失效分析的程序和步驟

10失效分析概要失效分析培訓班用202311月前言2023年12月舉辦一個三天半的失效分析培訓班的金屬斷裂失效分析一書。我們知道，進展失效分析，是1，找出事故緣由,分清責任所屬，依法進展索賠,挽回經(jīng)濟損失。2，找出閱歷教訓，避開同類事故,改進制造水平，定立的工藝。3，供給有關(guān)資料,促進法治建設(shè),削減資金鋪張，加快建設(shè)速度。這四方面所必需的，這次失效分析培訓班主要介紹如何進展失效分析，大致內(nèi)容有失效分析的幾種分析思路：按: 依據(jù)失效分類的分析思路依據(jù)設(shè)備或部件工作狀況的分析思路依據(jù)制造工藝和部件類別的分析思路失效分析的分析程序1，現(xiàn)場調(diào)查2),觀看，檢測和檢驗，分析及驗證，作分析結(jié)論，，提出報告，建議，及回訪失效分析程序的實施設(shè)計分析程序和實施步驟失效部件的直觀檢驗過程斷裂源確實定斷裂機制確實定，取樣及編號檢測和檢驗信息的縱綜合，歸納,分析，得出初步結(jié)論結(jié)論的驗證，寫出報告，提出建議，4，常用的失效分析技術(shù)金屬的顯微斷口分析金屬及部件的疲乏失效分析腐蝕疲乏失效分析及應(yīng)力腐蝕失效分析氫脆失效分析高溫失效分析焊接失效分析常見部件的失效分析案例輪類用齒輪，葉輪，螺桿,輪箍各選一例軸類用曲軸，搖桿軸，前軸，連桿各選一例管道類用管道，導管方面選二例根底件類用軸承，彈簧，模具方面選三例通過培訓班學習,使參與者獲得肯定的失效分析素養(yǎng),能具備肯定的失效分析力量，有肯定程度的失效分析技術(shù)，接觸肯定數(shù)量的失效分析案例，便于開展失效分析工作?！У亩x,統(tǒng)稱“失效:1，產(chǎn)生損害,不能連續(xù)使用。2,具備產(chǎn)生損害的危急，不能連續(xù)使用。3即稱為產(chǎn)生失效〔1例〕安全牢靠地連續(xù)服役，需要馬上更換零件或修理。二,失效分析的目的和重要性找出事故緣由，分清責任所屬，依法進展索賠，挽回經(jīng)濟損失。特別是有關(guān)進口商品.〔舉例)找出閱歷教訓，避開同類事故，改進制造水平，定立的工藝〔舉吉林市石油液化氣貯罐爆裂之例〕,〔舉零部件失效為例)產(chǎn)生型學科，提升科技水平，增加國家實力，節(jié)約資源本錢,〔舉疲乏及氫脆為例〕次發(fā)生。由于災難性的失效不僅經(jīng)濟損失很大，而且還造成嚴峻的人身傷亡。(斷裂,腐蝕和磨損)造成的濟濟損失占國民經(jīng)濟總收入一個很大的比重.以美國為例：1982年斷裂造成的損失達1190億美元，可以避開的占53％〔631億)，通過失效分析爭論后可避開的占47％〔559億〕.這還沒有包括間接的濟濟損失和人身傷亡的統(tǒng)計。失效分析的重要性，概括地說表現(xiàn)在以下十個方面:1。避開事故重演，挽回巨額的濟濟損失；2.可以引出大量的閱歷和教訓，為改進設(shè)計制造工藝和使用法規(guī)供給科學依據(jù)；3。對進口設(shè)備的失效分析，可為向外商索賠供給牢靠證據(jù)或技術(shù)仲裁;4.促進“吃透”先進技術(shù)和提高技術(shù)引進的質(zhì)量和效率;5。失效分析結(jié)果是修訂或制訂現(xiàn)行技術(shù)標準、規(guī)程、標準和法規(guī)的重要依據(jù)；修理工以失效分析為根底能收到良好的效果；〔〕的必要資料;8。失效分析的統(tǒng)計資料是制訂科技開發(fā)規(guī)劃和濟濟進展規(guī)劃的重要依據(jù)之一：9.可為各級技術(shù)指揮員正確處理現(xiàn)場技術(shù)問題供給決斷性的科學依據(jù)。10。失效分析結(jié)果可分為公安偵破供給重要線索。在生產(chǎn)廠中進展質(zhì)量分析〔或廢品分析)可收到以下五點好處：1?？s短研制品的周期;使老產(chǎn)品的質(zhì)量得到快速地改進；有利分清責任、加強責任制，保護用戶的濟濟利益；4。有利于開展材料代用和材料的合理使用；5。為制訂合理的工藝要求、金相標準等供給依據(jù)。國際上失效分析開展的狀況：,有一百多年失效分析的歷史記載，有完整的失效分析體系及制度和設(shè)備，其產(chǎn)品性能得益也最大。其后是美國,日本,等等.介紹各國大致狀況。我國失效分析開展的狀況由于我國工業(yè)進展歷史短，失效分析剛起步，目前進入機器設(shè)備失效的頂峰期，失效分析任重道遠三失效分析的內(nèi)容失效分析的內(nèi)容很多，只針對失效的直接緣由進展分析的，即所謂狹義的失效分析,假設(shè)把治理的因素也包括在內(nèi),即為廣義的失效分析。狹義的失效分析按失效現(xiàn)象消滅的前或后進展的分析。又劃分為三種:事前分析、事中分析和事后分析。我們常說的失效分析多指事后的失效分析。失效學是一學科，是以很多學科和技術(shù)作為它的根底建立起來的一門的多邊緣學科，展。又如機械設(shè)計的學問,能促進分析的效率和水平，而失效分析結(jié)果是屬設(shè)計問題的,屢次反響能提高設(shè)計師的牢靠性設(shè)計水平。其它的也是如此.四、失效分析的思想方法所謂失效分析的思路，就是對具體失效問題要有一個比較深刻周到的思考方法。要求它所確定的程序和步驟,既嚴密又不繁鎖，既高效率又無遺漏．保證分析動身點正確，不導致錯誤結(jié)論。因此,在思想方法上要求遵守并能正確運用正確的思想方法，1。五個根本原則(1〕“觀念。由于一套設(shè)備在運轉(zhuǎn)中某個部件失效引起“停車的部件有關(guān),它和四周環(huán)境的條件或狀態(tài)有關(guān),它和操作人員的使用狀況有關(guān)。因此，一旦失然后依據(jù)調(diào)查資料檢驗結(jié)果，實行“消去法于某一環(huán)境，往往對問題得不到解決.例如，某工廠生產(chǎn)的繼電器，春天存放進倉庫到秋天就覺察大批繼電器的彈簧片發(fā)生沿晶界斷裂，經(jīng)失效分析定是氨引起的應(yīng)力腐蝕開裂,但倉庫里從來沒有存放過能釋放氨氣的化學物質(zhì)，因此,分析結(jié)論中的腐蝕介質(zhì)還得不到證明。問題出在什么地方呢？就出在把系統(tǒng)局限于倉庫這個小環(huán)境.后來查明，在倉庫大門南面附近的田野里有一個大雞糞堆,是雞糞放出的氨氣經(jīng)春、夏的南風送進倉庫，供給了應(yīng)力腐蝕必要的介質(zhì),引起了損壞。假設(shè)不和更廣的環(huán)境聯(lián)起來，就得不出牢靠的結(jié)論來。〔2〕從現(xiàn)象到本質(zhì)的原則現(xiàn)象只是分析問題入門的響導，要找到產(chǎn)生現(xiàn)象的緣由，即失效的本質(zhì)問題，才能解決失效問題。例如一個斷裂件,承受交變載荷,在斷口上有清楚的:應(yīng)如何改善?40個。因此在失效分析中不滿足于找到斷裂或失效機制，更重要的找到緣由的證明材料。才有助于解決問題?！?。)動態(tài)原則這里是指設(shè)備或部件對四周的環(huán)境或條件或位置，總在那里作相對運動，部件在服役中是如此，就是存放在倉庫里也如此。例如，一個部件的受力條件，環(huán)境的溫度,濕度和介質(zhì)這些外部條件的變化，以及部件本身的某些元素或氫有無隨時間偏聚的內(nèi)在變化,基至操作人員的變動，都應(yīng)包括在這一原則中。上述繼電器例子就是由于環(huán)境介質(zhì)的變化。一分為二原則這個生疏論的原則用于失效分析，常指對進口設(shè)備不要盲目以為或漏檢。找出緣由取得索賠,并把這些結(jié)果反響給有關(guān)設(shè)計部門，又可提高我們的設(shè)計水平和制造水平?？v橫交匯原則 既然客觀事物總是在不同的時、空范圍內(nèi)變化,那么同一設(shè)備在不同的服役階段、不同環(huán)境，就具不同性質(zhì)或待點。全部機電設(shè)備的失效都聽從“浴盆曲線“即在服役初期和后期最易消滅失效，但在中期失效率相對地低得多。這是從設(shè)備本身來看的待點.另外,同一溫度介質(zhì)或外界強迫振動,在服役不同階段的介入所起的作用也是不同的.2.五種具體方法〔1〕系統(tǒng)方法系統(tǒng)方法又稱相關(guān)性方法,總體上加以考慮的方法,看失效緣由是否與設(shè)計、材質(zhì)、制造、使用、維護等有關(guān),并據(jù)此深入測試分析〔包括模擬或失效重現(xiàn)試驗〕,查找具體失效緣由，本方法的前提和動身點整體性原則，根本特點是：從一般到個別，從普遍到待殊,從單項分析到綜合聯(lián)系和全都上找原因，這就是要求盡可能地搜集與全局性有關(guān)的資料和測試信息，從而確定分析系統(tǒng)的范圍，.(2)抓主要沖突方法就是抓失效中起主要作用的因素，如斷裂失效中的斷裂源和斷裂機理及其導致因素?！?〕比較方法選擇一個沒有失效的而且整個系統(tǒng)能與失效統(tǒng)一一比照的系統(tǒng)，然后與失效系進展比較,從中找出差異，這樣來找引起失效的緣由。〔4)同樣設(shè)備同樣服役條件在過去表現(xiàn)的狀況和變化規(guī)律，來推斷現(xiàn)在失效的可能緣由.這主要依靠過去失效資料的積存，運用歸納法和演繹法?！?)規(guī)律方法就是依據(jù)背景資料〔設(shè)計、材料和制造的狀況〕和失效現(xiàn)場調(diào)查材料以及分析、測試獲得的信息，進展分析、比較、綜合、歸納、和概括，作出推斷和推論，得出可能的失效緣由。以上這些原則和方法把握程度和運用水平，打算著失效分析的速度和結(jié)論正確的程度,把握這些原則和方法,可以防止失效分析人員在生疏上主觀片面性，技術(shù)運用上的局限性。在推斷上實事求是，不搞無事實依據(jù)的推論，保證分析結(jié)論正確無誤。五,常用的幾種失效分析思路1。依據(jù)失效分類的分析思路依據(jù)失效型的分類，把它們當作數(shù)學集合中不同集合,不同子集中元素.然后個消去不包.2。依據(jù)設(shè)備或部件工作狀況的分析思路首先考慮是系統(tǒng)失效還是部件失效是受沖擊或交變應(yīng)力的動載；是拉伸，扭轉(zhuǎn)，剪切,還是彎曲；是大氣介質(zhì)還是腐蝕介質(zhì)；是常溫環(huán)境還是高溫或低溫環(huán)境。例如是靜載＋腐蝕介質(zhì)＋沿晶斷裂(不銹鋼除外〕多半是應(yīng)力腐蝕開裂；假設(shè)受交變應(yīng)力的動載,多數(shù)為疲乏致斷，有腐蝕介質(zhì)多為腐蝕疲乏；處于多因素的影響。3。依據(jù)制造工藝和部件類別的分析思路,首先考慮這些制造工藝致斷的作用，依據(jù)失效統(tǒng)計有一半以上是由于制造工藝不當引起的。如失效件是從焊縫熱影響區(qū)裂開或斷開，而且工作應(yīng)力又沒有超過計應(yīng)力，又無腐蝕條件，那么就從焊接工藝條件找緣由。其它工藝都有各自的工藝缺陷，如鑄造的氣孔、疏松、夾渣等，鍛造的折疊、內(nèi)裂等，熱處理的裂紋、剩余應(yīng)力等.不同部件由于受力狀況不同，都有各自的失效模式.譬如，齒輪失效主要表現(xiàn)為斷齒和齒面剝落、磨損或膠合。軸類的失效，主要表現(xiàn)為疲乏斷；假設(shè)斷口沒有貝殼把戲的脆斷，除原有裂紋外，可能是回火脆或遲后斷裂〔氫脆〕.鍋爐的失效,主要表現(xiàn)為爆炸和爆管事故,其緣由又多屬于操作問題,其次是設(shè)計、制造問題，再次是腐蝕問題.依據(jù)這些斷裂或損傷形式，再進一步依據(jù)試驗室的分析找出緣由。4系統(tǒng)工程的分析思路一種不自覺地習慣工作法。但是，對于像化工廠、原子能發(fā)電站這樣浩大、簡單系統(tǒng)的失效分析,假設(shè)不承受失效系統(tǒng)工程的分析思路和方法,是根本無法進展的。在未具體介紹這方面的方法之前,先解釋一下什么是系統(tǒng)工程.。系統(tǒng)工程是一門綜合性的治理工程技術(shù),綜合地運用多種現(xiàn)代科學技術(shù)，如數(shù)學、掌握論、信息論、計算機技術(shù)，.用于工業(yè)體系的叫“工程系統(tǒng)工程用于企業(yè)體系的叫“經(jīng)濟系統(tǒng)工程”,用于科學爭論體系的叫“科學爭論系統(tǒng)工程”,以此類推,“效系統(tǒng)工程“等。失效的系統(tǒng)越簡單就越有必要承受失效系統(tǒng)工程的方法，其可能產(chǎn)生的社會、經(jīng)濟效益也就越大。常用的有〔1〕故障樹分析法,(2〕特征-因素圖分析法,〔3〕大事時序樹分析法等等六失效分析的程序和步驟利并獲得正確的分析結(jié)果。這里主要介紹失效分析過程的具體做法和實施步驟。A分析程序的意義，內(nèi)容和步驟.設(shè)計分析程序的重要意義這些簡潔的分析程序和步驟早已成為他的工作習慣?！踩绮辉诜治銮霸O(shè)計一個分析程序和實施步驟就去進展分析,往往會消滅指揮忙亂，工作不能協(xié)調(diào)窩工，分析工作進展緩慢，漏取數(shù)據(jù)，走彎路,甚至把步驟弄顛倒，把應(yīng)取得的信息被,損壞部件斷口上的污染物,還沒有經(jīng)過電子探針或能譜或X一射線衍射分析,定出成分或構(gòu)造，就被清洗樣品給去掉了，像這樣就無法挽回.又如，對失效背現(xiàn)場應(yīng)了解哪些信息，否則就會由于遺漏調(diào)查工程屢次到現(xiàn)場了解狀況.這多半是沒有設(shè)計分析程序和實施步驟的結(jié)果。對于重大的失效事故分析，設(shè)計一個分析程序和實施步驟,不僅是為了避開忙亂少走彎路、消退漏取數(shù)據(jù)和窩工,更主要的它是失效分析周密、結(jié)論正確的保證，是重大失效分析不行少的“工序”.失效分析程序的內(nèi)容和步驟有些繁瑣，而對另一裝置來說,某些工程又嫌過于簡潔。全部這些狀況，我們就按“先一般后個別”的原則來處理,在必要的地方加以補充.讀者依據(jù)具體分析的對象，可以對下述的程序和步驟作必要的簡化或增加.步驟的挨次也可以個別前后顛倒。既要遵守程序、步驟的標準化，又要依據(jù)分析對象的需要作某些增減。不過，一般需要遵守下述分析程序。失效分析的程序和步驟提綱(一。調(diào)查1?，F(xiàn)場調(diào)查：〔1〕發(fā)生的時間和地點，失效經(jīng)過(時間挨次〕〔2)殘骸碎片與主體相對位置的分布，繪草圖或照相。(3〕部件的畸變和損傷狀況，繪草圖或照相.目擊者證詞，詢問工廠有關(guān)人員或其他能供給有用信息的人員.〔5〕為試驗室工作考慮選取試樣的部位和方法。2.收集失效部件的背景資料：〔1〕監(jiān)視設(shè)備的記錄和運轉(zhuǎn)日記.(2〕主系統(tǒng)和要害部件的服役歷史：①設(shè)備記錄，運轉(zhuǎn)條件；②維護和調(diào)整狀況，有無修理狀況。經(jīng)銷單位出售記錄或報告，用戶反映。3。工程設(shè)計的背景資料:(1)系統(tǒng)的說明書;〔2)系統(tǒng)或部件的功能;(3〕裝配程序說明書；(4)維護程序;設(shè)計說明書；(6)設(shè)計圖〔蘭圖)；(7〕制造程序和質(zhì)量掌握程序與水平;(8〕工程設(shè)計的分析和報告.(9)質(zhì)量檢驗報告;〔10)有關(guān)標準和標準。4。操作者的因素—人與機器的互作用,等等。5。人的效能—身體疲乏,心情等等?！捕?〕觀看1。失效系統(tǒng)或部件的直觀檢驗；2.折卸并供給記錄文件;3。針對設(shè)計圖紙校對尺寸；4.用放大鏡檢查；5。全部試樣(金相和力學的〕選定、切取、標號、保存和清洗;6。斷口的宏觀和微觀觀看〔多用掃描電鏡；7.斷口四周及非損壞區(qū)的金相組織比照觀看.〔三.〕探測1。無損探傷檢驗；化學成分分析：常規(guī)：濕法，光譜分析；〔2)局部或微區(qū)：輝光光譜，能譜，電子探針(3)外表或界面：俄歇能譜.3。x-射線衍射分析。〔四〕.測試包括硬度測量；斷裂韌性測試；3。應(yīng)力—強度-壽命分析；4。可檢測性分析—質(zhì)量掌握?！参?。)模擬試驗1。失效的概率分析；2。失效機理確實定;模擬服役條件下的試驗?！擦?。)做分析結(jié)論對所取得的信息、數(shù)據(jù)做分析、評價：〔1)考慮信息、數(shù)據(jù)的牢靠性;〔2)提出的失效緣由應(yīng)與事實全都，應(yīng)與工程的物理原理全都;(3)假定的描述要證明是正確的；工程模型的描述要證明是正確的;解釋推斷的依據(jù)是什么？結(jié)論的依據(jù)要充分牢靠。寫出有建議的報告現(xiàn)實性-考慮費用和可行性；(2)解釋并證明建議正確.〔七。反響與回訪1。把分析結(jié)果反響給設(shè)計、制造、使用等有關(guān)單位和治理部門回訪失事單位，假設(shè)建議未實施應(yīng)促進建議的貫徹執(zhí)行。這里應(yīng)當指出，凡有斷口分析的工作,只有當斷口觀看已有結(jié)論時才能做斷口四周的組織金相觀看。與此無關(guān)的不損壞斷口的試驗都可以提前或同時進展。B分析程序和步驟的實施,避開銷毀證據(jù)，不得觸摸失效部件的斷裂外表。在沒有提出正式文件〔報告書、記述清單，照片等)之前，不得變動原始現(xiàn)場狀況和各種物件的位置。盡快組成調(diào)查組，以最短時間趕赴現(xiàn)場,“百聞不如一見”目睹第一手資料。帶好失效現(xiàn)場分析所需的簡潔工具,如照相機、放大鏡、繪畫(裝樣品用)和電鏡復型用的醋酸纖維素紙〔俗稱AC紙)。國外已有手提式的失效問題能就地解決。七,局部程序和步驟的介紹.1。失效部件的直觀檢驗,對顏色、途徑和裂紋前緣的輪廓，對指示裂紋擴展方向的人字形把戲,結(jié)晶狀斷口或纖維斷口，二次原有設(shè)計和加工質(zhì)量等也能做出總的評價.對上述全部重要特點(包括尺寸大小)都應(yīng)一一記錄下來，用文字用圖畫或照相都可以，以能準確具體記述實際失效狀況為準。為了表示顏色還必需用彩色照相.直觀檢驗是以后進展各項失效分析的根底，是整個失效分析成功與否的分水嶺。因此，格外重要，必需認真檢驗.直觀檢驗的操作挨次①肉眼先觀看整套裝置或整個部件對失效部件應(yīng)有一整體概念。②依據(jù)宏觀觀點確定失效件的失效屬性,韌性,脆性，疲乏，磨損或腐蝕。下面我們看幾張照片：從這四張照片,我們很快即可看出它們的各自斷裂狀況不一樣,工況，斷裂緣由和斷裂方式。③通過追測斷口斷裂紋理(如放射形會聚點，半月形半徑中心區(qū)，人字形把戲小尖頭〕來確定斷裂源。從這張照片，其斷裂源.裂紋擴展方式，最終的斷裂都可找到。④依據(jù)斷裂特征確定加載方式〔拉、壓、彎、扭等)，應(yīng)力級別的相對大、小，以及應(yīng)力指向。⑤斷裂方式(穿晶、沿晶或混合),從而評價材料在這種環(huán)境和應(yīng)力條件下的性能。力集中處的外貌，材料缺陷,制造、加工缺陷，或裝配缺陷，全部這些缺陷都能供給查明失效緣由的證據(jù)，都應(yīng)當在直觀檢驗時認真檢查。如下面照片所展現(xiàn)的，這五張照片都可以看出其斷裂特征及區(qū)分。斷裂源的幾種識別法①碎塊拼湊法將碎塊依次序拼合起來(口〕,密合程序好的是后斷的,而密合程序差的卻是先斷開的。②“T”字形法如兩條裂紋相交成近90°，水平的先開開明,垂直的后開裂。由于后者被前者停頓。③多枝形法對分叉裂紋不分叉的比分叉的在先。別把它當成斷口上的河流把戲來推斷，兩者指向相反。④人字形法鋼板兩邊不開槽，人字小頭指向斷裂源，兩邊開槽的鋼板,人字大頭指向斷裂源。這五張照片，是比較典型的幾種指向斷裂源的人字把戲⑤最小應(yīng)變法斷裂開后，截面積越來越小，過載越來越大，宏觀變形就先小后大。因此，靠近斷裂源的幾乎不變形。⑥放射標記法斷口上如有放射標記有切口的園鋼多在外沿缺口，板材多在外表或皮下，方形或矩形型鋼多在四角。⑦貝殼把戲法多在弧形半徑中心〔表層或皮下).⑧切變邊法不是完全脆性斷裂,就有斷裂切變邊，表現(xiàn)為外外表有掛手的毛邊，它的對面即為斷裂源。假設(shè)板狀斷口，有時有鋸齒，鋸齒的斜面就指向斷裂源.〔3〕其它宏觀檢驗的內(nèi)容①低倍酸蝕檢驗可得七種信息：a。內(nèi)部質(zhì)量〔偏析、疏松、夾雜、氣孔等)；b。外表缺陷〔夾砂、斑疤、折疊等；c.內(nèi)裂紋(白點、氫腐蝕、過燒等);d。鋼材軟硬部位的區(qū)分；e.硬部位貫穿的深度;f。流線的走向和斷續(xù)狀況;g。焊接質(zhì)量和研磨燒傷,等等。②特別鈍痕技術(shù)〔硫鈍、磷鈍、鉛鈍和氧化物鈍等)顯示元素在試樣中的分布。③失效件的應(yīng)力集中審查,與缺口、劃痕、鋼鈍痕等是否有關(guān)。④磨損，腐蝕和振蝕的審查。2，取樣及標號分析過程中所需要的全部試樣，在現(xiàn)場調(diào)查時就應(yīng)當有所打算,一旦分析程序確定后，應(yīng)把取樣的部位和數(shù)量確定下來。對大部件取樣多用火焰切割,為此要考慮四個問題.①火焰經(jīng)過的地方和熱影響區(qū),假設(shè)需要表層和內(nèi)部的質(zhì)量〔缺陷區(qū)要離開斷口肯定距離,以便保持斷口組織不轉(zhuǎn)變不氧化；③切割前要做宏觀照相記錄，以便保存原來的圖像和切取部位;④避開熔滴飛濺到斷口上，用東西掩蓋遮擋.取樣肯定要有代表性，并記錄用樣部位。斷口的力學性能和金相的試樣,必需在斷裂源四周取樣,而比照試樣肯定要在遠離斷口不受什么影響的部位取。如分析鍋爐管中部開裂的背火一面取樣〔當作原始組織對待。這樣的比照就能通過金相組織檢驗來確定是材料局部碳化物成片狀碳化物球化，或兩者都有問題。斷口要做適當?shù)剡x擇、標號、清洗和保存。選擇是為抓住重點觀看不鋪張時間;標號是避開弄混斷口部位。一般事故斷口，常常有污染或氧化.只有在這種條件下才清洗斷口。3，二次裂紋的利用當主斷口受損傷或被腐蝕以至把引起斷裂緣由的大局部信息都給弄模糊時這里閉合緊，氧化、腐蝕程度輕，并能保存腐蝕產(chǎn)物。量裂紋的寬度和長度。在一般狀況下，應(yīng)力腐蝕開裂的裂紋長度比開口寬度大幾個數(shù)量級，這是重要數(shù)據(jù)之一。4,電子斷口相檢驗由于光學顯微鏡區(qū)分率和景深小的限制,已不適合作一般斷口的高倍觀看?，F(xiàn)都承受掃描電鏡.電子斷口分析除了能做定性方面的工作外，如斷裂方式,斷裂機理，還能作斷裂方面的定量工作,如韌性程度的判別，裂紋擴展的速度,以及斷裂歷的定量描述。因此，透射與掃描電鏡已是爭論斷裂機理的主要工具。與基體構(gòu)成界面的狀況也能有所了解。鋼或合金中的析出相〔如碳化物)的分布，也能清楚地顯示出來.如下面照片所展現(xiàn)的,4340Ni-Cr-Mo鋼管,從飛機起落架活塞組件的套座中斷裂，在鋼管的下部邊緣，是起始裂紋a的外表，被黑色的高溫氧化物掩蓋,這種氧化物明顯是焊接后在熱處理過程中形成的，b為疲乏裂紋増長區(qū),斷口的其余局部為c，是最終快速斷裂區(qū)，前者是氧化區(qū)，晶連續(xù)裂，是高溫發(fā)生開裂而來的，高溫下晶間為弱區(qū)b區(qū)和a區(qū)過渡區(qū)之間拍的，留意未看到疲乏條帶,或者其被碎片蓋住.c區(qū)拍的，穿晶斷裂，一局部是由于顯微空穴聚攏,另一局部是由于準解理所致又如塑性材料的顯微斷裂特征—塑坑度以及材質(zhì)的均勻性.假設(shè)是沒有方向性的等軸塑坑,假設(shè)是魚鱗狀的拉長塑坑,不是撕開就切變斷裂，前者是兩個相配斷口面的塑坑方向一樣，后者是塑坑方向相反。塑坑坑底的方向是開裂的方向,也是斷口面哪一邊施力的方向。X—射線衍射分析，機械性能測試和斷裂韌性測量及分析,這些步驟所需的學問和技術(shù)同志們大局部都已具備，而且都有特地書籍介紹，故本文從略。5.十三種失效機理識別提要在前面介紹的失效機理分類中,已經(jīng)列出機械產(chǎn)品的幾乎全部失效類型?，F(xiàn)擇其中常見十三種的簡介如下：〔1)過量變形：凡尺寸超限〔脹大或收縮)或外形畸變〔彎曲或翹曲)。高溫蠕變伸長引起的斷裂也屬過量變形,斷口為沿晶斷裂。低碳,高氧鐵的室溫拉伸試驗斷口，留意等軸韌窩含有FeO的球形質(zhì)點,球狀明顯(2)延性斷裂斷口四周的外外表有明顯的塑形變形，有切變邊。宏觀斷口無金屬光澤吳無結(jié)晶顆粒的灰色,纖維狀斷口。它的一般電子斷口相為微孔聚攏型的塑坑。如有顆粒狀夾雜就在坑的底部。常溫為穿晶，長久高溫拉斷為沿晶，晶界面上有塑坑0。14％S0。04%O的鐵合金斷口，夾雜物和基體分開，所以沒有受應(yīng)力及嚴峻變形的影響加錳時，高氧高硫鑄鐵中的夾雜物，Mn(Fe)O，Mn(Fe〕S〔3〕脆性斷裂主要指在空氣中常溫下拉伸或沖擊無宏觀粗放型的斷裂斷口較平坦有猛烈的金屬光澤，有的為結(jié)晶顆粒組成的亮灰色斷口。部件無明顯變形,斷口大局部無切變邊.電子斷口相為穿晶解理的河流把戲;,體心立方金屬及其合金，密堆六方金屬在室溫多為解理脆斷。假設(shè)晶界有析出物多表現(xiàn)為沿晶斷。4130Cr-Mo843°C奧氏體化油淬，250°C224°C一大氣壓氫氣中試驗，完全晶界斷裂，晶粒間有深的二次裂紋,顯微空穴聚攏形成大量韌窩4130Cr-Mo843°C奧氏體化油淬，250°C224°C一大氣壓氫氣中試驗，完全晶界斷裂，晶粒間有深的二次裂紋，顯微空穴聚攏形成大量韌窩〔4〕疲乏斷裂大多數(shù)的運動部件，材料又為韌性好的，一旦消滅斷裂，斷口上往往可以看到貝殼弧形線把戲.而高倍卻不肯定消滅疲乏紋，也不要把一次拉伸的片狀珠光體斷紋，但仍舊是交變應(yīng)力致斷的疲乏斷裂.這些狀況是：①疲乏紋間距≤200A,觀看工具的區(qū)分本領(lǐng)不夠(如一般的掃描電鏡),可改用透射電鏡觀看。②裂紋尖端處的延性不夠，不易產(chǎn)生內(nèi)縮頸，不形成條紋。③導致疲乏斷裂的應(yīng)力類型不是張開型〔I型〕,不產(chǎn)生疲乏紋。④隨后的斷裂操作或腐蝕把疲乏紋抹掉了。5155850°C油淬,450°C回火。2600次循環(huán)后發(fā)生斷裂的輪胎痕跡1020低碳鋼，0.20%C，0.52％Mn 0。22%Si,3100次循環(huán)后發(fā)生斷裂，造成輪胎痕跡的斷口718合金室溫疲乏條帶，疲乏斑片，分割各疲乏斑片的臺階是清楚可見的，中心斑片內(nèi)的疲乏1微米。無氧高導性銅疲乏條紋，此處裂紋生長率很高.導致了格外規(guī)章的疲乏條帶1041碳鋼感應(yīng)淬火HRc50，疲乏斷口，兩條裂紋，兩個源1041 碳鋼感應(yīng)淬火HRc50，帶鍵槽的疲乏斷口，左邊一次偶然電弧觸發(fā)，引起一個疲乏裂紋1039碳鋼外表硬化疲乏斷口,外表HRc50,心部HRc19,在貫穿入心部前外表幾乎完全裂開兩個斷裂源1045鋼制傳動齒輪HRc55，感應(yīng)淬火，彎曲疲乏斷口，裂紋源在斷口的左邊緣上圖的斷口照片，裂源完全磨損，證明裂紋起初擴展緩慢，載荷分布很好1046碳鋼曲軸，HRc25，斷裂區(qū)的疲乏斷口，兩條裂紋1050鋼疲乏斷裂左．1海灘標記偏心，說明加載不平衡2HRc35,消滅棘輪標記，證明疲乏裂紋是從鋒利的環(huán)溝四周很多地方開頭的右，齒輪一個齒的疲乏斷口,HRc55，疲乏源在鍛造缺陷〔箭頭〕處,有海灘標記有河流把戲硬度為HRc50，由1050鋼制的浮動軸的疲乏斷口，裂源在箭頭處，由剪切疲乏形成小而圓海灘標記，直到最終脆性拉斷1053使用732HRc513mmHRc50,根部拐角處的硬度靠近外表HRc56，11。5mm深處HRc50841生斷裂,1053碳鋼制造，感應(yīng)淬火，硬度與前者相像，只是在齒尖以12.2mm9。5mmHRc50，箭頭指出，疲乏源恰好在一個破齒下面，可能是被破齒碎片擠壞的2025-T6〔箭頭處,顯示出由刀痕和腐蝕坑造成的外表極端粗糙合作用被認為是裂紋產(chǎn)生的緣由。〔5)腐蝕疲乏斷裂最顯著的特點是有多個斷裂萌生源，但其中一個是呈災難性擴展.由于多數(shù)狀況下裂紋起源于點蝕坑,即始終都在應(yīng)力集中處，在小的缺陷處開頭。這是腐蝕疲乏與應(yīng)力腐蝕開裂的區(qū)分,腐蝕疲乏斷口,留意裂紋尖端變鈍，而二次裂紋尖端沒有變鈍腐蝕疲乏斷口200T(6)應(yīng)力腐蝕開裂這種斷裂僅在受到拉應(yīng)力(或低速度的動應(yīng)力〕和處于特別介質(zhì)中才發(fā)生.拉應(yīng)力疊加一小的交變應(yīng)力屬腐蝕疲乏，斷裂源從外表開頭，點蝕坑反而不利于應(yīng)力腐蝕開裂。鋁合金、低碳鋼、高強鋼、α—黃銅等通常都是沿晶開裂或緊靠晶界一側(cè)開裂.α-黃銅的某些開裂是沿基體與孿晶之間的界面斷開的.奧氏體不銹鋼是穿晶斷裂,并有宏觀分叉。電子斷口相有扇形或羽毛形把戲.與氫脆斷口的主要區(qū)分，用腐蝕產(chǎn)物判別,有為應(yīng)力腐蝕開裂?！?〕氫脆斷裂一般多在中等應(yīng)力強度因子的有氫狀況下發(fā)生斷裂，故氫脆多為沿晶斷口。這些界面在電鏡下觀看多有雞爪形的撕裂棱，或有細的凹坑.這兩種是應(yīng)力腐蝕開裂所沒有的。4130Cr-Mo鋼843°C奧氏體化油淬,250°C2小時回火24°C微空穴聚攏形成大量韌窩，典型的細撕裂棱簡潔發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋的實例金屬材料鋁合金銅合金金合金鎳鉻鐵合金鉛鎂合金蒙乃爾合金(Monel)鎳

腐蝕介質(zhì)含氧化劑的NaCl水溶液，含空氣的水蒸氣氨水溶液及胺蒸氣，含空氣的水蒸氣FeCl3水溶液NaOH水溶液醋酸鉛水溶液含氧化劑的NaCl水溶液〔高溫)，蒸餾水熔融NaOH， HF水溶液熔融NaOH，NaOH水溶液〔沸騰狀態(tài)〕碳素鋼低合金鋼奧氏體系不銹鋼鐵素體系及馬氏體系的不銹鋼鈦

NaOH+Na2SiO3水溶液，(沸騰狀態(tài)〕Ca〔NO3〕+NH4NO3+NaNO3水溶液〔沸騰狀態(tài)〕HCN水溶液混合酸(H2SO4+HNO3〕水溶液,海水MgCl2，BaCl2水解成的弱酸性氯化物水溶液海水,濃的強堿水溶液(高溫〕H2S水溶液〔酸性)NaOH+H2S水溶液紅色發(fā)煙硝酸液態(tài)金屬致脆通常是沿晶斷，可以把它看成是特別類型的應(yīng)力開裂,由于增加應(yīng)力是相對的，F(xiàn)e對Pt，CuFe都算低熔點，在高溫就產(chǎn)生“液態(tài)”鐵脆或銅脆。振蝕腐蝕斷裂它和一般的磨損不同：①它發(fā)生在兩個相對固定的接觸面上，由振幅微小〔0。01～2.0um)的振動產(chǎn)生相對地來回滑動，②母材產(chǎn)生的碎片保存在振蝕的位置上，鋁合金的碎片為墨色，鋼的產(chǎn)物為棕色粉末.這些產(chǎn)物是基體金屬粒子及其氧化物和它.(10〕液體侵蝕主要指氣蝕和沖擊侵蝕。前者的外表和皮下-吳潰瘍性腐爛，外外表口小而皮下空腔大。后者為高速液滴沖擊金屬,表現(xiàn)為凹坑，口大底小。都以物理損壞為主?！?1)局部腐蝕多數(shù)失效表現(xiàn)泄漏。失效件表現(xiàn)消滅非均勻的局部腐蝕，有的表現(xiàn)為哪種腐蝕，隨外加條件而定。〔12)磨損失效包括八種磨損(見失效分類表)面使用的性能、載荷大小、溫度凹凸、滑動速度、外表光滑度和潤滑方式等。失效的共同特點是外表磨損痕跡較重。(13〕高溫失效包括高溫疲乏,熱疲乏,氧化和蠕變。斷口上都有高溫氧化的顏色。前者是氧化區(qū),晶連續(xù)裂，是高溫發(fā)生開裂而來的，高溫下晶間為弱區(qū)至于五種制造工藝〔鑄造、鍛造、焊接、熱處理和機械加工)所產(chǎn)生的各種裂紋，都直接與該工藝的缺陷相聯(lián)系的。這里從略.6。全部信息的歸納、分析、評價和處理全部信息(調(diào)查的材料和證詞，觀看的、測試的、計算的數(shù)據(jù)和全部的照片〕給與集中、整理、分析、評價和處理，并作出初步的簡明結(jié)論.在進展集中、分析時，分析人員應(yīng)當對應(yīng)員的訓練素養(yǎng)和閱歷，而不單憑他們的專業(yè)學問.對現(xiàn)場調(diào)查中,人對失效所負的責任,已有一些取證。在作失效結(jié)論時，以下人為因素是否已被排解：推斷錯誤，技術(shù)低劣,違背命令，馬虎大意,玩忽職守，領(lǐng)導指示錯誤，規(guī)定職責范圍不合理，職工間的敵視或不團結(jié)，以及通訊設(shè)施低劣。這些都應(yīng)加以考慮。試結(jié)果.對已經(jīng)發(fā)表的同樣損壞事例分析的文獻要參考,對某些爭論、分析得出相反的“負”結(jié)論也要重視，它可以通過爭論幫助排解某些可能的損壞緣由。另一方面，如打算削減有關(guān)失效本質(zhì)爭論的試驗必需慎重處理.由于由單一信息就得出失效緣由的判據(jù)，雖然有這種可能，但概率很小.在作最終結(jié)論之前,盡量再查找一些能使原先推斷意見更堅實牢靠的補充論據(jù),以免單一論據(jù)簡潔受到盤問和疑心。為了檢查按上述分析程序進展的工作有無漏洞或考慮不周的地方,可以設(shè)想一系列的問題來進展核對，幫助留意整個調(diào)研細節(jié)和試驗中可能疏忽的地方，并指出哪些是關(guān)鍵環(huán)節(jié),目的在于使分析工作少走彎路，小出漏洞。應(yīng)避開下模棱兩可的結(jié)論7.寫出有建議的報告論,,后者重點在談?wù)?。因此失效分析報告?yīng)分成以下幾個重要大節(jié)，應(yīng)有清楚的層次和嚴密的構(gòu)造：一、概述失效發(fā)生的日期、時間和地點,失效的大致狀況〔經(jīng)濟損失和傷亡狀況〕.受誰托付,要求和目的。二.調(diào)查結(jié)果：處理歷史。三.觀看與測試結(jié)果組織與成分四。爭論對任何反常狀況的爭論，對引起損壞緣由機理的概括，或可能失效機理的爭論。五。結(jié)論與建議提出失效的起因，并提出避開將來服役中發(fā)生同樣失效應(yīng)實行的措施建議,或使用同樣部件應(yīng)實行的改進措施的建議。紹，由于他們沒有時間和興趣來鉆研這些特地技術(shù).但為了爭取他們能準時作出有依據(jù)的判斷，需要關(guān)鍵性的覺察和中肯地建議。8。回訪與促進建議的貫徹。一步豐富損壞分析人員的各類現(xiàn)場學問。這對提高損壞分析的質(zhì)量和效率是大有好處的。貫徹建議常常是一項困難的任務(wù),一些生產(chǎn)廠對不常常消滅的失效不會去樂觀改善.而一旦失效重現(xiàn)影響生產(chǎn)很大時，又急如星火。因此,對于關(guān)鍵性的失效應(yīng)當設(shè)法促進建議的貫徹執(zhí)行.為了進展良好的可加工部件，以及進一步的改進和提高質(zhì)量,應(yīng)搞爭論，設(shè)計，制造效幾率減到最小比例。四、結(jié)語失效分析的系統(tǒng)〔如機械、化工、石油、交通、能源、航空等等〕很多，它們所包括的大小部件就更名目繁多舉不勝舉.因此,在介紹分析思路和分析程序時盡可能搞能用的思路和程序，雖然不能做到對每種失效部件都完全適用,但絕大局部是適用的,只要讀者選擇前面介紹過的思路中的一種,按程序步驟逐步實施,增加某些測量數(shù)據(jù),刪去對你當前分析這樁工作是不必要測試工程。這樣根本上能滿足失效分析入門的要求.更高的要求，還靠大家來充實。八，金屬的顯微斷口分析〔一)斷口學概述斷口學是爭論金屬斷裂面(斷口)的形態(tài)特征、形成緣由和影響因素的一門科學。依據(jù)爭論尺度的不同，它又可分為宏觀斷口學和顯微斷口學兩個分支。斷口的性質(zhì)即斷裂的緣由等.如我們在前面直觀檢驗局部所進展的那樣，顯微斷口學(有人稱為斷口金相學〕則是利用光學顯微鏡、透射電子顯微鏡，尤其是掃相互補充、驗證，使人們得以對斷裂的全部過程有更深入和正確的了解。是說,任何斷口都是由一種或幾種根本顯微形態(tài)或它們的變態(tài)按肯定的規(guī)律、以不同比例組合而成的。這才使我們有可能對千變?nèi)f化狀況下的斷口形態(tài)進展分類并分別予以爭論。后來又覺察,各類顯微斷口形態(tài)的消滅根本上對應(yīng)肯定的內(nèi)部或外部條件。因此，金屬人們早就用光學顯微鏡對金屬的斷口作過大量的觀看與分析成為顯微斷口學的同義詞。后面將介紹的斷口的顯微特征及其形成機制等幾乎全是近年來“電子斷口學“的爭論結(jié)果。從學科上來說,斷口學作為斷裂物理的組成局部,已成為整個斷裂學科的根底之一。尤為重要的是它在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的作用已漸漸被人們生疏.可以說,這是一門既有理論意義、又有有用價值的興學科。以及如何利用它來進展失效分析等作一簡潔介紹專著。(二〕斷口的根本顯微形態(tài)及其形成機制〔1)斷口的分類可從不同角度或尺度〔層次)對斷裂或斷口進展分類.如依據(jù)斷裂后宏觀變形量的大小分為延性(韌性〕斷口和脆性斷口；依據(jù)裂紋擴展的途徑分為穿晶及沿晶斷口，依據(jù)斷口的顯微形態(tài)分為塑坑型及解理型斷口等.在對材料的冶金質(zhì)量進展評價時，還常依據(jù)宏觀斷口的外貌分為木紋狀，纖維狀或萘狀斷口等等.熟鐵沖擊斷口，木紋狀斷口4140Cr-Mo鋼過載斷裂，韌窩穿晶快速斷裂的典型，垂直標記為硫化物渣條4340NI—Cr-Mo鋼,網(wǎng)狀磨削裂紋4340，飛機水平尾翼傳動筒軸,真空鍍鉻，裂紋由氫脆引起,飛行前檢查，覺察有裂紋。不同的分類方法適應(yīng)了不同的需要,而在介紹金屬的顯微斷口形態(tài)時,我們將承受穿晶和沿晶斷口這種分類方法,并進一步分為塑坑型及解理型斷口等.〔2〕穿晶斷口形成沿晶斷口。穿晶斷口有以下幾種根本顯微形態(tài)：(a〕塑坑型斷口.大多數(shù)的鋼和鋁、銅等有色金屬過載斷裂時，都形成這種塑坑型斷口.金屬在外力作用下范性變形時,各處的變形程度是不同的。由于位錯塞積等緣由，首先,對應(yīng)的位置都凹陷的小坑，易在夾雜物、沉淀相等處形核，故?？稍谒鼈兊牡撞靠吹綂A雜物等.塑坑形成過程的示意圖及典型形貌見圖,而這和形核點數(shù)目(材料純潔程度)環(huán)境溫度等有關(guān)。一般來說，材料的純度、塑性及變形溫度越高,塑坑就越大、越深。塑坑的狀態(tài)則根本取決于斷裂時的應(yīng)力狀態(tài):正拉應(yīng)力造成的斷裂形成等軸塑坑；切應(yīng)力形成拉長的塑坑，且在一對斷口上,塑坑被拉長的方向相反;撕裂應(yīng)力也造成拉長的塑坑，但在對應(yīng)斷口上，方向一樣。示意圖見圖3.除三種根本形態(tài)外,在更簡單的應(yīng)力狀態(tài)下，塑向。7075—T6w鋁合金試樣過載拉伸斷口，頂部和底部都是微小韌窩區(qū),在照片的中心局部可以看到金屬間夾雜物解理小面位于大囊中,這些富鐵硅的夾雜物僅與囊壁略微相接。0。01％C 0.24％Mn 0。02％Si的鐵100°C下的沖擊斷口，韌窩，稍微拉伸，說明白塑性撕裂。在-196°C下的沖擊斷口。河流把戲低碳,高氧鐵的室溫拉伸試驗斷口，留意等軸韌窩含有FeO的球形質(zhì)點，球狀明顯.而慢速擴展(亞臨界擴展)的裂紋如應(yīng)力腐蝕、疲乏及腐蝕疲乏等是不會在斷口上形成塑坑的。這一重要特征常被用來區(qū)分由于應(yīng)力腐蝕等形成的舊斷口和人工分開時形成的斷口周大應(yīng)變疲乏或應(yīng)力強度因子很大的氫的延遲裂紋的斷口上，有時也會消滅塑坑,失效分析時，這是應(yīng)留意的?！瞓)解理斷口解理是指金屬等晶體在外力作用下沿某些特定的晶面(解理面〕劈裂的現(xiàn)象.在晶體學和礦物學等學科中常常使用這一術(shù)語。解理是通過破壞原子間的鍵合來實現(xiàn)的。因密排面之間的原子間距最大、鍵合力最弱,，少數(shù)狀況下可是〔11〕或11；六方金屬如鋅、鎘和鎂等則是〔000〕面.溫、尤其是在低溫過載時，這些金屬簡潔沿上述解理面發(fā)生解理斷裂。〔如缺口或裂紋尖端或應(yīng)變速率較高時均有利于發(fā)生解理斷裂。,很簡潔，通過滑移而變形，因此,除極少數(shù)例外，它們不會發(fā)生解理斷裂。對抱負晶體來說,解理應(yīng)始終在一個晶面上進展，并且解理面應(yīng)是完全光滑的。但實際：后受阻,會轉(zhuǎn)移到相鄰的晶面〔同一面族〕上連續(xù)擴展，這過程會在斷口上形成解理臺階。上即可確定斷裂源。這乃是解理斷口最具特色的顯微形貌。1090鋼的斷口，850°C下，0.5小時油淬,400°C回火，-196°C沖斷，在解理區(qū)散布沿晶斷裂的寬的小面.混雜的河流把戲，F(xiàn)e—39Ni合金，1260°C鍛造，1040°C熱軋,1000°C退火，空冷，彎曲斷裂外表，河流把戲，已經(jīng)產(chǎn)生幾個解理臺階的扭曲晶界，點和解理斷口相區(qū)分:裂紋源總是在準解理面的內(nèi)部，呈幅射狀向四周擴展這;而解理時裂紋幾乎總是起源晶界〔或亞晶界)。和河流把戲類似的形變標記〔稱為撕裂棱〕短且不連續(xù)，不像河流把戲那樣有時可越過晶界.最終，它的晶體取向不很確定，斷面常略有起伏,不像解理那樣平坦光滑,說明它經(jīng)受了較大的范性變形。依據(jù)這些特點，是可以把它和解理斷口相區(qū)分的.。體心立方金屬如純鐵、軟鋼，F(xiàn)e-SiFe—Cr合金等的解理斷口上，常可看到凸出〔或凹陷〕的。外形像舌頭的“舌狀把戲“有時稱為舌頭。已確定，在解理面上的擴展的裂紋轉(zhuǎn)移到孿晶面上擴展一短距離，重回到面時,突出的孿晶面就會構(gòu)成這種舌狀把戲。見圖14及圖15.故舌頭和解理面的夾角也不全一樣。溫度越低,變形時越簡潔消滅孿晶，也越簡潔形成這種舌狀把戲。疲乏斷口疲乏是指金屬在交變應(yīng)力持續(xù)作用下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象.在實際工程構(gòu)件的斷裂事故中,它占的百分比最高，因而從不同角度對它作了大量的爭論。疲乏斷裂時,即使是韌性很好的材料,宏觀斷口也無明顯變形,表現(xiàn)為脆性斷口.疲乏外，全部包含有裂紋慢速擴展過程的斷裂方式如應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲乏等都具有這特點。多數(shù)金屬構(gòu)件〔尤其是軸類)疲乏斷裂時，宏觀斷口由疲乏源區(qū)、裂紋擴展區(qū)和過載撕不是必要條件。由于裂紋反復開合造成的碰撞、磨擦，致命疲乏源區(qū)相當光滑，甚至發(fā)亮。淺或粗糙程度不同的區(qū)域、這是裂紋擴展速率有較大變化、甚至停頓引起的,故又稱裂紋休止線。最終是過載撕裂區(qū),是有效截面不再能承受外截荷時形成的、有剪切唇和宏觀變形等過載斷口的典型特征。疲乏斷口最引人留意的顯微特征是疲乏輝紋它們是些彼此根本平行垂直的條紋，一般僅在裂紋擴展區(qū)才消滅.輝紋間距和裂紋擴展速率及應(yīng)力強度因子幅值等有關(guān).,〔多數(shù)是這樣的情形)和應(yīng)力斷型斷口(張應(yīng)力與斷口垂直)。此外，材料本身的性質(zhì)〔)和環(huán)境介質(zhì)也有重要影響.因此，即使在同一個斷口上，由于化學成份、性能等在不同部位的顯微起伏，也(如腐蝕疲乏的情形〕,這一差異尤為明顯。不過,常用的金屬材料，如中、低強度的鋼或鋁合金等，在多數(shù)狀況下都會形成疲乏輝紋，這就為斷裂失效分析供給了一個很有價值的鑒別標志.間距和排列方式等恰和外加交變載荷的變化全都，從而有力的證明白上述機制是合理的。.因此,一般不能依據(jù)輝紋的條數(shù)準確確實定斷裂前經(jīng)受了多少次交變載荷。以上爭論的根本上是高周疲乏的情形(因這最常遇到)。假設(shè)交變應(yīng)力的幅值較大，斷裂前如不超過13-14次，則稱為低周疲乏。此時，宏觀斷口四周可看到變形。顯微斷口較簡單，不易消滅疲乏輝紋，常會看到所謂“擦傷痕跡”或“輪胎把戲“等簡單的形態(tài)。隨著循環(huán)次數(shù)進一步降低，漸漸過渡到和過載斷口相像，甚至消滅塑坑。沿晶斷口當裂紋沿晶界擴展時，就形成沿晶斷口。這可能是鑄態(tài)的柱狀晶晶界(和鑄錠或焊縫中熱裂紋的情形)；也可能是某種平衡相的晶界(如鋼的原奧氏體晶界)；還可能是變形后再結(jié)晶的晶界〔如高強鋁合金應(yīng)力腐蝕時情形。沿晶斷裂時，在多數(shù)狀況下,宏觀斷口無明顯變形,是脆性斷口。而顯微斷口又可分為塑性沿晶斷口及脆性沿晶斷口兩類.〔1)塑性沿晶斷口且易以它們?yōu)楹诵纬伤芸?，這就是形成塑性沿晶斷口的主要緣由。此外，18Ni型馬氏體時起的石狀斷口等都具有上述特征,不過此時晶界上析出的分別是碳化物和硫化物。金屬在高溫下因蠕變而斷裂時,在很多狀況下,也會消滅塑性沿晶斷口，不過此時是由于晶界上消滅了微孔洞、而不是沉淀相的析出。1090鋼,100°C下沖擊解理面上有小韌窩，而且右下方韌窩中有一個夾雜物(2〕脆性沿晶斷口又稱非微孔聚合型沿晶斷口。晶界面比較光滑,顯微斷口呈冰糖塊狀。晶界弱化主要是微量元素在晶界偏析或晶界和環(huán)境介質(zhì)作用的結(jié)果.前者如鋼中磷、砷、錫等微量元素在晶界偏析造成的回火脆沿晶斷口；后者如很多材料的應(yīng)力腐蝕斷口(但不是全部的回火脆或應(yīng)力腐蝕斷口都是沿晶的)。1090鋼的斷口，850°C下，0。5小時油淬，400°C回火，-196°C沖斷,在解理區(qū)散布沿晶斷裂的寬的小面。-式的沿晶斷裂的問題,已有人作過具體總結(jié).以上盡管我們對穿晶和沿晶斷口分別作了介紹又有沿晶斷裂，這稱為混合斷口.〔如彈簧鋼絲的情—形.“的:纖維，有人稱這為纖維狀斷口〔留意它和在宏觀斷口中稱的纖維狀斷口不同)。對這種狀況下裂紋萌生及擴展的機制雖然作了些工作,在對斷口，尤其是鑄態(tài)斷口進展顯微觀看時,有時會看到些相當光滑的外表和上面介紹的幾種形貌不同.這有兩種可能性:它可能是縮孔、疏松或氣孔的內(nèi)外表，由于它不和其它固晶上看到外形獨特的幾何圖形,。一般認為，這是液態(tài)凝固成固態(tài)或固態(tài)蒸發(fā)成汽態(tài)時形成的晶體生長把戲.“缺陷時,也在上與消逝,甚至掌握它的數(shù)量與大小,說明上述推想是合理的。這兩類光滑外表都是凝固時形成的晶粒界面，故也可認為是種特別形式的沿晶斷口。1022鋼塑性裂紋起始區(qū)，該處是韌窩，機加工質(zhì)量優(yōu)良該處斷口的解理局部，該區(qū)鍛造質(zhì)量差就表現(xiàn)出來。.其它〔1〕形態(tài)。冶金及機械制造部門常據(jù)此對材料的冶金質(zhì)量進展評定，稱為斷口檢驗。除前面提到的鑄件中的疏松,氣孔等外，經(jīng)過變形的產(chǎn)品最常遇到的是元素,尤其是夾雜長并排列成行后，在縱向斷口上會造成所謂木紋狀或臺狀斷口(有時稱偏析線斷口或?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)等等。肉眼觀看時，沿變形方向有大量平行的細亮線，和木材劈開時的外形相像，它的顯微斷口則是排列成行的非金屬夾雜物和夾雜物脫落后留下的較光滑的溝槽類型不同,〔如塑性較好的MnS夾雜或為顆粒狀(酸鹽等〕添加錳時，高氧高硫鑄鐵中的夾雜物，Mn(Fe〕O，Mn〔Fe〕S.夾雜物這種排列方式會降低材料橫向的延、塑性能，因此生產(chǎn)部門常通過評級加以控較差外，還說明斷裂多半是由于過、載引起。疲乏、氫脆、應(yīng)力腐蝕等不會形成這類斷口。關(guān)于不同材料上各種冶金缺陷的宏觀及顯微斷口形貌等已有很多手冊或圖譜可資借鑒?！?)中,具體列舉了這些假象的形貌及產(chǎn)生緣由等。在用砂輪機等切割試樣時，熔融的金屬微粒也易濺在斷口上造成假象.此外，假設(shè)切割區(qū)距離待分析斷口太近，切割產(chǎn)生的高溫會使四周的金屬過熱或者過燒，消滅原來不應(yīng)有的沿晶斷口，這也可算是一種假象。不過,這些假象較易識別，也較易解決。較準確定的是另一類假象,它是失效部件的斷口經(jīng)過燃燒氧化或腐蝕造成的。氧化或腐蝕較微時(如高溫合金或耐蝕合金的斷口〕,氧化層或腐蝕產(chǎn)物很薄，盡管宏觀斷口的顏色已有變化,但不影響對顯微斷口的分析。氧化或腐蝕嚴峻時，氧化層或腐蝕產(chǎn)物不僅較厚，而且有自己的構(gòu)造和形貌,這就會掩蓋斷口的真實形貌，致使顯微分析很1mm黑色的氧化層〔Fe3O4),它的顯微外表呈凹凸的顆粒狀，易和沿晶斷口混淆，.只有認真分析它的特征,或者把它和基體的晶粒度作比較后,才能確定它是種假象用反復撕揭復型或?qū)嗫诜旁谟袡C試劑中進展超聲振蕩的方法可去除斷口上局部附著物，削減假象.用適當化學試劑清洗斷口也可在肯定程度上去除外表的氧化層或腐蝕產(chǎn)物，除掉局部載有貴重信息的基體外表,任何清洗方法都將無能為力，此時就不應(yīng)當對斷口進展顯微分析(宏觀斷口分析常常仍可進行。下的需要,最近已有人對它作了總結(jié)。斷口經(jīng)適當浸蝕劑浸蝕后,可把基體的組織顯露出來，這將幫助我們建立顯微斷口形貌和基體組織的關(guān)系,固然是格外有益的，而可據(jù)此確定斷面的晶體取向等。上述這些試驗技術(shù)在對斷口進展顯微分析時都是很有價值的.(三〕顯微斷口學在斷裂失效分析中的應(yīng)用斷裂時裂紋將以何種方式擴展,即最終將消滅何種斷口形態(tài)取決于材料本身和外界的應(yīng)力,環(huán)境介質(zhì)等條件和它們的交互作用。一般說來，不同機制引起的斷裂,其斷口的形態(tài)也是不同的,因此,通過對宏觀和顯微斷口的分析，將幫助我們確定斷裂的性質(zhì)和緣由，從而實行正確的改進措施。因應(yīng)力過大造成的過載斷口較易識別：常常有表征裂紋擴展方向的放射把戲和剪切唇等。假設(shè)拘束應(yīng)力不大，延性材料宏觀斷口四周還會有明顯變形。它的顯微斷口多為塑坑型,但有時也可是解理或塑坑解理的混合型斷口。脆性材料則以解理或沿晶斷口居多,但也可有塑坑。例如，純粹在-180℃的低溫下拉伸形成解理斷口,但宏觀卻表現(xiàn)為延性斷裂,延長率高達200%,延長率僅百分之幾，但顯微斷口上卻全是塑坑，由此可見，解理或塑坑型斷口系指顯微尺度的斷口形態(tài),反映了微觀的斷裂過程，它們和宏觀尺度的延性或脆性斷口之間并沒有嚴格的對應(yīng)系統(tǒng)，不應(yīng)混淆.1042鋼0。45％C 0。62％Mn 0。27％Si在850°C空冷試樣，在—196°C沖擊, 細致的河流把戲100°C下沖擊，韌窩形式高強鋼的工件在制作過程中常飲食酸洗、電鍍等步驟，假設(shè)把握不當，易吸取過多的氫,工作說明,氫脆斷口的顯微形態(tài)和裂紋前沿的應(yīng)力強度因子K有關(guān)：K較小時為沿晶斷口;K值為準解理；K較大時則為塑坑型斷口進一步的爭論還說明，除這些力學因素外,鋼中還必需有足夠多能偏析到晶界上去的雜質(zhì)元素,沿晶斷口才會消滅.不過,不是全部材料都遵循上述規(guī)律,如奧氏體不銹鋼等強度較低的材料氫脆時，多數(shù)狀況下始終是塑坑型斷口,雖然有.失效分析時，這些是應(yīng)留意的。關(guān)于這方面問題，將特地作介紹。金屬在持續(xù)載荷及特定介質(zhì)聯(lián)合作用下，會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂.碳鋼在多數(shù)狀況下的應(yīng)力腐蝕斷口是沿晶的。但18—8型奧氏體不銹鋼在含氫離子介質(zhì)中發(fā)生應(yīng)力腐蝕時,卻肯定是穿晶斷口(除非材料嚴峻敏化〕.此時，除金相試片上裂紋有大量分叉外，顯微斷口由所謂“羽毛狀“28。所謂“河流把戲”會發(fā)生解理斷裂，故是可以和解理斷口相區(qū)分的。的，此外，在有的狀況下,通過疲乏輝紋間距的測定，還可推想裂紋擴展速率或交變應(yīng)力幅的大小.這對斷裂失效分析固然是格外有價值的。不過，過載、氫脆和應(yīng)力腐蝕斷口在極個別狀況下，也會在局部地區(qū)消滅和疲乏輝紋類似的平行條紋。有人認為是種滑移痕跡;也有人認為是裂紋擴展過程中消滅停頓引起的。失效分析時應(yīng)特別留意。液態(tài)金屬脆(如鎘脆、鋅脆等〕導致的斷裂幾乎全是沿晶斷口,且斷口上有這些金屬的富集現(xiàn)象，因此分析時不太困難。貝殼把戲等也不大明顯。顯微斷口上是否消滅疲乏輝紋和材料、介質(zhì)，應(yīng)力強度因子幅、應(yīng)力波形及頻率等很多因素有關(guān)。如奧氏體不銹鋼這類材料在空氣中疲乏時,很簡潔消滅輝紋,但在腐蝕性介質(zhì)中，輝紋卻很可能僅在局部地區(qū)消滅，甚至不出。此時如何與應(yīng)力腐蝕相區(qū)分的問題我們已作過總結(jié)。及手冊可供參考。應(yīng)強調(diào)指出：顯微斷口分析只是斷裂失效分析的一種手段、一個方面,而不是它的全部內(nèi)容.這是由于斷裂后,斷口不是總能完好地保存,至使分析工作能順當進展(如經(jīng)過碰撞、燃燒或嚴峻腐蝕的情形)；另方面，在有些狀況下，顯微斷口形態(tài)和斷裂機制之間并不存在唯一確定的對應(yīng)關(guān)系，即是說，由于材料化學成份,熱處理狀態(tài)或環(huán)境介質(zhì)的不同，盡管斷裂至一樣?？磥?，在進展斷裂失效分析時，在多數(shù)狀況下,不應(yīng)當僅依據(jù)斷口的顯微形貌〔尤其是局部地區(qū)的形貌),,質(zhì)、裂紋及宏觀斷口形貌等進展綜合分析，才可能得出比較正確和全面的結(jié)論。九、疲乏失效的過程試驗觀看說明,疲乏失效可分成幾個相應(yīng)的階段，有人曾提出；延性金屬疲乏失效經(jīng)受裂紋萌生；裂紋沿最大切應(yīng)力平面擴展〔稱為第一階段擴展)垂直于應(yīng)力軸的擴展〔其次階段擴展〕直到最終瞬斷.有人將裂紋形成過程分得更精細，它包括疲乏硬化(軟化〕形成駐留滑移帶→形成微裂紋→微裂紋擴展連接形成宏觀裂紋期擴展與前述第一階段擴展機制相類似,宏觀裂紋的施展屬于其次階段的擴展。高強度材料或有鋒利缺口的零件,裂紋形成和第一階段擴展過程可能很短、有時可能消逝。能發(fā)生,既使所施加的名義應(yīng)力遠遠低于材料的屈服強度，由于多晶金屬的各向異性，同時有晶界、孿晶界、夾雜、疏松、機械缺口等缺陷，在有利取向的晶粒內(nèi)或相界、缺陷等應(yīng)力集中處。也可能發(fā)生局部塑性變形，促使疲乏裂紋形成。為了解釋疲乏裂紋的形成,進展了大量的試驗觀看，提出過很多裂紋形成的模型、雖然在滑移帶上觀看到疲乏裂紋形成現(xiàn)象比較多，但對于實際工程用合金,裂紋多數(shù)發(fā)生在其它單相合金在高循環(huán)應(yīng)力作用下,疲乏裂紋一般都沿晶界形成；另外在高溫下工作的零件，當溫度和平均應(yīng)力足夠高，或者加載頻率較低并有腐蝕介質(zhì)作用時，也常發(fā)生晶界裂紋.大多數(shù)工程合金都有脆性相(如碳化物、氮化物、硼化物、硫化物等〕,合金在加工過程中簡潔引果.鐵基或鎳基合金的孿晶界面常常形成疲乏裂紋，據(jù)面心立方材料孿晶晶體幾何學及界面,位錯運動阻力更小。由r′相強化的鎳基高溫合金，強化相r,、氣泡、夾渣和加工刀痕等缺口的局部應(yīng)力狀態(tài)都是三維的,它們降低局部的屈服強度，這紋的重要因素，由于外表晶粒直接與大氣接觸,金屬疲乏過程對空氣極為敏感,另外外表晶粒比內(nèi)部受約束的晶粒更簡潔發(fā)生塑性變形.在工業(yè)生產(chǎn)中，嚴格掌握另件的外表質(zhì)量對改善疲乏性能，延長零件的疲乏壽命起重要作用.前面雖然具體地介紹了疲乏裂紋的形成展過程，由于被探查到的裂紋尺度打算于爭論者所用的探測手段，借助電子顯微鏡在1%疲勞壽命即可看到原子尺度(埃)〔)覺察的工程尺度(毫米)40—50%疲乏壽命以后.“工程尺寸”裂紋概念，長度為0.07-1mm.由于疲乏裂紋的形成受宏觀應(yīng)力分布、顯微組織和環(huán)境等很多因素影響,一個試樣式另理論描述裂紋形成速率及各種參數(shù)的關(guān)系。疲乏裂紋的擴展少,目前還處于探究階段。在過去的十多年中，對宏觀裂紋擴展的一般規(guī)律爭論的比較充分，應(yīng)用線彈性斷裂力學定量描述了宏觀疲乏裂紋的施展速率da/dN=k式中c和m是材料常數(shù)△k為裂紋前端的應(yīng)力強度因子范圍，它是掌握裂紋擴展的重要因素，接近門坎值區(qū)的擴展(宏觀裂紋的早期擴展〕上升，但因門坎值四周的擴展速率也增加,使門坎值降低；因而凡增加材料強度的因素，都中的欠時效組織比過時效組織有高的門坎值從上述疲乏裂紋形成及初期擴展的爭論了解到,疲乏門坎值是打算裂紋能否擴展的臨界應(yīng)力強度值,而疲乏極限是打算裂紋能否形成的臨界應(yīng)力值,它們都代表材料的疲乏后抗力，但是提高疲乏極限的措施(如晶粒細化〕卻往往降低疲乏門坎值.對這一問題至今沒得到滿足〔此極限值與材料微觀組織的最小單位尺寸有關(guān)),裂紋擴展規(guī)律才能用應(yīng)力強度來描述,隨著裂紋長度的增加,裂紋擴展所需的應(yīng)力降低,但裂紋擴展門坎值保持不變即,a,偏離該直(即疲乏極限于臨界裂紋長度的微裂紋擴展與大裂紋的擴展可能是由兩種不同機制掌握沖突.宏觀裂紋的擴展宏觀裂紋其次階段擴展的機制爭論得比較充分,對于宏觀裂紋擴展起打算作用的因素是裂紋尖端的應(yīng)力強度范圍,高延性材料的裂紋前抗裂紋擴展力量差。材料的微觀組織及環(huán)境介質(zhì)(低濃度介質(zhì))在該階段擴展中起的作用微小。提高金屬另件疲乏抗力的途徑爭論疲乏裂紋萌生和擴展過程是為了提高材料的抗失效力量,并為設(shè)計，選材和失效分析供給依據(jù)，這對提高產(chǎn)品效能，減輕重量和保證安全有重要意義,從上述疲乏過程的爭論可以了解到各種因素以不同方式影響裂紋的形成和擴展,因此要依據(jù)應(yīng)用中另件構(gòu)造的幾何重的狀況,裂紋形成壽命占總壽命的大局部，這時要選取高強度材料，并用前面提到的細化晶粒、減小夾雜物尺度，彌散強化或滲氮，滲碳等提高疲乏強度的處理,進一步強化材料或力也提高抗裂紋擴展力量，對高應(yīng)力集中的零件效果最為顯著。疲乏斷口的宏觀分析利用宏觀斷口分析方法推斷零件的斷裂緣由有時比斷口微觀分析更為重要式常常不能從微觀斷口形貌來區(qū)分,卻在宏觀斷口上留下特征痕跡。從鍵槽處斷裂的轉(zhuǎn)軸，可以從瞬時斷裂區(qū)的位移判定旋轉(zhuǎn)方向。通過斷口的宏觀分析可以確定裂紋起始的位置性，因此宏觀斷口分析引起人們的重視.〔簡稱疲勞區(qū)擴展區(qū)兩局部.每一個臺階即是一個裂紋源。在裂紋開頭擴展的區(qū)域很平坦，當裂紋快穿透紋向兩側(cè)擴展的斷口粗糙，有人字形把戲，人字指向緩慢擴展區(qū)、裂紋在該區(qū)擴展較快,多半在很短時間擴展到整個面積,它可由這兩區(qū)域的高倍疲乏斷口的輝紋間距差異來判明。瞬斷區(qū)斷口特征取決于材料的塑性，韌性材料的瞬斷區(qū)一般為纖維狀，而脆性材料為結(jié)晶狀。假設(shè)材料塑性很好，則在終斷區(qū)外表有較寬的剪切唇。1041碳鋼疲乏裂紋，留意三個疲乏源1041碳鋼感應(yīng)淬火HRc50，疲乏斷口，兩條裂紋，兩個源1039碳鋼外表硬化疲乏斷口，外表HRc50,心部HRc19，在貫穿入心部前外表幾乎完全裂開1041 碳鋼感應(yīng)淬火HRc50，帶鍵槽的疲乏斷口，左邊一次偶然電弧觸發(fā)，引起一個疲乏裂紋疲乏源的辯別疲乏裂紋形成時，總是選擇最薄弱的方向擴展,遇到阻礙后則又轉(zhuǎn)變方向。因而在裂紋高的應(yīng)力集中使很多微裂紋在相距很近的不同平面上萌生線指向另件外表、臺階越多說明裂紋源越多，另件的應(yīng)力集中或外載茶愈大。另件外表經(jīng)滲氮滲碳或噴丸強化后，疲乏裂紋可能在內(nèi)部或亞外表缺陷上形成,在斷口處萌生，高倍觀看斷口，可見到園心處存在一串顯微疏松。載荷水平及加載類型對疲乏源的位置有影響,一般來說，彎曲疲乏或扭轉(zhuǎn)疲乏加載時，另件外表應(yīng)力最大,裂紋源根本都發(fā)生在外表：軸向加載狀況下，當平均應(yīng)力較大時，可能在內(nèi)部缺陷處形成疲乏源。疲乏源距外表的學度隨外載荷增加而削減.對外表強化的另件,可依據(jù)疲乏源距外表的距離估量外載荷的大小。確定裂紋起以.金在低應(yīng)力幅和中等溫度條件疲乏裂紋開頭區(qū)存在光滑小平面斷口裂紋源的位置。貝殼狀疲乏弧線化，導致裂紋擴展速率變化，因而斷口的粗糙度或放射狀條痕方向轉(zhuǎn)變,在宏觀斷口上留下裂紋擴展的痕跡。有人稱它為疲乏裂紋休止線。在中溫條件工作的另件，隨著裂紋的擴展，斷口氧化的時間漸漸縮短,斷口顏色漸漸轉(zhuǎn)變，它也在斷口上留下裂紋擴展的前沿弧形痕跡,這是貝殼狀疲乏弧線形成的另一種方式，疲乏弧線的外形與另件外形,缺口應(yīng)力集中程度及材料缺口敏感性等因素有關(guān)。對于缺口敏感性較強的材料，疲乏弧線為凹形，韌性好的材料疲乏弧線為凸形.載荷過大、溫度過高的條件，沒有明顯的疲乏弧線,這時疲乏裂紋擴展區(qū)與瞬斷區(qū)無明顯分界限,.疲乏斷口的微觀特征件的疲乏斷口進展微觀分析能夠推想疲乏裂紋擴展的機制模型，了解組織構(gòu)造、載荷水平、環(huán)境介質(zhì)等因素與裂紋擴展的交互作用，為另件的失效分析供給依據(jù)。第一階段斷口的形態(tài)受環(huán)境及應(yīng)力水平影響較大,在真空環(huán)境，低應(yīng)力高周疲乏的第一階段斷口失去光澤,斷裂臺階也削減,斷口以等軸塑坑為主，而在空氣中，第一階段斷口隨應(yīng)力的增加反射性減弱，臺階削減。一般來說，低應(yīng)力、低溫、外表大晶粒以及平面應(yīng)力狀態(tài)都有利于疲乏裂紋的第一階段擴展.其次階段疲乏斷口特征電子斷口相說明金屬疲乏裂紋擴展的其次階段斷口區(qū)存在疲乏輝紋載荷循環(huán),輝紋的間距隨應(yīng)力強度幅度變化，兩個相匹配斷口疲乏輝紋根本相互對應(yīng)。材料性質(zhì)，應(yīng)力水平及環(huán)境介質(zhì)都影響疲乏輝紋的形成.形成輝紋的條件是：必需有拉境。假設(shè)材料的變形受到限制，或應(yīng)力太低，在真空環(huán)境中一般都不能形成輝紋，所以高強度鋼及鑄造合金的疲乏斷口難以覺察典型的疲乏輝紋。15MnTi船板鋼由于具有極好的塑性，因而疲乏輝紋很清楚,30CrMnSi和34CrNi3Mo的疲乏斷口上很難找到明顯的紋很不連續(xù)鈦合金的斷口某些區(qū)可見到明顯輝紋的重要因素，在低應(yīng)力高周疲乏條件下，當壽命很長時，在掃描電鏡下觀看斷口，有時很難區(qū)分出疲乏輝紋，必需用透射電鏡觀看斷口復型才能區(qū)分，鑄造鎳基合金650℃的疲乏斷口在疲乏源區(qū)看不到輝紋，離開源區(qū)0.5mm以后輝紋漸漸可以區(qū)分距源區(qū)越遠，疲乏輝紋的間距就越大。,而鎳基合金有時為沿晶斷口.對于低碳鋼等波型滑移材料,特別在焊接缺陷四周的斷口，常常消滅蛇形滑移。這時推斷失效的力學緣由,要依據(jù)另件承載狀況而定。低周疲乏斷口還常常有輸胎狀把戲,當載花水平和環(huán)境溫度足夠高，頻率足夠低的狀況下，會出出沿晶疲乏斷口或穿晶開頭沿晶擴展.輝紋十、金屬的高溫腐蝕腐蝕是金屬構(gòu)件失效的三種主要形式之一。在高低生在各種氣體,熔融金屬和鹽類的腐蝕稱為高溫腐蝕，這里只介紹高溫氧化、硫化、熱腐蝕、滲碳,氫腐蝕和沖蝕。(一)高溫氧化2 高溫氧化是指金屬在高溫條件下,O2、CO、HO2 金屬——氧的熱化學相圖說明，某種金屬在肯定氣氛中能否被氧化.主要打算于氣氛中〔44)1200KFe—O—S系熱化學相圖,假設(shè)氣氛中氧分壓大于FeO的分解壓，而小于Fe3O4的，則在Fe的外表將生成Fe2O、Fe3O

、FeO，即最富氧的化合物在4最外層,最富金屬的化合物靠近基體金屬。4金屬的高溫氧化過程,同樣是一個電化學過程,如圖(45)所示。在氧化物——氣體界面處:在金屬——氧化物界面處：其中,即受O2向內(nèi)集中所掌握。離子在氧化物集中的速率，由氧化物中缺陷的類型打算M+集中較慢,則生氧化物晶體自金屬-O-2集中較慢生氧化物自金屬-Ta、Cd、Nd等氧化物,Fe、Ni、Cu、Cr、Co等氧化物.的，拋物線型的或?qū)?shù)型的規(guī)律,如圖〔46)。遵循直線規(guī)律的金屬有K、Na等，外表生成多孔或裂開的膜，沒有保護性。符合后兩種規(guī)律的，生成的氧化物有保護性。示：式中W、D為氧化物的分子量和密度，w、d為金屬的原子量和密度.通常，當單位體積〈1.R>1時，由于氧化物中壓應(yīng)力過大易于裂開，也沒有保護性。固然,氧化物的保護性也受其熱膨脹系數(shù)、熔點、高溫范性、導電率或金屬離子或氧離子集中系數(shù)等影響。某些合金中，一種或幾種含量較低的合金元素可能生成比基體金屬更為穩(wěn)定的氧化物.元素的優(yōu)先氧化。100%水蒸汽中,在任一溫度下，水蒸汽的分壓始終大于FeO的形成壓，所以在金屬外表總是生成FeO，而不會發(fā)生內(nèi)氧化。實際中，顯示內(nèi)氧化的有低合金耐熱鋼〔Fe-Cr、Fe—Si、Fe—A1)、Ni—Cr熱導合金、Cu—〔A1、Si、Be、Pd〕和Ag-(Cd、Pd)等合金.金屬構(gòu)件內(nèi)氧化后，在金相截面上,可見到細的氧化物顆粒隨機地分散在靠近外表的區(qū)平滑過渡區(qū).對于很多合金,內(nèi)氧化速率顯示出拋物線型規(guī)律。但由于這種選擇性氧化，消耗了形成保護性氧化層的一些元素〔如Cr、A1等〕,使金屬外表不易再形成完整的保護層，而成為金屬外表有害的缺口。(二)硫化H2S、S

和其它含硫氣體對金屬的腐蝕叫硫化.22 4 6 22與液態(tài)硫平衡的蒸汽中,硫的主要存在形式為分子態(tài)S、S、S、S.在含氫的復原性氣氛中，如在煤的氣化和原油加工中，H2S是硫存在的主要形式。在氧化性氣氛中,如礦物性燃料的煙氣中，約有百分之幾的SO22 4 6 222在鍋爐的煙氣中,假設(shè)有S2、SO2與O，其間處于動態(tài)平衡：221/2S+O,將由存在的氣體分壓打算1200K°的煙氣中,含有2，.由平衡常數(shù)，可算出。由圖44〕F2O3,而不能直接生成FeS。假設(shè)金屬外表的氧化層由于某種緣由而裂開,或局部被沖刷掉，則SO2進入縫隙中，在此縫隙這一近似封閉體系中消滅的平衡.這里,氧的分壓將由氧化物的分解壓代替，由圖(41)查出,FeO的分解壓,那么與之平衡的，因此在氧化物下面將形成硫化物。氧的連續(xù)滲入，或通過氧化膜集中；或通過裂口，將硫化物氧化，形成氧化物顆粒和游離態(tài)硫。這種生的氧化物是沒有保護性的,氧和硫可以較自由地通過。游離態(tài)的硫連續(xù)深金屬外表,在氧化層下面，可見到硫化物顆?；虮?。此為鑄造不銹鋼HK40硫化——氧化腐蝕層，箭頭所指為鉻的硫化物。〔三)熱腐蝕某些燒劣質(zhì)煤和油的裝置，以及海上使用的燃氣輪機構(gòu)件，往往受到熱腐蝕損壞.這種熱腐蝕是在氧化性氣氛中，構(gòu)件外表沉積的Na2SO4等熔鹽造成的一種加速氧化過程。與金屬的氧化和硫化不同，產(chǎn)生熱腐蝕的必要條件是構(gòu)件外表存在一薄層熔鹽。因此,熱腐蝕只能發(fā)生在肯定的溫度范圍內(nèi)，即液態(tài)鹽存在的溫度。純Na2SO4鹽的熔點為886℃,NaC1存在時,621℃。如同時還有CaSO、KSO、MgSO

時,熔點將更低。4 2 4 4A1和Cr，由于在金屬外表生成較致密的保護膜，延緩硫的滲透，在Na2SO4熔鹽存在時按Ct和A1，對抗熱腐蝕是有利的.相反，參加Mo、W或V量太高的鎳基合金，由于易發(fā)生酸性熔融，其抗熱腐蝕性能往往較差.熱腐蝕損壞的金屬外表為疏松的氧化物及小量鹽類所復蓋,嚴峻時有膨脹、裂開和掉片等現(xiàn)象.內(nèi)部，在氧化層下有硫化物顆粒，這是與金屬的硫化一樣的。判定金屬構(gòu)件是否發(fā)生熱腐蝕損壞，應(yīng)從使用條件、環(huán)境氣氛、腐蝕產(chǎn)物等幾方面分析。下面介紹一下熱腐蝕對鎳基高溫合金的高溫強度和斷裂過程的影響。Incone175190%Na2SO4+10％NaC1800℃下做力學試驗，在空氣中〔即未涂鹽的，單純疲乏試樣的壽命最長，單純?nèi)渥兊淖疃?，蠕變疲說明熱腐蝕起著很大的作用。同時,與空氣中相反,單純?nèi)渥冊嚇拥膲勖铋L，而單純疲乏試樣的最短，說明疲乏過程加劇了熱腐蝕作用。在空氣中,疲乏裂紋起自試樣外表，穿晶擴展；而單純?nèi)渥兒腿渥兤７υ嚇拥臄嗔阎饕?，不管是哪種加載方式，都發(fā)生了晶連續(xù)裂。熱腐蝕環(huán)境中,試驗壽命的降低與斷裂形式的這種變化親熱相關(guān)?！菜摹碀B碳,在高溫爐氣中的滲碳是化工設(shè)備的一個較普遍問題。銹鋼構(gòu)造的表層，與鉻生成碳化鉻，繼而被氧化成綠色的氧化鉻.2 2 2 滲碳氣氛可分兩類；一類是無氧的,如碳氫化合物，或氫與碳氫化合物的混合物;另一類為同時含氧的,CO—CO、CO-CO—H—HO2 2 2 M C MM C MC23 6 7 3在工業(yè)設(shè)備的環(huán)境中,往往同時含有碳和氧，而構(gòu)件外表的氧化層起著保護作用。假設(shè)此保護層裂開，含碳的氣體將進入.在MeO-Me處，氧氣的分壓低，碳的活度較多，因此在構(gòu)件外表不能進展的滲碳過程，而在氧化膜的孔隙中發(fā)生.,成為潛在的斷裂源。Si等元素有明顯的抗?jié)B碳作用?！参濉硽涓g在高溫高壓含氫氣氛中，氫引起的高溫腐蝕特征是氫與金屬發(fā)生化學反響,形成晶間裂紋.在鐵基合金中，發(fā)生以下反響：晶界四周的滲碳體首先被復原導致晶粒脫離，形成微孔洞.并由界面開頭，珠光體因失去碳而變成不均勻的鐵素體.在含氧銅的反響中，晶界處的氧化亞銅被復原，產(chǎn)生水蒸汽引起晶間開裂：氫腐蝕的結(jié)果使構(gòu)件的強度大大降低，(六)沖蝕緣由,稱為沖蝕。關(guān)天金屬構(gòu)件高溫失效緣由的分析對高溫下使用構(gòu)件的失效分析應(yīng)變和蠕變斷裂、松馳、高溫疲乏、熱疲乏、高溫腐蝕，還是這其中幾種形式的組合。但失復發(fā)生才是最有意義的。如確認蠕變斷裂后,應(yīng)明確指出，是金屬材料中存在某種缺陷達不到產(chǎn)品性能要求,還是設(shè)計構(gòu)造不合理或選材不當,或設(shè)備制造與安裝中工藝制造，甚至誤用材料而未滿足設(shè)計要求，或設(shè)備運行中違反操作規(guī)程，消滅特別現(xiàn)象等等。環(huán)境介質(zhì)三個變量,在不同場合發(fā)揮著不同的作用。對于型設(shè)備，特別是工況較簡單的化工設(shè)備等，由于對構(gòu)件實際工作環(huán)境缺乏準確的了解，易于在設(shè)計上犯錯誤.或者構(gòu)造不合理，或者選材不當.在選用材料時，由于高溫長期數(shù)據(jù)缺乏，也可能造成選材失誤。但這要的超溫將加速材料變形、內(nèi)部構(gòu)造變化和外表腐蝕,對于構(gòu)件的危害極大。因此,在分析高溫構(gòu)件的失效緣由時，對于構(gòu)件在使用中是否超溫應(yīng)予足夠的重視.前面介紹的高溫下組織構(gòu)造變化,是在構(gòu)件正常使用溫度下即可發(fā)生的。假設(shè)構(gòu)件在超溫下使用，還可能引起組織過熱，甚至過燒等現(xiàn)象.過熱是金屬在超出臨界點Acs以上溫度很多，或保溫時間很長時消滅的晶粒長大，硫化物等在晶界聚攏等現(xiàn)象。此種晶粒長大是指奧氏體晶粒。如過熱后緩冷,將同時獲得粗大學面析出,.由于過熱后,硫化物等在晶界聚攏，無論隨后冷卻造成的實際晶粒大小,都將引起沖擊韌性明顯地下降。過燒的主要特征是晶界氧化或局部熔化，其對性能的損壞是可想而知的。高溫失效分析舉例下面以石腦油裂解爐彎頭的損壞分析作為高溫失效的一個例子.(1)構(gòu)件的制造和使用狀況石腦油裂解爐彎頭由HK40合金鑄造，約使用12023hr后開裂，彎頭下管口接裂解爐輻射段，溫度較高,上端通過吊耳下懸掛，側(cè)管口通向?qū)α鞫危瑴囟容^低。管內(nèi)通石腦油和水5801atm820°～840℃。正常生產(chǎn)時，每五十天為一周期。由于種種緣由,20個周期.