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断口学是研究材料断口表面的一种失效分析方法。研究断裂表面的特征有助于确定工程产品的失效原因。不同的失效模式在表面产生特征特征,允许法医分析确定失效的根本原因。

扫描电子显微镜能够以令人难以置信的细节检查断裂表面。的Phenom XL桌面SEM提供高达150000倍的放大,揭示指向特定故障模式的微小特征。裂纹扩展的原因包括疲劳、应力腐蚀和氢脆。

利用扫描电镜可以识别出疲劳条纹、晶间裂纹、微孔洞聚结、穿晶解理和二次裂纹等多种断口形貌特征。以下螺栓断裂的案例研究将突出说明其中的一些特征。

断口扫描电子显微镜

扫描电子显微镜(SEM)是研究断口形貌的重要工具。扫描电镜具有比光学显微镜更好的分辨率和景深,是揭示断口形貌特征的关键。

断裂螺栓的光学图像
断裂螺栓的光学显微镜图像。
缝合扫描电子显微镜图像的螺栓
同一螺栓的扫描电子显微镜图像。

利用扫描电镜揭示断裂模式

特定的破坏模式在断口面上赋予特征特征。本节将展示一些使用SEM可以找到的小型特性的示例。

微孔聚结

在韧性断裂中,材料在断口表面的分离产生了微孔。这些空隙在材料的塑性流动过程中增长,并最终合并成更大的空隙。在破坏的最后阶段,这些空洞在断口表面分离,并发生显著的颈缩,从而导致特征的韧窝织构。圆形韧窝被称为等轴微孔-分离正常地发生在断口面上。当存在剪切应力时,结合的微孔向剪切方向伸长。

等轴微孔聚结的扫描电镜图像在5000x放大
等轴微孔聚结的扫描电镜图像在5000x放大。
等轴微孔聚结的扫描电镜图像在1000倍放大
等轴微孔聚结的扫描电镜图像在1000倍放大。

沿晶和穿晶解理

在金属的脆性断裂中,断口面必须将单个金属颗粒分开或绕着它们旋转。这两种破坏模式分别称为穿晶解理和沿晶解理。晶间解理是一个较低的能量过程,因为沿晶界分离晶粒所需的能量比分离晶体内原子所需的能量要低。

晶间解理有时被称为“冰糖断口”,因为出现了暴露的金属晶粒。

在3000x倍放大下钢螺栓晶间解理的扫描电子显微镜图像
在3000x倍放大下钢螺栓晶间解理的扫描电子显微镜图像。
扫描电子显微镜图像相同的钢螺栓在10000x放大
扫描电子显微镜图像相同的钢螺栓在10000x放大。
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