断口分析【精选文档】

1、断口分析【精选文档】故障件的断口分析在形形色色的故障分析过程中，人们常会看到一些损坏零件的断口，但是人们缺乏“读懂”它的经验，不能从它的断口处判断其损坏的真正原因而贻误了战机。这里结合整改过程中的一些实例作些介绍，希望能对您有所帮助！对于汽车常用碳素钢和合金钢而言，其常见断口有：1. 韧性(塑性）断口：发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂。断口形貌为韧性（塑性)断口,断口呈暗灰色没有金属光泽看不到颗粒状形貌，断口上有相当大的延伸边缘.2. 疲劳弯曲断口：2-1 在抗拉极限范围内的疲劳弯曲断口：出现典型的疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区特征（下面将详述）。22 超过抗拉极限范围内的弯曲断口：

2、不具有典型的疲劳断口特征，属于不正常的弯曲断裂。其断口特征：沿弯曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层；而内层呈银灰色白亮条状新断口（见图1）。 图13. 典型的金属疲劳断口 典型的疲劳断口定会出现疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个特征.断口具有典型的“贝壳状”或称“海滩状”。 3-1 疲劳裂纹源区：是疲劳裂纹萌生的策源地，它处于机件的表面，形状呈平坦、白亮光滑的半圆或椭圆形，这是因为疲劳裂纹的扩展过程速度缓慢，裂纹经反复挤压摩擦而形成的。它所占有的面积较其他两个区要小很多。疲劳裂纹大多是因受交变载荷的机件表面有缺陷；譬如裂纹、脱碳、硬伤痕、焊点等缺陷形成应力集中而引起的。疲劳裂纹点在同一个

3、机件上可能有多处，换句话说可能有多处疲劳裂纹源区，这需要我们去仔细解读疲劳断口. 32 疲劳裂纹扩展区：是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。它是判断疲劳断裂的最重要的特征区.它以疲劳源区为中心，与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线，也称疲劳弧线呈“贝纹状”。 疲劳弧线是因机器运转时的负载变化、反复启动和停止而留下的塑性变形痕迹线。金属材料的塑性好、工作温度高及有腐蚀介质存在时则弧线清晰。 33 瞬时断裂区：由于疲劳裂纹不断扩展使机件的有效断面减小,因此应力不断增加直至截面应力达到材料许用应力时，瞬时断裂便发生了。材料塑性大时，断口呈暗灰色纤维状；脆性材料的断口呈结晶状.小结: 要点:疲劳宏观断口

4、的特征断口拥有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区、瞬断区。随材质、应力状态的不同，三个区的大小和位置不同.1、疲劳裂纹源区裂纹的萌生地；裂纹处在亚稳扩展过程中。由于应力交变，断面摩擦而光亮。加工硬化。随应力状态及应力大小的不同，可有一个或几个疲劳源。2、疲劳裂纹扩展区（贝纹区）断面比较光滑，并分布有贝纹线。循环应力低，材料韧性好，疲劳区大，贝纹线细、明显。有时在疲劳区的后部，还可看到沿扩展方向的疲劳台阶（高应力作用）。3、瞬时断裂区一般在疲劳源的对侧。脆性材料为结晶状断口;韧性材料有放射状纹理，边缘为剪切唇.范例一:前稳定杆拉杆断头最近前稳定杆拉杆在市场上出现多次短头现象,见图2 图2其断口形

5、状见图3。 图3分析： 由于故障里程都很短,理应不属于疲劳断裂的范畴，但从断口来看它更像2-2中所描述的超过抗拉极限范围内的弯曲断口.引起此故障的可能因素有二:1） 在极限载荷下产生的弯曲断裂2） 材料与工艺上的原因首先作一简单验算（见图4)：已知：前稳定杆扭转角刚度K=5000 Nm/rad=5000/57。3=87.3Nm/度稳定杆作用力半径 R=355mm=0.355m当汽车满载，车轮上下跳动100mm时，稳定杆的工作扭角 =7。5A=25mm计算:稳定杆的交变力矩 M0= K=87.37。5=655 Nm稳定杆端头作用力 图4拉杆AA断面处的弯曲应力拉杆材料为20号钢,许用应力是=45

6、000N/cm2，在极限状态下就有可能产生断头故障，不过这还要进一步调查分析后才能下结论。范例二。球笼驱动轴断裂原因分析1问题:08-02-25日一辆下线车在打力矩时在花键轴处断裂（图1）。2损坏件断口描述：(见图2） 1）在花键部位被拉断。 2）断口有两个区域，一为暗区（已产生的裂纹断面);另一为亮区(新拉裂的断面)。 3）在暗区边缘沿花键根部有一明显的淬火裂纹(因它而扩散到整个暗区，形成断裂面）。 4）断口金相颗粒比较细小均匀，说明热处理正常。 图23基本分析 1） 暗区系零件中频淬火时,因花键根部出现淬裂导致该区大面积与主体裂开。 2） 剩余的亮区部分，在M221.5螺旋打力矩时，承受不

7、了强大的轴向拉力而拉断。 4验证计算 1）已知：材料为55号碳素钢；花键齿的根径D=23mm 螺纹M221。5 螺距 t=1.5mm 扭紧力矩 M=21720 Nm 55号钢的屈服极限为 s=382 N/mm2 抗拉强度为T=647 N/mm2 螺纹和螺母之间的摩擦系数=0.15(钢-钢） 2）验算：螺母在用M力矩扭紧时,计入摩擦的影响,所产生的轴向力Q可按以下公式计算： 125044 N从断口亮区所占的面积约为A=(0.78222）/2=189mm2断口的拉应力:=Q/A=125044/189=662 N/mm2该值已达到或超过55号钢的抗拉强度T=660N/mm2必然在打扭矩时被拉断，如果淬火时零件未出现淬火裂纹，则断口的拉应力=330N/mm2,大大小于55号钢的抗拉强度T=660N/mm2，因此是安全的.5结论： 损坏的样件是由于产生淬火裂纹，从而导致打扭矩时拉断.摆臂断裂从断口的齐整状态来看像刀切一般，只有一种因素可导致此结果.众所周知,钢材在轧制时其金属纤维的流向与轧制方向相一致，像木板一样