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深入分析断口显微形貌特征

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:断口的显微形貌特征丰富多彩,下面对其进行简单介绍。图4-35 2Cr12Ni2W1Mo1V钢的疲劳辉纹断口 2000×疲劳辉纹是疲劳断口显微形貌特征的重要标志。

深入分析断口显微形貌特征

断口的显微形貌特征丰富多彩,下面对其进行简单介绍。

4.4.2.1 韧性或韧窝断口

韧窝断口在没有用电镜观察时,对其显微形貌特征的了解是不够清楚的。通过电镜的观察,才发现韧窝断口是由于显微空穴或微孔的萌生及聚集而形成的一种断口显微形貌特征——韧窝花样。

1.韧窝的形状 韧窝花样的形状主要是由所受的应力状态所决定,一般可出现三种不同形状的韧窝花样,即正交韧窝、剪切韧窝、撕裂韧窝,如图4-32所示。

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图4-32 三种不同形状的韧窝示意图

a)正交韧窝 b)剪切韧窝 c)撕裂韧窝

韧窝的形状是相对于局部断裂而言的。当宏观断裂形态与显微形态不一致时,各个不同的局部位置存在着与其各自的显微形态相适应的韧窝花样。在通常情况下,各种形状的韧窝是混合在一起的。在实际的金属材料中,等轴韧窝与抛物线韧窝是规则而交替分布的,且常常观察到抛物线韧窝包围着等轴韧窝。

2.韧窝的大小 韧窝尺寸用韧窝的宽度和深度来度量。韧窝宽度是指等轴球体或抛物线旋转体的大圆直径,韧窝的深度是从断面到韧窝底部的距离。

韧窝的大小与下列因素有关:

(1)显微空洞或微孔的大小。

(2)显微空洞聚合前发生的塑性变形量。

(3)夹杂物的尺寸、间距。

(4)材料的塑性变形能力等。

通常,当断裂条件相同时,韧窝尺寸越大,则材料的塑性越好。

3.韧窝的数量 韧窝的数量取决于显微空洞的数目。材料含有第二相颗粒或夹杂物时,第二相颗粒或夹杂物往往存在于韧窝的底部。

4.卵形韧窝 卵形韧窝是指在大韧窝的自由表面上又生成小韧窝或二次韧窝。

5.沿晶韧窝 韧窝花样有穿晶型,还有沿晶型。

4.4.2.2 解理断口显微形貌特征

1.解理台阶 金属及合金的解理断裂是很少沿一个晶面开裂的,而是跨越几个相互平行的解理面,并以不连续的方式断裂。如果解理裂纹是沿两个互相平行的解理面扩展,则在两个平行的解理面之间可能产生解理台阶。

2.河流花样 解理台阶与局部塑性形变形成的撕裂脊线组合成的条纹,其形状类似地图上的河流,故称之为“河流花样”。图4-33所示为典型的解理断口显微形貌特征。

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图4-33 解理断口上的河流花样5000×

3.舌状花样 解理断口的另一个显微形貌特征,就是舌状花样。舌状花样一般在钢铁材料中的解理面上可观察到,其形状像舌头,故称为舌状花样,如图4-34所示。

除此之外,解理断口显微形貌特征还有扇形花样、羽毛花样、青鱼骨花样、互纳线花样和晶体生长线花样等。

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图4-34 解理断口上的舌状花样 5000×

4.4.2.3 疲劳断口显微形貌特征

1.疲劳辉纹 在光学显微镜电子显微镜下,疲劳断口上有很细小的、相互平行的、具有规则间距的并与裂纹局部扩展方向垂直的条纹,称之为“疲劳辉纹”,如图4-35所示。它与宏观特征条纹“年轮”或“贝壳状”条纹不同。

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图4-35 2Cr12Ni2W1Mo1V钢的疲劳辉纹断口 2000×

疲劳辉纹是疲劳断口显微形貌特征的重要标志。

2.轮胎压痕 疲劳断口上的另一重要特征花样是轮胎压痕,由于其形貌类似车胎压痕,故称之为“轮胎压痕”花样。

轮胎压痕间距随着裂纹的扩展而增大,这是因为疲劳裂纹在扩展过程中其断面间距往往连续变大。

除此之外,疲劳断口的显微形貌特征还有疲劳台阶、二次裂纹等。

4.4.2.4 应力腐蚀断口显微形貌特征

应力腐蚀断裂方式可能是沿晶型,也可能是穿晶型,由材料与腐蚀环境所决定。

通常碳钢及低合金钢的应力腐蚀断口大部分是沿晶开裂,裂纹沿着大致垂直于应力方向的晶界延伸。应力腐蚀穿晶断裂时,其裂纹也大致垂直于应力方向。

应力腐蚀断裂方式不仅与材料有密切关系,而且还与介质有关。

此外,应力腐蚀断口还具有腐蚀坑、二次裂纹、泥状花样及块状花样等显微形貌特征。

4.4.2.5 氢脆断口显微形貌特征

氢脆断口分为沿晶氢脆断口及穿晶氢脆断口两种类型。

由环境氢引起氢脆断裂的断口均为沿晶氢脆断口,而由冶金因素产生的氢脆断裂的断口均为穿晶氢脆断口。

下面主要简介沿晶氢脆断口显微形貌的主要判别特征。

(1)一般情况下,氢脆裂纹源不在材料的表面上产生,而是在材料的次表面成核。

(2)具有明显破裂的晶界表面。

(3)断口上分布“爪”形发纹。

(4)出现显微孔洞。

(5)氢脆断口中还可能观察到平行条纹等显微形貌特征。

事实上氢脆断口除了沿晶氢脆断口及穿晶氢脆断口外,还有准解理断口、滑移分离断口、沿晶断口、蠕变断口、固态或液态金属脆断口、过热或过烧断口等显微形貌特征,在此不一一阐述。

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