失效分析实验指导书.doc

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1、失效分析实验指导书　　实实验指导书课程名称适用专业教研室金属材指导教师编写日期材料断裂与失效分析实验金属材料工程材料教研室颜爱国、廉冀琼xx‐3‐24实验一静载荷作用下的金属材料断裂失效分析1.实验目的　　（1）了解静载荷作用下金属材料断口形貌特征。　　（2）熟悉二次电子成像观察方法。　　（2）掌握静载荷作用下不同材料断口的形貌特征。　　2.实验设备及材料　　（1）扫描电子显微镜（ZeissEVO18）一台　　（2）超声清洗机一台　　（3）断口试样若干3.实验内容3.1宏观断口分析在肉眼、放大镜、低倍实体显微镜或扫描电镜小于40倍的条件下来观察

2、断口形貌特征，断口裂源位置、裂纹扩展方向以及各种因素对断口形貌特征影响称为断口宏观分析。　　从断裂机理可知，任何断裂过程总是包括裂纹形成，缓慢扩展，快速扩展至瞬时断裂几个阶段。　　通过宏观断口分析可以看到，由于材质不同，受载情况不同，上述各断裂阶段在断口留下的痕迹也不同，因此我们掌握了常见的宏观断口特征以后，就可以在事故分析中根据断口特征来推测断裂过程和断裂原因，本实验主要观察下列几种断口。　　（1）拉伸试样断口2种材料试样的形状、尺寸不同会影响拉伸断口的形貌。　　无缺口试样的断口有三个区域。　　裂纹主要沿宽度方向扩展，纤维区呈椭圆形，放射区为

3、“人字纹”花样，人字纹的尖顶指向纤维区（即裂纹源），靠近表面的区域为剪切唇。　　试样厚度对断口形貌影响很大，当厚度减小时，剪切唇所占面积增大，放射区缩小。　　3.2断口微观分析断口上常见的微观特征有韧窝、滑移特征、解理特征、准解理特征、沿晶断裂特征和疲劳断裂特征等断裂特征花样。　　（1）韧窝特征材料延性断裂的主要微观特征是，材料在微观范围内塑性变形产生的显微空洞经形核、长大、聚集直至最后相互连接而导致断裂后在断口表面所留下的痕迹。　　由于其它断裂模式上也可观察到韧窝，因此不能把韧窝特征作为延性断裂的充分判据，而只能作为必要判据来应用。　　零件受

4、力状态不同，韧窝有不同的形状，即韧窝的形状可反映零件的受力状态。　　韧窝的最基本形态有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种。　　（2）断口微观形貌特征断口上常见的微观特征有韧窝、滑移特征、解理特征、准解理特征、沿晶断裂特征和疲劳断裂特征等断裂特征花样。　　①韧窝特征金属延性断裂的主要微观特征是，材料在微区范围内塑性变形产生的显微孔洞经形核、长大、聚集直至最后相互连接而导致断裂后在断口表面上所留下的痕迹。　　由于其它断裂模式上也可观察到韧窝，因此不能把韧窝特征作为延性断裂的充分判据，而只能作为必要判据来应用。　　零件受力状态不同，韧窝可有不同的形状，

5、即韧窝的形状可反映零件的受力状态。　　②解理特征金属在正应力作用下,由于原子结合键破坏而造成的沿一定晶体学平面(解理面)快速分开的过程称为解理断裂。　　解理断裂属于脆性断裂的一种,解理面通常是表面能量最小的晶面,不同的晶体结构具有不同的解理面；面心立方晶系的金属一般不发生解理断裂。　　解理断裂区宏观上没有明显的塑性变形，在太阳光下转动时可观察到反光的小刻面,属于脆性断裂。　　严格意义上说，解理断裂面上是没有任何解理特征花样的，但在实际材料中，由于各种因素的作用，解理面局部均会发生微观的塑性变形，从而形成解理台阶、河流花样、舌状花样、鱼骨状花样、

6、扇形花样及瓦纳线等特征。　　③准解理断裂特征介于解理断裂与延性断裂间的一种过渡断裂形式。　　宏观上无明显塑性变形或变形较小，断口平整，具有脆性断裂特征；微观形貌有河流花样、舌状花样及韧窝与撕裂棱等。　　④沿晶断裂特征属于脆性断裂的一种，又称为晶间断裂，是多晶材料沿晶界面发生断裂的现象。　　4.实验报告要求　　（1）实验名称、学生姓名、班号、学号、组别和实验日期　　（2）实验目的和要求　　（3）实验仪器、设备和材料　　（4）实验原理　　（5）实验结果的与分析，绘所观察的几种断口的示意图。　　5.思考题　　（1）简述宏观断口及微观断口的分析方法及意

7、义。　　（2）从断口上判断是韧性断口还是脆性断口，并根据三要素确定裂纹源并标示在示意图上。　　说明产生这种断口的原因。　　实验二金属疲劳断裂失效分析1.实验目的　　（1）了解疲劳断口的组成。　　（2）掌握金属疲劳断口的形貌特征。　　2.实验设备及材料　　（1）扫描电子显微镜（ZeissEVO18）一台　　（2）超声清洗机一台　　（3）断口试样若干3.实验内容疲劳破坏是一个裂纹形成、扩展、直至最终断裂的过程。　　断裂时，宏观上没有明显的塑性变形，因此表现为脆断。　　疲劳断口明显地分成光滑区（裂纹扩展区）和粗糙区（最后断裂区）。　　分析疲劳断口的主

8、要目的是在于确定零部件是否属于疲劳破坏？其破坏原因是什么？从而提出防止事故发生的方法和措施。　　金属材料疲劳断裂的断口，几乎都可以看到其由3个部分组成