金屬材料失效分析，是對喪失原有功能的金屬構(gòu)件或設(shè)備損壞原因進(jìn)行分析研究的技術(shù)。對金屬材料失效引發(fā)的重大事故進(jìn)行技術(shù)分析是一個復(fù)雜的過程，不僅涉及宏觀分析、微觀結(jié)構(gòu)分析、金相組織分析、化學(xué)成分分析、硬度測試、力學(xué)性能測試、應(yīng)力測試等多種分析測試技術(shù)，而且需要結(jié)合大量測試數(shù)據(jù)，并且綜合得到的信息，包括設(shè)計方案、熱處理情況及使用環(huán)境等，進(jìn)行全面系統(tǒng)性的討論分析，最終歸納和推斷引起失效的主要原因。接下來主要介紹脆性斷裂和韌性斷裂的判斷依據(jù)，一起來看看吧。
斷裂失效分析是從分析斷口的宏觀與微觀特征入手,確定斷裂失效模式,分析研究斷口形貌特征與材料組織和性能、零件的受力狀態(tài)以及環(huán)境條件(如溫度、介質(zhì)等)等之間的關(guān)系,揭示斷裂失效機(jī)理、原因與規(guī)律,進(jìn)而采取改進(jìn)措施與預(yù)防對策。
_20220909155614_575.jpg "金屬材料失效分析怎么判斷脆性斷裂和韌性斷裂？")
韌性斷裂失效分析韌性斷裂又叫延性斷裂和塑性斷裂,即零件斷裂之前,在斷裂部位出現(xiàn)較為明顯的塑性變形。在工程結(jié)構(gòu)中,韌性斷裂一般表現(xiàn)為過載斷裂,即零件危險截面處所承受的實(shí)際應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度或強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。工程材料的顯微結(jié)構(gòu)復(fù)雜,特定的顯微結(jié)構(gòu)在特定的外界條件(如載荷類型與大小,環(huán)境溫度與介質(zhì))下有特定的斷裂機(jī)理和微觀形貌特征。金屬零件韌性斷裂的機(jī)理主要是滑移分離和韌窩斷裂。
滑移分離：韌性斷裂最顯著的特征是伴有大量的塑性變形,而塑性變形的普遍機(jī)理是滑移,即在韌性斷裂前晶體產(chǎn)生大量的滑移。過量的滑移變形會出現(xiàn)滑移分離,其微觀形貌有滑移臺階、蛇形花樣和漣波等。
韌窩斷裂是金屬韌性斷裂的主要特征。韌窩又稱作迭波、孔坑、微孔或微坑等。韌窩是材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微空洞,經(jīng)形核、長大、聚集;最后相互連接導(dǎo)致斷裂后在斷口表面留下的痕跡。
韌窩形貌(SEM)
金屬零件韌性斷裂失效分析依據(jù)：
(1)斷口宏觀形貌粗糙,色澤灰暗,呈纖維狀;邊緣有與零件表面呈45°的剪切唇;斷口附近有明顯的塑性變形,如殘余扭角、撓曲、變粗、縮頸和鼓包等。
(2)斷口上的微觀特征主要是韌窩。
脆性斷裂失效分析
工程構(gòu)件在很少或不出現(xiàn)宏觀塑性變形(一般按光滑拉伸試樣的ψ<5%)情況下發(fā)生的斷裂稱作脆性斷裂,因其斷裂應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度,故又稱作低應(yīng)力斷裂。金屬構(gòu)件脆性斷裂失效的表現(xiàn)形式主要有:
(1)由材料性質(zhì)改變而引起的脆性斷裂,如蘭脆、回火脆、過熱與過燒致脆、不銹鋼的475℃脆和σ相脆性等。
(2)由環(huán)境溫度與介質(zhì)引起的脆性斷裂,如冷脆、氫脆、應(yīng)力腐蝕致脆、液體金屬致脆以及輻照致脆等。
(3)由加載速率與缺口效應(yīng)引起的脆性斷裂,如高速致脆、應(yīng)力集中與三應(yīng)力狀態(tài)致脆等。
疲勞斷裂失效
工程構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下,經(jīng)一定循環(huán)周次后發(fā)生的斷裂稱作疲勞斷裂。
(1)多數(shù)工程構(gòu)件承受的應(yīng)力呈周期性變化稱為循環(huán)交變應(yīng)力。如活塞式發(fā)動機(jī)的曲軸、傳動齒輪、渦輪發(fā)動機(jī)的主軸、渦輪盤與葉片、飛機(jī)螺旋槳以及各種軸承等。這些零件的失效,據(jù)統(tǒng)計60%～80%是屬于疲勞斷裂失效。
(2)疲勞破壞表現(xiàn)為突然斷裂,斷裂前無明顯變形。不用特殊探傷設(shè)備,無法檢測損傷痕跡。除定期檢查外,很難防范偶發(fā)性事故。
(3)造成疲勞破壞的循環(huán)交變應(yīng)力一般低于材料的屈服極限,有的甚至低于彈性極限。
(4)零件的疲勞斷裂失效與材料的性能、質(zhì)量、零件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用條件、外界環(huán)境等眾多因素有關(guān)。
(5)很大一部分工程構(gòu)件承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷,其應(yīng)力分布是表面最大,故表面狀況(如切口、刀痕、粗糙度、氧化、腐蝕及脫碳等)對疲勞抗力有極大影響。
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