失效分析的基本技能指导

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1、机械失效分析4失效分析的基本技能4.1断口分析术机械零件的设计、工艺、装配、使用及维护都影响着零件的使用寿命。零件使用中破坏之后，断口上完整地记录着上述因素对断裂的影响，因此，如果能够从断口上探明这些影响，从而推断出零件破坏的原因，这样就能在设计时和制造中加以改善，或限制它的使用条件，防止使用中的破坏。断口宏观观察是断口分析中最基本、最简便的技术。通过宏观分析可以判断断裂的性质、原因。由于电子显微镜的景深大、分辨本领高，采用复型技术对凸凹起伏的断口进行观察特别适用。许多断裂机理的提出和失效原因的判定都依赖电子断口分析提供可靠的判据。近年来，由于断口观察广泛采用扫描电镜，简化了制

2、备试样的手续，更方便于作断口的定点观察和连续观察，而且能同时观察断口形貌和断口侧面的金相组织的对应关系，还可进行变形与断裂过程的动态观察。4.1.1断口分析的重要性在断口上忠实的记录了产生裂缝的原因，外部因素对裂缝萌生的影响及材料本身的缺陷对裂缝萌生的促进作用；同时也记录着裂纹发展的途经、发展过程及内外因素对裂纹扩展的影响。简言之，断口上记录着与断裂有关的各种信息，这些信息是可以分析的，通过断口分析就可以找出断裂的原因及影响因素。因此，断口分析在断裂失效分析中占据着特殊重要的位置。可以说断口分析是断裂失效分析的核心，同时又是断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走弯路。断口上所

3、记录的各种信息是断裂力学、断裂化学、断裂物理学诸方面的内外因素综合作用的结果，对断裂由定性到定量的精确分析，断裂机理的深入研究必然推动断裂物理、断裂化学、断裂力学的发展。此外，断口分析对研制新材料也是十分重要的手段，通过断口分析可以提供关图4-1疲劳条带形貌-94-机械失效分析于断裂的原因、性质、裂纹的走向、裂纹扩展速度与合金的相组成、组织结构、杂质元素之间的关系，从而对进一步改进材料质量提供了方向和可能。4.1.2断口分析的依据（1）依据断口的颜色有无氧化色彩可以判断断裂件的工作温度高低；有无腐蚀产物的特殊色彩可以判断腐蚀的情况和程度；有无冶金夹杂的特殊色彩可以判断冶金因素的

4、作用；根据疲劳断口的各区光亮程度，可以判断破裂源的位置。（2）依据断口上的花纹如在宏观上可见疲劳线或在微观上有疲劳条带（图4-1），可以判定为疲劳断口；在疲劳断口上有无台阶，可以判断交变应力的大小；如有放射状的撕裂棱线或人字纹花样，则是脆性材料或快速加载的断裂特征。如有弹性干涉条纹，则是极脆材料，如玻璃断裂的特征；宏观断口上呈纤维状或长毛绒状，则是韧性断裂的特征。（3）依据断口的粗糙程度断口的粗糙程度可以判断断裂零部件的受力大小和定性的估计材料的晶粒大小及裂纹的扩展速度；断口呈颗粒状时，依据颗粒的大小和形状、分布可以判断零件的工艺历史及其工艺参数正确与否；断口上的反光“小刻面”

5、存在与否和多少，可以判断金属材料的冶金质量、杂质相的多少、或者导相的组成；对断口的结构、断口的晶面、晶向的定量分析、在断裂机理研究中有重要的作用。（4）依据断口的边缘情况从断口的边缘情况可以判断疲劳源的位置；依据断口上唇边情况，可以判断零件的应力状态；根据唇边的大小可以判断材料塑性的大小。（5）依据断口的位置从断口和零件形状来分析应力集中因素的作用；依据断口与零件变形方向的关系来判断材质对断裂所起到的作用；根据断口和主应力状态的关系来分析应力状态，进而分析断裂的性质和原因。4.1.3断口的保护和清洗保护断口表面，使断口表面保持断裂瞬时的真实状态，防止重要的证据遭损坏或变得模糊不

6、清是很重要的。断口表面可能遭到机械损伤，也可能受到化学侵蚀。机械损伤可能发生在服役失效过程中，这是人们难以避免的，也可能发生在失效后，-94-机械失效分析失效（零）部件的搬运过程中发生了断口表面与其它物体碰撞，后者应加以坚决的避免。为此，在搬运之前，将断口表面覆盖一层布或棉花；但是这样可能会无意中擦掉一些松散附着在表面上的物质，而这些物质往往包含着有助于弄清失效原因的重要线索。为了防止松散附着物失落，应提前将附着物取下并保存好。一定要避免手指触摸和擦试断口表面。且不可试图把断裂部件的破片互相接触对齐以恢复其原状，这样做没有什么好处，只会使断口表面遭受损害。为了防止断口遭到化学损

7、伤，可用压缩空气轻轻吹干断口表面，在操作中应注意，别吹掉断口上的有用附着物，吹干后将试样放在干燥器中或用适合的干燥剂把试样封装起来。应尽量避免用水洗涤断口表面。但是对于沾污了海水或灭火剂液体的试样需要彻底清洗，一般可用水洗，尔后用丙酮或酒精漂洗后才能贮存到干燥器皿中用适合的干燥剂覆盖。有时，为了清除碎屑、污物、断口表面需要清洗。根据污染物在断口表面的黏附程度，可以采用如下的步骤，直到满意为止。（1）用干燥空气吹或毛刷刷；（2）有机溶剂（如丙酮、乙醇）浸泡；（3）用弱酸或碱性溶液浸泡或刷洗，选