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掃描電鏡觀察判斷疲勞斷口分析檢查

轉自 材料科學與工程

疲勞斷裂的定義:
材料在受到低于斷裂強度的交變應力作用下,發生的脆性斷裂,稱之為疲勞,常可見疲勞條帶(或稱疲勞輝紋)的典型特征。

對于疲勞源區而言,簡單的是收斂類源區:


源區附近呈放射性,其收斂位置即為源區。


源區附近呈弧線式,其圓心位置即為源區。

這類源區附近的斷面一般較為平坦,之后斷面的起伏度和粗糙度均會變大。收斂類的疲勞起源占疲勞失效的較大比例,另一種情況,疲勞源區則為解理面或準/類解理面交錯,常見于銅合金和高溫合金,部分鈦合金也有該情況。


高溫合金源區的解理特征


銅合金源區的類解理特征


鈦合金源區的解理特征

這類的源區附近斷面由于交錯分布多個解理面,因此比較粗糙,之后的疲勞擴展前、中期則會轉為平坦,最后失穩后的快速擴展又重新變得起伏大和粗糙。此外,有些疲勞并不一定從試樣表面起源,有可能在試樣內部,此時往往可能由于內部存在缺陷或亞表面處于特殊應力狀態導致。

有的起源也不僅僅在一處位置起源,可能在多個位置均萌生疲勞源,這時我們就可以看到多個疲勞源之間產生類似臺階的特征,這是由于多處萌生裂紋并擴展過程中,不可能在一個平面上擴展,當裂紋相互交匯到一起時,必然通過剪切撕裂的方式使不同的擴展平面連接起來,從而形成臺階。

試樣邊緣多個交匯臺階

以上說了這么多,大家是不是反而暈菜了?怎么好像什么模式都有,我們到底應該如何判斷?
首先,當然是通過棱線的收斂去判斷,畢竟絕大多數的疲勞都有該特征。
其次,看看是不是銅合金、高溫合金這種特殊的合金,對于他們來說,找解理面就差不多了。
再次,關注臺階,臺階必然意味著有多條裂紋交匯在一起,也就是說,一個臺階的兩側存在源區的可能性很大。
然后,我們還有幾個輔助判斷的手段:
第一,條帶方向。幾乎所有的疲勞斷裂都可以觀察到條帶特征,此時,條帶弧線的圓心位置,就是指向源區了。但是,需要注意的是,條帶只是極微觀的特征,而且在局部位置由于應力改變,可能造成條帶擴展方向轉變的情況。因此,該方法只能作為輔助判別手段。


第二,瞬斷區判別。源區實在不好找,可以先去找瞬斷區,因為瞬斷區往往以韌性斷裂模式為主,一般可見與疲勞區不同的韌窩特征。此外,瞬斷區由于主要在剪切力作用下快速斷裂,一般與主斷面存在一定的傾斜角度,比較好辨別。找到瞬斷區后,與之相對的位置一般就是源區了。


該斷口左側即為瞬斷區,由此推出右側為源區

看到這兒,大家是不是覺得又明白了一些呢?那么下面我們來檢驗一下自己吧:請問下圖斷口的源區在哪?有幾處源區?

來源:中航工業失效分析中心,作者:劉洲。

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