材料断口分析(第二至四章).ppt

第二章 韧 性 断 裂 1 概述 2 韧性断裂的断口形貌特征 3 韧窝形成机理 4 影响韧窝形貌的因素,1 概述 1、特点：材料断裂前发生明显的塑性变形。也可以说塑性变形是韧断的前奏，而韧断是大量塑性变形的结果。 2、过程：显微空洞形成、扩展、连接、断裂 3、类型： 微孔聚集型 纯剪切型,2、韧性断裂的断口形貌特征 一、宏观形貌特征 纤维区、剪切唇 二、微观形貌特征 韧窝花样（断面上覆盖着大量微坑） 韧窝类型：等轴韧窝 抛物线韧窝 卵形韧窝,等 轴 韧 窝,(d),抛物线韧窝,卵 型 韧 窝,3、韧窝形成机理,4、影响韧窝形貌的因素 1、夹杂物或第二相粒子 尺寸较小，且分布密集 促进韧窝成核，形成小而多的韧窝花样 尺寸较大，且分布变化不大促进裂纹扩展，形成较大的韧窝花样 2、基体材料的韧性 韧性差、塑性变形能力差，韧窝尺寸较小、较浅 3、试验温度 T、有利于韧窝的成核与扩展，韧窝宽度和深度增加 4、应力状态 拉应力、切应力、撕裂应力,应 力 状 态,第三章 解理断裂 1 概述 2 解理断口形貌特征及形成机理 3 影响解理断裂的因素 4 准解理断裂,1、概述 1、定义 正应力、解理面、穿晶脆断 2、发生条件 一般均在bcc、hcp金属中发生，而fcc只在特殊情 况下才发生，如腐蚀环境、材质较差时。,2、解理断口形貌特征 一、宏观形貌特征 1、放射状条纹 2、人字纹,3、小刻面（facet）：发亮的小晶面 解理断口上的结晶面 宏观上呈无规则取向 强光下可见到闪闪发光的特征 解理断口是由许多小刻面组成 的，每个小刻面代表一个晶粒,二、微观形貌特征及形成机理 特征： 扇形花样 解理台阶（cleavage step） 河流花样（river pattern） 舌状花样（tongue pattern） 青鱼骨花样（spine pattern） 瓦纳线（wallner line）,扇形花样,河流花样,解理台阶,舌 状 花 样,青鱼骨花样 瓦纳线,（二）形成机理（模型） 1、解理台阶 解理裂纹与螺位错交截形成台阶,台阶形成过程的简化图,通过二次解理或撕裂相互连接形成台阶（撕裂棱）,台阶的性质 台阶在扩展过程中会发生合并或消失（台阶高度减小） 相同方向的台阶合并后高度增加 相反方向的台阶合并后高度减小或消失 台阶高度与柏氏矢量大小、位错密度之间存在一定关系 Hb N 1/2,2、河流花样 定义：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组合的 条纹。其形状类似地图上的河流。 形成机理：河流花样实际上就是解理台阶的一种标志。当 裂纹扩展时，同号台阶汇合成较大的台阶，而 较大的台阶又汇合成更大的台阶，其结果就形 成河流花样。,影响因素： 小角度晶界：倾斜晶界影响不大，延伸至相邻晶粒 扭转晶界在亚晶界出产生新的裂纹，河流激增 大角度晶界：河流不能通过，在晶界处产生新的裂纹，向外扩展 ， 形成扇形花样,大角度晶界，扇形花样,3、舌状花样 特点：形状象“舌头”，一般在钢铁材料中成组出现。,形成机理： 解理裂纹沿着孪晶面112产生二次解理及局部塑性变形撕裂的结果。在低温、高速变形时容易发生孪生变形，也就容易出现舌状花样。,青鱼骨花样、瓦纳线,3、影响解理断裂的因素 1、晶体结构 bcc、hcp易发生解理断裂 fcc不易发生解理断裂 2、显微组织 F断口较光滑，微观呈河流条纹或舌状花样 P断口呈不连续片层状 M断口呈锯齿状，出现小刻面,3、温度 T，易导致解理断裂 TTc，晶体在塑性变形前产生解理裂纹，断口呈现脆性 TTc，晶体先发生塑变，后产生解理，即断裂时伴随一定的塑性变形 4、加载速度 V，易发生解理断裂,4、准解理断裂 与解理相比，准解理断裂的特征： 准解理裂纹源常在准解理平面的内部形成，而解理裂纹源在解理面 边界（晶界）形成 准解理裂纹扩展路径比解理裂纹要不连续得多，常在局部地方形成 并局部扩展 准解理包含更多的撕裂 准解理面的位向并不如铁素体基体的解理面100严格对应，不 存在确定的位向关系,准解理断口形貌,33,瓷状断口,准解理断口形貌,准解理断口形貌,第四章 沿晶断裂 1、定义：材料沿晶界（原奥氏体晶界、相界、焊合界面） 发生的断裂。 2、类型：韧性沿晶断裂（沿晶韧断） 脆性沿晶断裂（沿晶脆断）,3、产生原因 脆性沉淀相沿晶界析出：钢中的碳化物 Al-Li合金中的（AlLi）相 晶界弱化：杂质Na、S、P等的晶界偏析 合金钢中的高温回火脆性 环境：SCC、氢脆、蠕变 热应力：焊接材料的HAZ 晶粒粗大,！,4、断口形貌特征 宏观断口：结晶状形貌 冰糖块状（晶粒粗大） 灰色的石状,结晶状断口,冰糖块状断口,石状断口,微观断口：多边形图象（晶粒外形轮廓） 冰糖状形貌,例1： 一批锻件毛坯在抽样检验时，发现屈服强度与断面收缩率均不满足要求，检验人员根据断口特征决定采用正火处理，再检验性能全部合格。试问： 1、检验人员看到断口有何特征？ 2、产生的原因是什么？ 3、正火后为什么强度和塑性均有提高？ 例2： 在什么条件下易出现沿晶断裂？怎样防止沿晶断裂？,例1： 1、结晶状脆性断口（过热脆性结晶状断口） 2、产生原因： 锻造温度过高，使原奥氏体晶粒过分粗