的准备：测量试件中间和两端之处直径d，取最小值计算载面积。
（2）试验机准备：估计铸铁b值，估算拉断试件最大荷载。
试验机调整与低碳钢拉伸试验相同。
（3）检查及试车：与低碳多拉伸试验相同。
（4）进行试验：开动好试验机。
用慢速加载直到试件断裂，记录最大荷载Pb 值。
观察自动绘图器上的曲线。
（5）试验结束：关闭试验机，取下试件，使试验机回原位。
（6）测量试件：测量断裂后试件的直径和长度
（7）计算铸铁拉伸强度极限。
三、现场调查并收集资料
（1）本次实验地点在山东科技大学材料力学拉力棒拉伸与压缩实验室进行。
（2）这次主要对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒试件进行拉断实验。
（3）实验设备为微机控制电子万能材料试验机
参数：
测量范围：4%-100%F.S 测力示值相对误差：±1%
速度精度：±5% 设定值上下压盘间最大距离：600mm
拉伸钳口间最大距离：600mm 弯曲试验支滚间距离：30-460mm
圆试样夹持直径：10-32mm 扁试样夹持厚度：0-20mm
扁试样夹持宽度：≤60mm剪切试样直径：0-10mm
支柱间有效距离：435mm 活塞行程：200mm
电机功率：2KW 主机外形尺寸：740×460×1965mm
（4）对拉力棒进行实验后发现，铸铁T200在拉伸过程中发生“脆断”，Q235钢在拉伸断裂前发生“颈缩”现象，根据拉伸曲线图也可以清晰地看出铸铁发
生了突然地断裂，而碳素结构钢在断裂前发生了“颈缩”现象。
拉伸曲线如图：
三、样件理化性能分析
1、Q235是一种普通结构用钢，Q代表的是这种材质的屈服，后面的235就是指这种
材质的屈服值，是235左右，并且随着材质厚度的增加而使其屈服值减小。
Q235钢
分A，B，C，D四个等级，由于含碳量适中，机械综合性能较好，强度，塑性以及焊接性能能较好的配合，用途非常广泛。
（1）化学成分
Q235A级含C ≤0.22% Mn≤1.4%Si ≤0.35% S ≤0.050 P ≤0.045
Q235B级含C ≤0.20% Mn≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.045 P ≤0.045
Q235C级含C ≤0.17% Mn≤1.4%Si ≤0.35%S ≤0.040 P ≤0.040
Q235D级含C ≤0.17 Mn≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.035 P ≤0.035
（2）机械性能：屈服点大于235MPa，抗拉强度大于410Mpa，伸长率大于23%。
（GB/T709-2006）
2.铸铁T200：为珠光体类型的灰铸铁。
其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，
铸造性能较好，但脆性较大，需进行人工时效处理。
大量用于不受冲击载荷的零部件，如承受压力的发动机缸体、缸盖、离合器壳及制动鼓等。
也用于中等压力的油缸、泵体、阀体以及经表面淬火的零件。
（1）化学成份：
碳 C ：3.36 硅 Si：2.37 锰 Mn：0.66 硫 S ：0.11 磷 P ：0.071
（2）机械性能：
抗拉强度:σb 300MPa 硬度：(RH=1时)188HB。
五、样件断口分析
1、断口分析的重要性：断口上忠实的记录了金属断裂的全过程，即裂纹的产生、扩展
直至断开；外部因素对裂纹萌生的影响及材料本身的缺陷对裂纹萌生的促进作用；同时也记录着裂纹扩展的途径、扩展过程及内外因素对裂纹扩展的影响。
2、Q235拉力棒拉伸断口分析
宏观特征：Q235的断裂属于韧性断裂，呈光亮的金属光泽，断口平齐。
断口附近有明显的宏观塑性变形，断口外形呈杯锥状，底面垂直于主应力锥面为45度角，断
口表面呈纤维状，其颜色为暗灰色。
微观特征：在100~400倍显微镜下，可以观察其断口形貌，Q235碳素结构钢拉伸断口外形呈杯锥状，整个断口可分为三个区，中心部位为灰色纤维区，纤维区四周为辐射状裂纹扩展区，边缘是剪切唇，剪切唇语拉伸应力轴交角为45°。
由于拉伸载
荷形成的断裂，存在着很多的韧窝，韧窝面积较大，大都为等轴韧窝和轻微拉长韧窝。
（剪切韧窝）
3、铸铁T200拉力棒断口分析
宏观形状：铸铁中的石墨是共晶团内的一个叶片状团体。
断口平坦，无剪切唇，断口与应力方向垂直。
断裂起源于变截面，断面颜色有的较光亮，有的比较灰暗，光亮断口为细瓷状，灰暗断口为粗糙状，有粗大晶粒外形。
微观形状：在100~400倍显微镜下，可以观察其断口形貌。
T200铸铁试样断口为结晶状断口，呈光亮的金属光泽，断口平齐，并且垂直于拉应力。
其组织特征可以观察到断口上呈现三个区域：纤维区、放射区及剪切唇区。
实际上是断裂面上的微小解理台阶在图像上的表现，河流条纹就是相当于各个解理平面的交割。
河流条纹的流向也是裂纹扩展的方向，河流的上游(即河流分叉方向)是裂纹源。
（河流花样）
六、结论
铸铁发生脆断属于脆性断裂，原因是由于内部的石墨或其他缺陷导致应力集中使其在低应力下发生脆断的。
Q235的断裂属于韧性断裂。
金属零件韧性断裂的本质是零件危险截面处的实际应力超过材料的屈服强度所致，而脆性断裂则是由于外载荷超过了其抗拉强度直接发生了脆断。
因此下列因素均有可能引起金属零件韧性断裂失效零件所用材料强度不够，零件所承受的实际载荷超过原设计要求，零件在使用中出现了非正常载荷，零件存在不符合技术要求的铸造、锻造、焊和热加工等条件。
所以为了准确地找出引起零件韧性断裂失效的确切原因,需要对失效件的设计、材质、工艺和实际使用条件进行分析,针对分析结果采取有针对性的改进与预防措施,防止同类断裂失效再次出现。
七、参考文献
1、《金属构件失效分析》主编：廖景娱化学工业出版社
2、《金属断口分析》主编：崔约贤哈尔滨工业大学出版社
3、《金相检验》主编：张博机械工业出版社。