对于金属断口,我们需要分析些什么?

  

  在金属破断后,我们可以获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌,这就是我们所称之为的断口。对金属断口的分析是天纵鉴定(SKYLABS)在进行产品质量鉴定和在质量事故分析中,所最为常见的一种分析手段。

  一般来说,断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方,它记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料。常见对金属断口分析我们也从如下角度开展分析:

  1. 对断口的颜色与光泽分析

  观察断口表面光泽与颜色时,主要观察有无氧化色的痕迹、有无夹杂物的特殊色彩与其他颜色。是红锈、黄锈或是其他颜色的锈蚀灰色的金属光泽、发蓝颜色(或呈深紫色、紫黑色金属光泽)等,有无腐蚀产物。

  例如,高温工作下的断裂构件,从断口的颜色可以判断裂纹形成的过程和发展速度,深黄色是先裂的,蓝色是后裂的;若两种颜色的距离很靠近,可判断裂纹扩展的速度很快。又如,钢件断口若是深灰色的金属光泽,是钢材的原色,是纯机械断口;断口有红锈是富氧条件腐蚀的 ;断口有黑锈是缺氧条件腐蚀的等。

  2. 对断口的花纹样式分析

  不同的断裂类型,在断口上留下不同形貌的花纹,这些花纹是丰富多彩的,很多与自然景观相似,并以其命名。韧性断裂宏观有纤维状断口,微观上则多有韧窝或蛇行花样等。脆性断裂有解理特征,断口宏观上有闪闪发光的小刻画或人字。山形花纹,而微观上有河流条纹、舌状花样等。疲劳断裂断口宏观上有时可见沙滩条纹,微观上有疲劳辉纹。

  3. 对断口的粗糙度分析

  断口的表面实际上由许多微小的小断面构成,其大小、高度差决定着断口的粗糙度。不同材料、不同断裂方式,其断口粗糙度也不同。

  一般来说,属于剪切型的韧性断裂的剪切唇比较光滑;而正断型的纤维区则较粗糙。属于脆性断裂的解理断裂形成的结晶状断口较粗糙,而准解理断裂形成的瓷状断口则较光滑。疲劳断口的粗糙度与裂纹扩展速度有关(成正比),扩展速度越快,断口越粗糙。对于金属断口,我们需要分析些什么?

  4. 对断口与最大正应力的交角分析

  不同的应力状态,不同的材料及外界环境,断口与最大正应力的交角是不同的。韧性材料的拉伸断口往往呈杯锥状或呈45°切断的外形,它的塑性变形是以缩颈的方式表现出来。即断口与拉伸轴向最大正应力交角是45°。脆性材料的拉伸断口一般与最大拉伸正应力垂直,断口表面平齐,断口边缘通常没有剪切“唇口”。断口附近没有缩颈现象。韧性材料的扭转断口呈切断型。断口与扭转正应力交角也是45°。脆性材料的扭转断口呈麻花状,在纯扭矩的作用下 ,沿与最大主应力垂直的方向分离。

  5. 对于金属断口,我们需要分析些什么?对断口上的冶金缺陷分析

  这些冶金缺陷常可在失效件断口上经宏观或微观观察而发现:夹杂、分层、晶粒粗大、白点、白斑、氧化膜疏松、气孔、撕裂等。

  总之,我们可以通过断口的形态分析去研究材料断裂的基本问题:比如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。如果要求深入地研究材料的冶金因素和环境因素对断裂过程的影响,通常还要进行断口表面的微区成分分析、主体分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等。

  在上海新蓦尔检测技术有限公司的质量鉴定案例实践中,采用金属断口分析技术往往都是首先考虑的一种措施,因为在对断口的观察和研究中往往就预示着质量事故的产生原因和生成机理。