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1、第5章 断口分析技术5.2 断口的宏观分析指用肉眼或放大镜来研究断口，是断口分析的第一步和基础。宏观分析的目的：全面了解破坏件，破坏的部位、外表面有无异常（划痕、污物、颜色、尺寸、形状）。初步确定断裂性质：韧性、脆性、疲劳、应力腐蚀、氢脆等。初步确定断裂的起始点，即断裂源的位置。初步估计加载方式，应力的大小、分布、方向。制定合理试验方案。宏观分析步骤：最初断裂件的判断主断面（主裂纹）的判断裂纹源的判断与分析致断原因初判5.2 断口的宏观分析一、最初断裂件的判断整机残骸的分析通常采用顺序分析法。即根据残骸上的碰伤、划痕及其它破坏特征，由大部件到小部件，再到单个零件，对最初断裂件做出判断。例：飞机
2、失事残骸：检查座舱、机翼、机身及尾翼发现机身上有被机翼的残骸打破或划伤的痕迹机翼是最先损坏的大部件检查机翼的主梁、前梁、桁条等小部件进一步分析表明机翼损坏是由主梁引起上椼条、下椼条、腹板。按此顺序最后找到导致整机失效的具体损坏件。对于复杂的大型机组或是一组同类零件中的多个发生断裂，需要首先确定最初断裂件。（1）整机残骸情况5.2 断口的宏观分析（2）多个同类零件损坏情况一组同类零件的几个或全部发生损坏时，可根据损坏件的变形及损伤的严重程度来确定最初破断件，最初破断件因为应力较小且比较均匀，通常的表现是塑性变形较小，机械损伤较轻。例：钻探设备24根规格相同的高强度螺栓全部断裂正常状态下，机头重量
3、和工作负荷由24根螺栓共同承担，应力较小且均匀。随着断裂螺栓数量增多，剩余螺栓载荷逐渐增大，不对称性也逐渐增大，因而后期损坏螺栓的变形和损伤必然加大。5.2 断口的宏观分析（3）一个零件上相同部位的多处发生破断在同一个零件上，在其几何结构及受力情况完全相同的几个部位均出现损坏的情况，必须首先搞清楚是哪个部位先损坏。例：齿轮的齿根断裂失效，大多数情况下会连续打掉几个齿。通常，先断轮齿断口上往往有疲劳断裂的痕迹，而后来因冲击载荷突然增大而打掉的轮齿断口多为典型的过载断裂特征。如果根据最后断裂件判断失效原因，则会造成误判。按最初断裂件断口的疲劳特征判断失效原因，则可认为工作载荷一般正常，断齿原因多属
4、于材料热处理质量不良或齿根加工质量不高等制造或设计方面的原因。5.2 断口的宏观分析二、主断面（主裂纹）的宏观判断最初断裂件找到后，紧接着的任务就是确定该断裂件的主断面或主裂纹。所谓主断面就是最先开裂的断裂面。主断面的变形程度、形貌特点，特别是断裂源区的分析，是整个断裂失效分析中最重要的环节。5.2 断口的宏观分析（1）变形法：利用碎片拼凑确定主断面密合最差的断面为最先开裂的断面，密合程度好的为后断的。因为在启裂初期，整个零件没断开，先裂部分会受到反复损伤，塑性变形比较严重。从密合程度看，A断面最差，为主断面，对断裂件的进一步分析工作应集中在A断面上。寻找主断面的方法有以下几种：5.2 断口的
5、宏观分析（2）T型法：按照“T”型汇合法确定主断面或主裂纹后产生的裂纹不可能穿越原有裂纹而扩展。5.2 断口的宏观分析（3）分枝法：按照裂纹的河流花样确定主裂纹主裂纹较宽、较深、较长，是河流花样的主流，裂纹源的位置在支裂纹扩展的反方向。5.2 断口的宏观分析（4）氧化法：氧化或者腐蚀程度最严重部位为最先断裂部位。（5）贝纹线法：适用于疲劳断裂贝纹线越密集处越先启裂5.2 断口的宏观分析一般来说：脆断用T型法、分叉法来判别主裂纹韧断用变形法来判别主裂纹环境断裂用氧化法来判别主裂纹疲劳断裂用贝纹线法来判别主裂纹5.2 断口的宏观分析三、断裂（裂纹）源区的宏观判断主断面（主裂纹）确定后，断裂分析的进
6、一步工作是寻找裂纹源区。裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位，对断裂源区的分析是寻找断裂原因的根本依据。因此寻找裂纹源区是断裂宏观分析中最核心的任务，也是光学显微分析和电子显微分析的基础。5.2 断口的宏观分析（1）利用断口上的“三要素”特征确定裂纹源区塑性金属静载拉伸断口，往往有纤维区、放射区、剪切唇，断裂源区在纤维区寻找断裂源区的方法有以下几种：5.2 断口的宏观分析（2）利用断口上的“人”字纹特征确定裂纹源区板状和矩形试样静载脆性断裂，人字纹尖端指向裂纹源裂纹源裂纹源5.2 断口的宏观分析（3）根据断口上的放射花样确定裂纹源区圆形试件脆性断裂、缺口冲击试件的断裂，应力腐蚀断裂及氢脆断口，撕裂
7、棱线呈放射花样，放射中心即裂纹源。裂纹源5.2 断口的宏观分析（4）根据断口上的“贝纹”线确定裂纹源区疲劳断裂断口呈贝纹线特征，贝纹线形式为一族同心圆，该圆心即为裂纹源裂纹源5.2 断口的宏观分析（7）根据断口表面的损伤情况碰撞，摩擦等比较严重处为裂纹源处。（5）根据断开零件两部分的匹配程度裂缝的最宽处为裂纹源。（6）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区氧化色（程度），锈蚀情况，油污等氧化或腐蚀环境，有色彩处先断，无色彩处为后断；色彩深的部位为先断，浅处为后断；高温下工作的零件，深黄色处为先断，蓝色处为后断；锈蚀、油污最严重处为先断。裂纹源5.2 断口的宏观分析裂纹源内壁有剪切唇和毛刺，为管外壁起裂；外壁有剪切唇和毛刺，为管内壁起裂（8）根据断口的边缘情况：宏观塑性变形、剪切唇，毛刺等对于塑性材料，随着裂纹的扩展，裂纹两侧的塑性变形不断加大，可确定裂纹的扩展方向（因为随着裂纹扩展，零件有效面积减小，实际载荷增加，塑性变形增大）剪切唇，毛刺等是最后断裂处的特征谢谢大家！