非金属失效分析演示幻灯片

材料失效分析与寿命评估靳丽讲师轻合金精密成型国家工程研究中心Email:j_jinli,Tel:34203052,1,主要内容:一、概论（1课时）二、失效分析的基本理论与技术（2课时）三、常见失效形式及判断（8课时）（金属失效、非金属失效，电子元器件失效）四、失效分析的思路、程序和基本技能（2课时）五、失效分析实例（23课时）,2,第8讲非金属构件的失效分析,3,1.高分子材料的基本特性,不导电/反光性差/对有机溶剂敏感/易老化结构不均匀性/高弹性/粘弹性,1.1材料与制件在结构上的不均匀性航空非金属材料本身和构件存在多种不均匀性：化学均匀的单相材料-分子量不均匀/分子链交联点不同等非均质多相材料（纤维增强复合材料等）各相物理化学性质差别大，分散相不均匀等两种以上性质不同材料组成的复合材料层板间性能差异明显,4,1.2非金属材料的粘弹性理想弹性材料（虎克定律）=E理想粘性材料（牛顿定律）=d/dt高分子材料：不符合虎克定律与牛顿定律，弹性与粘性的线性或非线性组合。蠕变/应力松弛/应力应变依赖应变速率与温度粘弹性表现,5,2.非金属断口的成像显示技术,2.1对试样的要求硬度低/易划伤/擦伤/断口表面易吸附灰尘/对有机溶剂敏感断口保护特殊要求；2.2低倍观察断口表面结构的粗糙度/裂纹起始/扩展及最终断裂区的宏观特征。设计不同材料的光源选择。3.3光学显微镜观察多采用暗场成像。,6,2.非金属断口的成像显示技术,2.4扫描电镜观察放电效应断口表面喷碳或喷金2.5透射电镜观察采用复形薄膜。非金属材料断口复形薄膜技术参考文献（胡世炎，机械失效分析手册，成都：四川科学出版社，1993）,7,3.非金属构件失效的基本类型,直接加载断裂拉伸/压缩/剪切等载荷作用下断裂疲劳断裂蠕变断裂环境应力开裂腐蚀性环境（包括溶剂）作用下开裂磨损磨耗,8,4.直接加载下的瞬时断裂,4.1脆性断裂聚苯乙烯塑料/非定向有机玻璃/热固性塑料等断裂前服从虎克定律,9,4.直接加载下的瞬时断裂,4.2韧性断裂各种橡胶材料/某些工程塑料，如尼龙/双轴拉伸定向有机玻璃等断裂应变大（百分之几十到几百），应力应变曲线表现软而韧的特点：弹性模量低/弹性应变大,10,4.3韧-脆性转变高分子材料具有突出的粘弹性，应力-应变行为严重地受温度和应变速率影响。有机玻璃：4-刚而脆66-刚而韧韧脆转变温度（2030）,11,5.疲劳断裂与蠕变断裂,5.1疲劳断裂交变载荷银纹裂纹通过银纹进行扩展单个银纹扩展：断口光滑银纹束扩展：断口粗糙,12,5.疲劳断裂与蠕变断裂,5.1蠕变断裂恒定应力与金属蠕变锻炼类似。特征：（1）材料在高应力水平下发生的蠕变断裂为韧性断裂，断裂应变大，而低的应力水平下则相反。应力-韧脆转变。（2）韧性蠕变断裂过程中，材料“发白”现象。原因是材料内部出现了许多空穴。,13,6.环境应力开裂,特殊介质和溶剂共同作用-微小裂纹断裂（1）裂纹始于制件表面，裂纹长度方向与拉伸应力方向垂直。（2）材料产生环境应力开裂的应力水平比断裂强度低很多。（3）多数小裂纹不扩展，少数裂纹互相贯穿导致断裂。（4）一定材料只对应某些环境介质。,14,7.非金属断口形貌,7.1表面粗糙度脆性断口镜面区1/雾状区2/粗糙区3,15,7.非金属断口形貌,7.2疲劳断口,16,7.3疲劳条带,17,5.非金属断口形貌,5.3腐蚀疲劳断口,18,8.高分析材料及构件的老化,对环境因素敏感而性能降低老化8.1老化的基本类型热老化-与化学键能的热稳定性密切相关；光老化-光波引起的化学键断裂；高能辐射老化-与辐照降解为主；氧化老化-氧化引起的降解与交联；生物降解-微生物降解。,19,9.树脂及复合材料及其构件的失效分析,复合材料失效模式复杂，多种失效模式：基体开裂/界面脱粘/纤维断裂及分层等没有完全形成复合材料的失效分析方法,20,9.1树脂基复合材料失效的基本类型基体开裂：基体中局部应力过大；界面脱粘：发生在纤维/树脂交界面处的分离；纤维断裂：纤维断裂即指复合材料中的纤维出现的分断现象，往往由于沿纤维方向拉伸应力集中所致；分层：指复合材料层合板与层之间界面上发生的平面裂纹，有内部分层合边缘分层。,21,单向层复合板的失效（1）纵向拉伸（2）纵向压缩（3）横向拉伸（4）横向压缩（5）剪切多向层复合板的失效（6）分层,22,9.2缺陷及损伤的检查与成像显示技术气孔：裂源；混杂不均匀：采用截面金相可以检查气孔及混杂；损伤-分层：剖面法和揭层法；SEM-表面导电处理；TEM-复形。