8-5 宏观观察断口形态确认

2022-04-22 13:59:14 技术专栏

对断口进行断口观察是很自然的，以确定断口的原因，但首先要通过宏观观察而不是用扫描电子显微镜（SEM）的微观观察来全面掌握断口的状况。 . 宏观观察是用肉眼或放大镜观察断裂面，可以确认裂纹的来源，并提前掌握从断裂面的状态到载荷应力的施加方式。然而，负载应力不限于一种类型，它可能会在裂纹扩展过程中发生变化。换言之，从宏观断裂面不仅可以指定裂纹的起源，还可以指定裂纹扩展的方向和速度、更终的断裂面等。

裂纹的来源通常是施加更大应力的表面，但也可能在表面经过渗碳或感应淬火强化的产品内部。起点不限于一个点，根据有无缺口和产品的形状，可以有多个起点。

例如，图 1 显示了一个起点和大量起点的示例。在这种大量产品的情况下，裂纹发生点是边缘点，并且受到加工时刀痕的强烈影响。也就是说，此时的应力集中点较多，可以认为是多点同时产生裂纹。

图 1 从宏观断口看的起点

此外，从起点向裂纹扩展方向观察到大量称为棘轮痕迹的阶梯图案。棘轮痕是从起点产生的，是由于载荷应力而瞬间发生裂纹的地方，可以看出应力集中在这里。应力集中情况可以通过棘轮标记的长度和数量来估计。换言之，如果棘轮痕长且多，则说明载荷应力相对于材料强度过大，需要考虑改善应力集中点，改用高强度材料。 .

如果是疲劳断裂，可以通过断口宏观观察来确定裂纹扩展方向和更终断口。例如，图 2 显示了发生疲劳断裂的螺栓的宏观断裂面，可以确定裂纹的产生起点、裂纹扩展方向和更终断裂面。

图 2 S45C 螺栓 (M15) 已疲劳断裂的宏观断口示例。

在与行进方向垂直的方向观察到一年生的环状或贝壳状的树木图案，但如图3所示，这种图案类似于沙滩上的沙滩图案，因此被称为沙滩标记。它是暴露的。该模式的间隔表示由于重复载荷应力导致的裂纹扩展的长度。在图 2 的情况下，在整个断裂面上观察到大约 1/6 到 1/5 的更终断裂面，该螺栓对于使用条件（负载应力强度等）来说是足够安全的。看到预期的速率。

图 3 疲劳断口上的滩痕

图 4 显示了螺栓的断裂表面，该螺栓由于完全缺乏强度而被破坏，不符合使用条件。在这种情况下，很难确定裂纹的起源，并且由于起源是沿外圆周接近半周的长区域，因此可以看出缺口的存在具有很大的影响。... 此外，疲劳断口特有的滩痕不明显，更终断口约占整个断口的50%。从以上来看，很明显这种螺栓不适合目前的使用条件，必须从根本上进行检讨。

图 4 已疲劳断裂的螺栓宏观断口示例。