SEM的断口分析市公开课一等奖省赛课获奖课件

第三节SEM断口分析在试样或构件断口分析方面，扫描电子显微镜优点已为人们所公认。制样简单：它不需要象透射电子显微镜那样制备复型，既省事又不致在制备过程中引入假象。连续放大（5-10万）：能够对断口进行低倍(比如5倍左右)大视域观察，一些感兴趣区域(比如裂纹源)进行高倍观察分析，皿示断口形貌细节特征，揭示断裂机理，假如仪器含有X射线能谐或波谱分析附件，还能够一步对组成相或一些环境介质在裂纹产生和发展过程中作用进行分析研究，那将更有利于揭示产生裂纹原因。景深大；立体感强；层次丰富；下面主要介绍几个经典断口形貌及其扫描电子显微镜图像特点，以利于分析这些断口断裂机理。

SEM的断口分析第1页几个经典断口形貌

及其扫描电子显微镜图像特点一、按试验方式划分（应力方式）拉伸断口冲击试样断口疲劳断口二、按韧性、脆性分类韧性断口脆性断口SEM的断口分析第2页一、按试验方式划分（应力方式）拉伸断口冲击试样断口疲劳断口SEM的断口分析第3页1、拉伸断口1.1宏观观察（5×）：三个区域

纤维区：裂纹源形成区，有一定灰度放射区：裂纹扩展区；裂纹扩展方向：放射条纹破断区（剪切唇）：最终破断SEM的断口分析第4页1.2微观观察（400×以上）纤维区：裂纹源形成区大量韧窝（微坑）、撕裂棱（塑性变形痕迹）裂纹源形核：夹杂物、二相粒子、硬质点放射区：裂纹扩展剪切韧窝SEM的断口分析第5页1.3韧性断口→性能韧性好宏观看：纤维区较大；

纤维区灰度大；放射区较小；微观看：韧窝大且深塑性变形充分韧性差纤维区较小；甚至没有纤维区灰度小；甚至小亮点放射区较大；韧窝小且浅，甚至没有塑性变形不充分SEM的断口分析第6页微观放大照片SEM的断口分析第7页2、冲击试样断口主要表达放射区，即裂纹扩展区人字型花样韧性或脆性SEM的断口分析第8页冲击试样断口准解理花样SEM的断口分析第9页3、疲劳断口疲劳断口，从宏观上看，疲劳断口分成三个区城，即疲劳关键区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳关键区：是疲劳裂纹最初形成地方，普通起源于零件表面应力集中或表面缺点位置，如表面槽、孔，过渡小圆角、刀痕和材料内部缺点，如夹杂、白点、气孔等。疲劳裂纹扩展区：是疲劳断口最主要特征区域。它普通分为两个阶段。第一阶段，裂纹只有几个晶粒尺寸，且与主应力成45。，第二阶段垂直于主应力，它是疲劳裂纹扩糜主要阶段。扩展区断口主要特征：是存在疲劳纹，即一系列基本上相互平行、略带弯曲、呈波浪形条纹。普通每一条纹为一次载荷循环所产生，但一个载荷循环不一定都能产生一条纹;疲劳纹间距宽度随应力强度因子幅大小而变。通常断口上由许多大小、高低不一样小断面所组成，每块小断面上疲劳纹是连续、平行，但相邻断面疲劳纹是不连续、不平行，如图所表示。SEM的断口分析第10页二、按韧性、脆性分类经典韧性断口经典脆性断口()解理断裂准解理断裂沿晶断裂SEM的断口分析第11页韧性断口韧性断裂断口：大量观察表明，微坑普通均形核于夹杂物、第二相粒子或硬质点处，因它们与基体之间结协力较弱，在外力作用下便轻易在界面发生破裂而形成微孔，然后逐步长大成微坑。扫描电子显微镜景深大，所以能够清楚地显示微坑底部夹杂物或第二相粒子，从图上可看出这类质点与微坑几乎是一一对应，说明一个夹杂物或第二相粒子就是一个微坑形核位置。微坑形状：有等轴、剪切长形和撕裂长形三种，如图所表示。当断裂是由微孔聚集方式进行时，其断面上将出现微坑。按作用在金属材料上应力状态，SEM的断口分析第12页韧性断口假如材料在普遍屈服情况下发生断裂，即韧性断裂，其断口一定是微坑聚集型。不过，假如材料在未曾发生普遍屈服情况下发生断裂，虽断口两侧微区发生变形，存在大量微坑，就整个构件来说仍属脆性断裂。所以这么断口形貌只说明断裂过程是按微坑聚集型方式进行，它不是延性断裂同义词。SEM的断口分析第13页韧窝（微坑）SEM的断口分析第14页二.2.1解理断裂二.2.1.1解理断口：穿晶断裂：解理断裂是金属在拉应力作用下，因为原子间结合键破坏而造成穿晶断裂。通常是沿着一定，严格晶面(解理面)断开，有时也能够沿着滑移面或孪晶面发生解理断裂。脆性断裂：普通说解理是脆性断裂，但并不意味着全部解理断裂都是脆性，因为有还伴有一定程度塑性变形。

SEM的断口分析第15页二.2.1.2经典解理断口特点:解理台阶河流状花样舌状花样SEM的断口分析第16页二.2.1.2.1解理台阶从理论上说在单个晶块内解理断口应是一个平面。不过实际晶体难免存在缺点，如位错、夹杂物、·沉淀相等，所以实际解趣面是一簇相互平行(含有相同晶面指数)、位于不一样高度晶面。不一样高度解理面之间存在着“台阶”。扫描电子显微镜观察表明解理断口上存在着许多“台阶”，因为“解理台阶”边缘形状尖锐，电子束作用体积靠近甚至暴露于表面（θ角大，δ大），所以在扫描电子显微镜图像上显得边缘异常亮，如图所表示。

SEM的断口分析第17页低温Sn-Ti合金，解理脆SEM的断口分析第18页解理台阶河流状花样形成

SEM的断口分析第19页二.2.1.2河流状花样“河流状花样”是解理断裂最主要特征。在解理裂纹扩展过程中，众多台阶相互汇合便形成河流状花样。它由“上游”讲多较小台阶汇合成“下游”。较大台阶。“河流”流向与裂纹扩展方向一致。扩展方向：依据河流流向，能够判定解理裂纹在微小区域内扩展方向。对于实际金属材料来说，因为大多数是多晶体，存在着晶界和亚晶界，当解理裂纹穿过晶界时将发生“河流”激增或突然终止。这与相邻晶块位向和界面性质相关。晶粒大小（晶界判定）：河流其始与终止。SEM的断口分析第20页二.2.1.3舌状花样也是解理断裂主要特征之一。它形成与裂纹沿孪晶-基体界面扩展相关。这种孪晶是由解理裂纹以很高速度向前扩展时塑变只能以机械孪晶方式进行而在裂纹前端形成，如图所表示，并常发生在低温。因为“舌”形状关系，当一侧面向检测器时，另一侧背向；加上倾斜角度不一样，所以在扫描电子显微镜图像上，解理舌一侧显得亮，而另一侧则暗，如图所表示。SEM的断口分析第21页A3钢，100O0C退火，在-l960C拉伸断裂时产生舌状花样断口二次电子像

舌状花样SEM的断口分析第22页二.2.2准解理断口准解理断口：准解理断裂虽说属解理断裂，但二者又不完全相同，所以它有解理断裂变种说法。近期工作表明，准解理断口实质上是由许多解理面组成；断口特征：许多短而弯曲撕裂棱线条，由点状裂纹源向四面放射河流花样，断面上有凹陷和二次裂纹等，如图所表示。这种断口首先在马氏体回火钢中发觉。SEM的断口分析第23页准解理断口微坑小台阶撕裂棱波纹剪切面扇形面

SEM的断口分析第24页准解理断口SEM的断口分析第25页二.2.2沿晶断裂沿晶断裂断口：沿晶断裂(或晶间断裂)指是多晶体沿晶粒界面彼此分离。氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性以及焊接热裂纹等常发生晶间断裂。通常沿晶断裂总是脆性。因为晶粒是多面体，所以晶间断裂断口主要特征是有晶界刻面冰糖状形貌。然而，一些材料晶间断裂却显示很大延性，断口上除展现晶间断裂特征外，还有微坑。后者叫做晶间韧性断裂。SEM的断口分析第26页氢脆SEM的断口分析第27页氢脆α-Fe脱C,N；充氢气α-Fe脱C,N；充氢气晶界硬化，晶内软化；晶界软化，晶内硬化；均表达氢脆SEM的断口分析第28页氢脆（沿晶断裂）SEM的断口分析第29页SEM优缺点特点：1、尤其适合用于表面形貌观察（尤其是断口）；立体感强，层次丰富，景深大2、分辨率较高，几十Å，甚至15Å。（Å为原子尺度）3、连续放大：5×至10万×（甚至20万×）

宏观与微观组织过渡、结合及对应好4、制样简单：a尺寸大小适当，15mm×15mm（特殊25mm，35mm，100mm）b导电（防止电荷集中效应）；不导电材料需喷C、Auc清洁干燥（晾置15分钟以上），无油污SEM的断口分析第30页SEM不足1、仅于表面形貌观察；结构分析较差2、分辨本事赶不上TEM原子尺度Å另、金相制样注意：稍深点腐蚀（衬度好，起伏大），充分利用SEM立体感强，层次丰富，景深大SEM的断口分析第31页Al-Si过渡区（激光重熔）SEM的断口分析第32页Al-Si激光重熔前SEM的断口分析第33页Al-Si激光重熔区SEM的断口分析第34页马氏体SEM的断口分析第35页马氏体金相组织SEM的断口分析第36页马氏体SEM的断口分析第37页电子通道花样SEM的断口分析第38页电子通道花样SEM的断