金属构件断口诊断方法教程
80页1、金属构件断口诊断技术,前 言,失效分析是一门系统工程,其中的分析技术是其理论和实践基础。失效分析技术主要包括: 痕迹分析技术 裂纹分析技术 断口分析技术等相关内容。,1 痕迹分析技术,痕迹分析是失效分析中常用的一种分析方法和技术。通过痕迹分析,不仅可对事故和失效的发生、发展过程做出判断,而且可为事故和失效分析结论提供可靠的佐证和依据。,1 痕迹分析技术,广义地说,痕迹是指环境作用于系统,在系统表面留下的标记。在机械失效中,系统指的是失效的构件或零件,而环境则是指外来的力学、化学、热学、电学等因素。因此,对机械失效,痕迹可定义为:力学、化学、热学、电学等环境因素单独地或协同地作用于机械,并在其表面或表面层留下的损伤性标记。,1 痕迹分析技术,在失效分析范畴,痕迹的具体含义是指: 痕迹的形貌(或称花样); 痕迹区及污染物、反应产物的化学成分; 痕迹颜色的种类、色度和分布、反光等; 痕迹区材料的组织和结构;,1 痕迹分析技术,痕迹区的表面性能; 痕迹区的残余应力分布;从痕迹区散发出来的各种气味; 痕迹区的电荷分布和磁性等。 痕迹分析即是对失效件的上述特征的变化进行鉴别,并找出其变化原因,为失
2、效分析提供线索和依据的技术活动。,1 痕迹分析技术,2 裂纹分析技术,裂纹是材料表面或内部完整性或连续性被破坏的一种现象,是断裂的前期;断裂则是裂纹发展的结果。裂纹分析包括裂纹的无损检测、表面分析、光学金相分析及裂纹打开后的断口分析等内容。,2 裂纹分析技术,主要内容包括:裂纹产生的部位;裂纹的平直情况、或分叉情况、或宏观走向等;裂纹与主应力方向(或切应力方向)之间的关系;裂纹与材料成形方向(轧制方向、流线方向)的关系;裂纹的啮合情况(紧密配合,还是分离);裂纹尖端的情况(尖锐或圆钝);裂纹起始位置与零件形状的关系(是否有应力集中)。,3 断口分析技术,断口是断裂失效中,两断裂分离面的简称。由于断口真实地记录了裂纹由萌生、到扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息,因此,断口上的各种断裂信息是断裂力学、断裂化学、断裂物理等诸多方面内外因素综合作用的结果,对断口进行定性和定量分析,可为断裂失效模式的确定提供有力依据,为断裂失效原因的诊断提供线索。,3 断口分析技术,内容: 断口准备 断口分析设备和技术 断口宏观诊断技术和方法 断口微观诊断技术和方法,3.1 断口准备,断口准备的目的是
3、为下一步的断口分析提供适于分析的断口。要求断口保存得尽量完整、特征原始;尽量没有产生二次、甚至三次损伤。对断口上附着的腐蚀介质、污染物,还需进行适当清理。当失效件体积太大时,还需分解、切割。总之,在断口准备过程中,要尽量保证断口(特别是关键断口、起始区断口)的原始特征不被破坏、污染。,3.1 断口准备,对断口的清理应遵循以下基本原则:先判断后清理,先表面后内层,尽量采用物理方法清理而少用化学方法。常用的清洗方法有机械剥离法、化学腐蚀法、阴极电解法、真空蒸发法等,可根据断口材料特性、附着物的种类等选定。 对断口常用的保护方法有涂保护性涂料、密封于内置干燥剂的塑料袋或干燥皿中和浸泡在无水酒精溶液中等。,3.1 断口准备,切割大块失效残骸件时,应先对断口进行宏观分析,确定首断件;然后进一步确定断裂的起始部位。切割前,先将需要分析的部位保护起来;切割时,尽量使用锯、切等不会产生高温的机械方法。需要使用火焰切割、砂轮切割等会产生高温的切割方法时,切口位置应离开需分析部位一定的距离,同时对切割区域进行冷却,以确保需重点分析部位不会因高温而产生二次损伤。,3.2 断口分析设备和技术,3.2.1 断口
4、宏观分析设备和技术 宏观分析是指在小于40倍的条件下对断口进行观察判断的技术方法。主要手段是人的肉眼、普通放大镜和体式显微镜。 形貌、源、扩展方向、性质。,3.2.2 断口微观诊断仪器设备和技术,断口的微观分析设备主要有金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线能谱仪、波谱仪等。其中三种显微镜主要用来进行形貌观察,两种谱仪主要用来进行微区成分分析。 扫描电子显微镜由于其具有制样简单,使用方便,并具有景深大,分辨率较高,放大倍数范围宽,可连续调节,可进行化学成分、晶体取向测定等一系列优点,在失效分析中得到了广泛的应用。 显微形貌、机理、断裂模式。,3.2 断口分析设备和技术,首先对断口做低倍观察,以全面了解和掌握断口的整体形貌和特征,并确定重点观察部位。 在整体观察的基础上,找出断裂起始区,并对断裂源区进行重点分析,包括源区的位置、形貌、特征、微区成分、材质冶金缺陷、源区附近的加工刀痕及外物损伤痕迹等。 对断裂过程不同阶段的形貌特征要逐一加以观察,找出各区断裂形貌的共性与个性。,3.2 断口分析设备和技术,断裂特征的识别。在断口观察过程中,发现、识别和表征断裂形貌特征是断口分析的
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