失效分析裂纹分析技术.ppt

失效分析裂纹分析技术
1 裂纹的无损检测
常用的无损检测方法有：X射线、磁力、超声波、荧光、着色、声发射、敲击测音法和工业CT等物理检测方法
磁力、荧光和着色等方法主要用来检查表面裂纹
X射线、超声波、声发射和界开裂，形成龟裂纹。龟裂纹按其形成条件，可分为铸造表面龟裂纹、锻造表面龟裂纹、热处理表面龟裂纹、焊接龟裂纹、磨削龟裂纹和使用龟裂纹。
② 线裂纹是指近似直线状的裂纹。最典型的线裂纹是由于非金属夹杂在后续工序中扩展而形成的裂纹。它们一般沿材料的纵向发展并较长，在裂纹的两侧和金属基体上一般有氧化物夹杂或其它非金属夹杂物。
③ 其它形状裂纹 常见的其它形状裂纹有环形裂纹、周向裂纹、辐射状裂纹和弧形裂纹等。
裂纹的微观分析
裂纹微观分析一般是通过光学显微镜和电子显微镜对裂纹表面形态和金相磨片进行观察和分析
其主要内容包括：
裂纹的微观形态特征，如扩展路径是穿晶还是沿晶，主裂纹附近有无微裂纹；裂纹处及其附近的晶粒度有无显著粗化、细化或大小极不均匀现象；晶粒是否变形；裂纹与晶粒变形方向是否一致；裂纹两侧是否存在氧化和脱碳现象；裂纹附近是否存在碳化物或非金属夹杂物，其形态、大小、数量及分布如何；裂纹源是否产生于碳化物或非金属夹杂物周围，扩展方向如何；裂纹处是否存在异常组织，如粗大过热组织、魏氏组织和带状组织等；源区是否存在加工缺陷、材质缺陷和腐蚀损伤等；表面是否存在白色加工硬化层或回火层。
裂纹微观分析技术
在微观上，裂纹源区一般均是材料的薄弱环节，如零件的表面或次表面及应力集中处和材料缺陷处(有时可见到明显的缺陷)。对于一条主裂纹，由粗到细的形态就是裂纹的扩展过程。当存在放射状微裂纹时，其收敛点位置即为裂纹源。
裂纹的扩展途径有沿晶、穿晶和沿晶与穿晶混合
一般制造过程中产生的铸造热裂纹、过烧引起的锻造裂纹、回火脆性裂纹、磨削裂纹、焊接裂纹、使用中出现的冷热疲劳裂纹、蠕变裂纹、热脆裂纹、环境因素引起的应力腐蚀裂纹和氢脆裂纹等均是沿晶界扩展的；
而疲劳裂纹、解理裂纹、延性断裂裂纹等使用中形成的裂纹和因冷却速度过大、零件几何尺寸突变等引起的淬火裂纹和焊接裂纹等制造裂纹都是穿晶裂纹。
裂纹微观分析的知识点
若裂纹两侧具有明显的氧化和脱碳现象，则裂纹的形成肯定与制造热工艺过程有
关。而淬火工件的裂纹断口颜色发黑，氧化物层厚，说明淬火加热前即已存在裂纹。淬火前就已存在的裂纹，裂纹两侧常有脱碳现象。
在裂纹的微观分析中，还应该注意观察裂纹两侧的耦合情况，一般裂纹两侧的耦合性很好，但发裂、拉痕、磨削裂纹、折叠裂纹及经过变形后的裂纹，两侧的耦合性均较差。
一般情况下，疲劳裂纹的末端是尖锐的；
拉痕、发裂纹的末端圆秃；
磨削裂纹一般细又浅，呈龟裂状或规则直线排列。
由于过热、过烧引起的锻造或热处理裂纹，往往晶粒粗大，并常在晶界处伴有析出物。
裂纹综合诊断
通过对裂纹的宏、微观分析．可确定裂纹的部位、形态和裂纹源的位置，初步判断裂纹的形成时期和扩展途径，结合应力分析、制造工艺和使用条件及材料性能综合分析，可初步诊断出裂纹的性质及产生的原因。
裂纹综合诊断
裂纹的起始位置
裂纹的走向
(1)裂纹的起始位置
裂纹的产生是应力作用的结果，其起始的位置取决于应力集中和材料强度两方面综合作用的结果。根据裂纹存在的部位和受力状态，可以初步判断裂纹产生的条件。
① 材质原因引起的裂纹
②零件形状因素原因引起的裂
③ 受力状况不同引起的裂纹
① 材质原因引起的裂纹
金属的表面缺陷，如夹砂、斑疤、划痕、折迭、氧化、脱碳和粗晶环等
金属的内部缺陷，如缩孔、气泡、疏橙、偏析、夹杂物、白点、过热、过烧和发纹等
不仅本身直接破坏金属的连续性，降低材料的强度和韧性，而且往往在这些缺陷周围造成很大的应力集中，使得材料在很低的平均应力下产生裂纹。
②零件形状因素原因引起的裂纹
零件由于某种原因，或者设计上的考虑不周，其几何形状上存在内外圆角、凸边或缺口等。在零件的制造和使用中会在这些地方产生应力集中，从而产生裂纹。
淬火处理时，冷却速度的差异，产生巨大的组织应力，产生裂纹。
在焊接件的应力集中处也可能产生焊接裂纹。
③ 受力状况不同引起的裂纹
零件在形状设计合理和材料质量合格的情况下，裂纹将在应力最大处起始
如单向弯曲疲劳情况下，裂纹一般起源于受拉一侧的最大应力处
双向弯曲疲劳情况下，裂纹一般起源于受力两边的最大应力处
(2) 裂纹的走向
从宏观上看，裂纹的走向是由应力原则和强度原则决定的。
在一般情况下，当材质比较均匀时，应力原