《失效分析》课件-4PPT文档格式.ppt

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金属构件发生过载断裂失效时，通常显示一次加载断裂的特征。

其宏观断口与拉伸试验断口极为相似。

4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析1-1-纤维区，纤维区，2-2-放射区，放射区，3-3-剪切唇剪切唇4影响因素影响因素影响因素影响因素4.1.24.1.2影响过载断裂失效特征的因素影响过载断裂失效特征的因素4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析11、材料性质的影响、材料性质的影响22、零件形状与几何尺寸的影响、零件形状与几何尺寸的影响33、载荷性质的影响、载荷性质的影响44、环境因素的影响、环境因素的影响5影响因素影响因素影响因素影响因素4.1.24.1.2影响过载断裂失效特征的因素影响过载断裂失效特征的因素4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析（11）大多数的单相金属、低碳钢及珠光体状态的钢，其过）大多数的单相金属、低碳钢及珠光体状态的钢，其过载断裂断口上，具有典型载断裂断口上，具有典型“三要素三要素”的特征。

的特征。

11、材料性质的影响、材料性质的影响（22）高强度材料、复杂的工业合金及马氏体时效钢等，其）高强度材料、复杂的工业合金及马氏体时效钢等，其断口的纤维区内有环形花样，其中心象火山口状，断口的纤维区内有环形花样，其中心象火山口状，“火山火山口口”中心必有夹杂物，此为裂纹源。

另外，尚有放射元细中心必有夹杂物，此为裂纹源。

另外，尚有放射元细小及剪切唇也较小等特点。

小及剪切唇也较小等特点。

6影响因素影响因素影响因素影响因素4.1.24.1.2影响过载断裂失效特征的因素影响过载断裂失效特征的因素4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析（33）中碳钢及中碳合金钢的调质状态，断口的主要特）中碳钢及中碳合金钢的调质状态，断口的主要特征是具有征是具有粗大的放射剪切花样粗大的放射剪切花样，基本上无纤维区和剪切唇。

，基本上无纤维区和剪切唇。

放射剪切是一种典型的剪切脊。

这是在断裂起裂后扩展时，放射剪切是一种典型的剪切脊。

这是在断裂起裂后扩展时，沿最大切应力方向发生剪切变形的结果。

其另一特点是放沿最大切应力方向发生剪切变形的结果。

其另一特点是放射元不是直线的，这是因为变形约束小，裂纹钝化，致使射元不是直线的，这是因为变形约束小，裂纹钝化，致使扩展速度较慢等。

扩展速度较慢等。

11、材料性质的影响、材料性质的影响7影响因素影响因素影响因素影响因素4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析（44）塑性较好的材料，由于变形约束小，断口上可能只有）塑性较好的材料，由于变形约束小，断口上可能只有纤维区和剪切唇而无放射区。

可以说，断口上的纤维区较大，纤维区和剪切唇而无放射区。

可以说，断口上的纤维区较大，则材料的塑性较好；

反之，放射区增大，则表示材料的塑性降则材料的塑性较好；

反之，放射区增大，则表示材料的塑性降低，脆性增大。

低，脆性增大。

（55）纯金属还可能出现一种全纤维的断口或）纯金属还可能出现一种全纤维的断口或4545角的滑角的滑开断口。

开断口。

（66）脆性材料的过载断裂，在其断口上可能完全不出现）脆性材料的过载断裂，在其断口上可能完全不出现“三要素三要素”的特征，而呈现细瓷状、结晶状及镜面反光状等的特征，而呈现细瓷状、结晶状及镜面反光状等特征特征。

8典型特征典型特征典型特征典型特征过载断裂断口的几种典型特征过载断裂断口的几种典型特征4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析9形状尺寸形状尺寸形状尺寸形状尺寸22、零件形状与几何尺寸的影响、零件形状与几何尺寸的影响4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析

（1）圆形试件）圆形试件缺口圆形试件过载断裂形貌示意图缺口圆形试件过载断裂形貌示意图1-1-缺口，缺口，2-2-纤维区，纤维区，3-3-放射区，放射区，4-4-最后断裂区最后断裂区裂纹不对称扩展断口形貌示意图裂纹不对称扩展断口形貌示意图1-1-初始阶段，初始阶段，2-2-第二阶段，第二阶段，3-3-最后断裂区，最后断裂区，4-4-裂纹扩展方向裂纹扩展方向10形状尺寸形状尺寸形状尺寸形状尺寸

（2）矩形试件）矩形试件4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析11几何尺寸几何尺寸几何尺寸几何尺寸（3）几何尺寸的影响）几何尺寸的影响4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析12冲击断口冲击断口冲击断口冲击断口33、载荷性质的影响、载荷性质的影响4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析13环境影响环境影响环境影响环境影响44、环境因素的影响、环境因素的影响4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析14扭转断裂扭转断裂扭转断裂扭转断裂4.1.34.1.3扭转和弯曲过载断裂断口特征扭转和弯曲过载断裂断口特征4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析韧性扭转过载断口韧性扭转过载断口断面与轴向垂直，断面与轴向垂直，在断口上可见到明显在断口上可见到明显的的“漩涡漩涡”状状脆性扭转过载断口脆性扭转过载断口断面与轴向呈断面与轴向呈4545，断裂起源于轴的台阶断裂起源于轴的台阶根部硬化层处根部硬化层处15弯曲断裂弯曲断裂弯曲断裂弯曲断裂4.14.14.14.1过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析过载断裂失效分析4.1.34.1.3扭转和弯曲过载断裂断口特征扭转和弯曲过载断裂断口特征弯曲过载断裂的十字轴，在十字轴根部有明显的加工刀痕弯曲过载断裂的十字轴，在十字轴根部有明显的加工刀痕16回火脆现象回火脆现象回火脆现象回火脆现象4.2.14.2.1回火脆性断裂失效回火脆性断裂失效4.24.24.24.2材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效11、回火脆化现象、回火脆化现象回火温度对钢的回火温度对钢的冲击韧性的影响冲击韧性的影响43404340钢缺口试样冲击值钢缺口试样冲击值与回火温度的关系与回火温度的关系17回火脆特征回火脆特征回火脆特征回火脆特征22、回火致脆断裂的特征、回火致脆断裂的特征4.24.24.24.2材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效宏观形貌特征：

宏观形貌特征：

断面结构粗糙，断面结构粗糙，断口呈银白色的结晶状，一般为宏断口呈银白色的结晶状，一般为宏观脆断。

脆化程度不严重时，断口观脆断。

脆化程度不严重时，断口上也会出现剪切唇。

上也会出现剪切唇。

典型微观形貌：

沿奥氏体晶界分沿奥氏体晶界分离形成的冰糖块状。

晶粒界面上一离形成的冰糖块状。

晶粒界面上一般无异常沉淀物，因而有别于其它般无异常沉淀物，因而有别于其它类型的沿晶断裂。

但马氏体回火致类型的沿晶断裂。

但马氏体回火致脆断裂的解理界面上可能出现碳化脆断裂的解理界面上可能出现碳化物第二相质点及细小的韧窝花样。

物第二相质点及细小的韧窝花样。

在断口上一般可见二次断裂裂纹。

2Cr13对接焊叶片断口形貌对接焊叶片断口形貌18回火脆分析回火脆分析回火脆分析回火脆分析33、回火致脆断裂的分析、回火致脆断裂的分析4.24.24.24.2材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效aa室温冲击试验法室温冲击试验法bb系列冲击试验法系列冲击试验法cc低温拉伸试验法低温拉伸试验法dd断裂韧性法断裂韧性法ee断口特征的对比分析断口特征的对比分析16NiCo钢回火温度与力学性能的关系钢回火温度与力学性能的关系室温拉伸试验无法检验室温拉伸试验无法检验回火脆性回火脆性19冷脆金属冷脆金属冷脆金属冷脆金属4.2.24.2.2冷脆金属的低温脆断冷脆金属的低温脆断4.24.24.24.2材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效11、冷脆金属及其特点、冷脆金属及其特点随着温度的降低，发生随着温度的降低，发生断裂形式转化及塑脆过渡的断裂形式转化及塑脆过渡的金属，称为冷脆金属。

除面金属，称为冷脆金属。

除面心立方以外的所有金属材料心立方以外的所有金属材料均属于冷脆金属，低碳钢是均属于冷脆金属，低碳钢是典型的冷脆金属。

典型的冷脆金属。

温度对低碳钢拉伸性能的影响温度对低碳钢拉伸性能的影响20冷脆特征冷脆特征冷脆特征冷脆特征随着温度的降低，低碳钢的断裂行为发生如下变化：

随着温度的降低，低碳钢的断裂行为发生如下变化：

4.24.24.24.2材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效（11）屈服极限和断裂真应力随温度降低而显著升高，）屈服极限和断裂真应力随温度降低而显著升高，而塑性指标而塑性指标ff逐渐降低。

逐渐降低。

（22）在较低的温度下发生断裂形式的变化，即由微孔型）在较低的温度下发生断裂形式的变化，即由微孔型断裂向解理断裂转化。

断裂向解理断裂转化。

（33）在更低的温度下发生塑脆过渡，即由宏观塑性的解）在更低的温度下发生塑脆过渡，即由宏观塑性的解理断裂向宏观脆性的解理断裂的过渡，在此时的极限塑理断裂向宏观脆性的解理断裂的过渡，在此时的极限塑性趋近于零。

这种过渡的临界温度称为脆性转折温温度。

性趋近于零。

21冷脆特征冷脆特征冷脆特征冷脆特征22、冷脆金属低温脆断的特征、冷脆金属低温脆断的特征4.24.24.24.2材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效材料致脆断裂失效（11）冷脆金属低温脆断断口的宏观特征）冷脆金属低温脆断断口的宏观特征典型断口宏观特征为结晶状，并有明显的镜面反光现象。

典型断口宏观特征为结晶状，并有明显的镜面反光现象。

断口与正应力轴垂直，断口齐平，附近无径缩现象，无剪切唇。

断口中的反光小平面（小刻面）与晶粒尺寸相当。

马氏体基高断口中的反光小平面（小刻面）与晶粒尺寸相当。

马氏体基高强度材料断口有时呈放射状撕裂棱台阶花样。

强度材料断口有时呈放射状撕裂棱台阶花样。

（22）冷脆金属低温断裂断口的微观形貌）冷脆金属低温断裂断口的微观形貌冷脆金属低温断裂断口的微观形貌具有典型的解理断裂特征，冷脆金属低温断裂断口的微观形貌具有典型的解理断裂特征，河流花样、台阶、舌状花样、鱼骨