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第三节 SEM的断口分析
在试样或构件断口分析方面,扫描电子显微镜的优点已为人们所公认。
制样简单:它不需要象透射电子显微镜那样制备复型,既省事又不致在制备过程中引入假象。
连续放大(5-10万):可以对断口进行低倍(例如5倍左右)大视域观察,某些感兴趣的区域(例如裂纹源)进行高倍观察分析,皿示断口形貌的细节特征,揭示断裂机理,如果仪器具有X射线能谐或波谱分析附件,还可以一步对组成相或某些环境介质在裂纹产生和发展过程中的作用进行分析研究,那将更有助于揭示产生裂纹的原因。
景深大;立体感强;层次丰富;
下面主要介绍几种典型断口形貌及其扫描电子显微镜图像特点,以利于分析这些断口的断裂机理。
几种典型断口形貌及其扫描电子显微镜图像特点
一、按实验方式划分(应力方式)
拉伸断口
冲击试样断口
疲劳断口
二、按韧性、脆性分类
韧性断口
脆性断口
一、按实验方式划分(应力方式)
拉伸断口
冲击试样断口
疲劳断口
1、拉伸断口
(5× ):三个区域
纤维区:裂纹源形成区,有一定灰度
放射区:裂纹扩展区;裂纹扩展方向:放射条纹
破断区(剪切唇):最后破断
(400×以上)
纤维区:裂纹源形成区
大量韧窝(微坑)、撕裂棱(塑性变形的痕迹)
裂纹源形核:夹杂物、二相粒子、硬质点
放射区:裂纹扩展
剪切的韧窝
→性能
韧性好
宏观看:纤维区较大;
纤维区灰度大;
放射区较小;
微观看:韧窝大且深
塑性变形充分
韧性差
纤维区较小;甚至没有
纤维区灰度小;甚至小亮点
放射区较大;
韧窝小且浅,甚至没有
塑性变形不充分
微观放大照片
2、冲击试样断口
主要体现放射区,
即裂纹扩展区
人字型花样
韧性或脆性
冲击试样断口
准解理花样
3、疲劳断口
疲劳断口,从宏观上看,疲劳断口分成三个区城,即疲劳核心区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。
疲劳核心区:是疲劳裂纹最初形成的地方,一般起源于零件表面应力集中或表面缺陷的位置,如表面槽、孔,过渡小圆角、刀痕和材料内部缺陷,如夹杂、白点、气孔等。
疲劳裂纹扩展区:是疲劳断口的最重要特征区域。它一般分为两个阶段。第一阶段,裂纹只有几个晶粒尺寸,且与主应力成45。,第二阶段垂直于主应力,它是疲劳裂纹扩糜的主要阶段。
扩展区断口的主要特征:是存在疲劳纹,即一系列基本上相互平行的、
略带弯曲的、呈波浪形的条纹。
一般每一条纹为一次载荷循环所产生,但一个载荷循环不一定都能产生一条纹;
疲劳纹间距的宽度随应力强度因子幅的大小而变。通常断口上由许多大小、高低不同的小断面所组成,每块小断面上疲劳纹是连续的、平行的,但相邻断面的疲劳纹是不连续的、不平行的,如图所示。