材料断裂时效特征分析.doc

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1、断裂失效分析•在机电装备的各类失效中以断裂失效最主耍，危害最人。•断裂失效的分析与预防已发展为一门独立的边缘学科。•口前对断裂行为的研究有两种不同的方法：/一种是断裂力学的方法，它是根据弹性力学及弹架性理论，并考虑材料内部存在育缺陷而建立起來的一种研究断裂行为的方法。/另一种是金属物理的方法,从材料的显微组织、微观缺陷、其至分子和原子的尺度上研究断裂行为的方法。而断裂失效分析则是从断口的広观.微观特征入手，研究断裂过程和形貌特征与材料性能、显微组织、零件受力状态及环境条件Z间的关系，从而揭示断裂失效的原因。它在断裂力学方法和金属物理方法之间架起联系的桥梁。一、金属断裂的基本概念1•断

2、裂与断口•构件或试样在外力作用下导致裂纹形成扩展而分裂为两部分（或儿部分）的过程称为断裂。•它包括裂纹萌生、扩展和故后瞬断三个阶段。。•断裂形成的断面称为断门。断口上详细记录了断裂过程屮内外因素的变化所留下的痕迹与特征，是分析断裂机理与原因的重要依据。断裂分类「断裂可按具体的需要和分析研究的方便进行分类。①按断裂性质分类根据零件断裂前所产生的宏观塑性变形量的大小分为$a.塑性断裂，断裂前发生较明显的塑性变形。延伸率人于5%的材料通常称为塑性材料；b.脆性断裂，断裂前几乎不产生明显的塑性变形。延伸率小于3%的材料通常称为脆性材料；a.塑性■脆性混合型断裂，又称为准脆性断裂。2•断裂分类

3、②按断裂路径分类在实际断裂失效断口上，多数ffivi推析钗络径分真示童便2•断裂分类%1按断面相对位移形式分类按两断而在断裂过程屮相对运动的方向可分为:a.张开型（I型）；b.前示滑移型（II世）；c.剪切性（III型）°④按断裂方式分类按断面所受的外力类型的不同分为疋断、切断及混合断裂三种。2•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、沿品及疲劳等多种断裂。⑥其它分类法/按应力状态分类，可分为静载断裂（拉伸、剪切、扭转）、动载断裂（冲击断裂、疲劳断裂）等。/按断裂环境分类，可分为低温断裂、中温断裂、髙温断裂、腐蚀断裂、氢脆及液态金屈致脆断裂等。/按断裂所需能量分类，

4、可分为高能、中能及低能断裂等三类。/按断裂速度分类，可分为快速、慢速以及延迟断裂三类。/按断裂形成过程分类,可分为工艺性断裂和服役性断裂。3.过载断裂的宏观断口三要素S;在金属光滑圆试样室温拉伸或冲击断口上，通常可分为三个宏观特征区，即如图所示的纤维区、放射区和剪切唇区。这就是所谓的断口宏观特征三要素。图丄2光滑同试样仪伸断口三要歩示悠图断口三要素的应用実佝

5、・某飞机前起落架断裂耳片主、次两个断II某型飞机起落架进行疲劳试验的过程中，试验耳片发生早期断裂。前起落架断裂4片冇两个断面剪切唇、放射区的人字纹%1.金属断裂的微观机理与典型形貌工程材料的显微结构都比较复杂，特定的显微结构在特

6、定的外界条件下有特定的断裂物理机制和微观形貌特4•穿晶韧窝断裂•韧駕是金属延性断裂的主要微观特征。•韧贡又称作迭波、孔坑、微孔、微坑等。•韧駕是材料在微区范围内舉性变形产生的显微空洞，经形核、长大、聚集，报后相互连接而导致断裂后，在断口裘血所留下的頫弦。瞬馨观持征'但不能仅仅据此就二、金属断裂的微观机理与典型形貌1•穿晶韧窝断裂①韧窝的形成韧禹形成的机理比较复杂，大致可分为显微空洞的形核、显微空洞的长大和显微空洞的聚集三个阶段。某弹用发动机冬件四方轴断裂断11韧貌二.金属断裂的微观机理与典型形貌1•穿晶韧窝断裂②韧窝的形状韧砧的形状主要取决于所受的应力状态,最基本的韧窝形状佇等轴韧宵

7、、撕裂韧禹和剪切韧窝工种。某直升机主减速轴上盖人工断II韧窝形貌2.滑移分离•金属断裂过程均起始于变形。•金属的塑性变形方式主要有滑移、挛生、品界滑动和扩散性晞变四种。•李生一•般在低温下才起作用：在高温下，品界滑动和扩散性嫦变方式较为熏要。而在常温下,主要的变形方式是滑移。•过虽的滑移变形出现滑移分离，具微观形貌有滑移台阶、蛇形花样、涟波等。2.滑移分离•晶体材料的滑移血与晶体表面的交线称为滑移线.•滑移部分的晶体与晶体表面形成的台阶称为滑移台阶。•由这些数H不等的滑移线或滑移台阶纽•成的条带称为滑移带。2.滑移分离滑移分离断口形貌•滑移分离的基木特征是：断面倾斜，呈45。角；断口

8、附近有明显的報性变形，滑移分离是在平瓯应力状态下进行的。•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。2.滑移分离a.蛇形花样，多晶体材料受到较大的塑形变形产生交滑移，导致滑移面分离，形成起伏弯曲的条纹，通常称为蛇形滑移花样。b・若变形程度加剧，则蛇形滑移花样I大I变形而平滑化，形成涟波花样。C•如若继续变形，涟波花样也将进一步平坦化，在断口上留下了没冇什么特殊形貌可言的平坦区，称为延伸区。几种典型滑移分离断口形貌3・解理断裂

9、;

10、