柴油机小零件分析集合帖及断口分析讲义等

gtn1314

回复 19# zelda

    看来您也是用的这个牌子？据说蔡司电镜也很不错，CAMSCAN也很好，可惜都没用过，遗憾。

gtn1314

4. 耐热铸铁
这次样品比较常见，铸铁。但明明是球墨铸铁，但是偏偏又有人叫耐热铸铁，请各位专家看看怎么回事？




一般这种组织是球墨铸铁通过900度左右退火得到。

leomet

I am not Mr. know-it-all and seldom get involved with Al alloy products.
For the past 2 decades, tool steels and cast irons have been the alloys I've worked on.

Sharp corners of those hard phases in Al alloy castings could be crack initiation sites
if stress at the tips is large enough.

bosch-0685

回复 22# gtn1314


铁素体基体属耐热球墨铸铁  不知 有没有nb w  等合金元素？
另不知道15楼的照片是什么腐蚀剂，望指点。颜色的忖度赞一个。

kp007

回复 22# gtn1314


    有没有一些耐热的合金元素存在,si和mo的含量为多少？我也是觉得普通也就没做，主要是想获得一张质量较好的石墨的电镜照片，应用在进口增压器的排气管上面的东西！如果没有就一般了！

gtn1314

回复 23# leomet

谢谢您的指导。
我也同意您的看法，这个铝合金的硬化相边缘确实锐利，且有不少粗大相，一般这种相在高应力状态下就是裂纹起源。

gtn1314

回复 24# bosch-0685

铸铁在扫描电镜里做过简单观察和检查，未发现明显耐热相，沿晶界有小骨骼样相，因S和Mo在能谱仪中重峰，所以无法准确分辨是否耐热元素。
15楼没用腐蚀剂，是铸造铝合金，很多相本来就能看见。

gtn1314

回复 25# kp007
在晶界可以看见这种组织：


能谱能这样解释：

也能这样解释：

不过既然是耐热铸铁，还是含Mo,Si的解释更合理。

leomet

回复 26# gtn1314

You might have seen this photo before, I suppose.

gtn1314

回复 29# leomet

谢谢，您的帖子我都拜读过，受益匪浅，这个是典型脆性相作为裂纹源引起的裂纹扩展。

gtn1314

回复 25# kp007

这个不会是涡轮壳上的东西吧？

kp007

回复 31# gtn1314


    不是，排气歧管,看过增压器排气那一边的叶片没有，我今天拣了一个看着玩，
无磁性，抛光后看见稀少的合金相，部分呈不明显的链状，链状很短，约占视场的5-10%
fecl3腐蚀后基体呈细小的颗粒状但不明显，合金相不受浸蚀。

gtn1314

回复 32# kp007 [/

不会是叶轮吧？还是涡轮？
拿来看看嘛，注意保护断口。

gtn1314

5. 铸造铝合金使用中开裂

铸造铝合金工件，局部有明显使用造成的类似疲劳的痕迹，请见图片下边中部，以该部位为中心，有发散状条纹向其余部位扩展：

和断口垂直的面上，沿类似疲劳的痕迹向内孔，也有明显反复挤压或滑擦造成的磨损痕迹。
由此可猜测，铸造铝合金很可能是受配合件影响导致开裂。

gtn1314

用扫描电镜观察断口，验证了配合件导致活塞开裂的猜想，活塞是国产66-1材料：


第一张图片中部，第二张图片上部有一小平面，放大后观察有疲劳辉纹：


微观特征进一步验证该样品为疲劳断裂。
在疲劳源附近做电镜观察，断口无明显冶金缺陷：


观察断口附近金相组织，无明显铸造和热处理缺陷：


由此基本可以确定该零件的失效是由于两配合件配合不良导致铝活塞异常磨损开裂。

gtn1314

讨论一个裂纹分析问题：
40MnB零件锻造调质后探伤发现裂纹，调质设备为网带炉带甲醇滴注气氛保护，裂纹金相观察无脱碳，调质组织良好，裂纹低倍照片：


高倍观察：

裂纹靠近末端处：


圆球状斑点处能谱：

材料内有较多条带状夹杂，但方向与裂纹不一致，夹角约为70度：

夹杂能谱图：

判断一下，裂纹应该是什么阶段产生的？

kp007

回复 11# gtn1314


   


高cr合金铸铁目前疏松是普片存在的

gtn1314

回复 37# kp007

那么薄的工件，有那么多疏松是很危险的，除非不受多大力。

gtn1314

断口分析相关，先说历史：
断口形貌学（fractography)作为描述研究断口技术的名词是1944年Zapffe定义的。在16到18世纪，出现过不少研究断口的专著，还有人将断口用于评价钢材的优劣。19世纪，随着金相学的发展，人们对断口学的研究就不太感兴趣了，但也有例外，1856年R.mallet把加农炮管中的断口细节和凝固方式联系起来，认为“薄弱面”是炮筒外形有锐角存在的结果，可能是失效分析的第一个事例。
20世纪初期人们对金属微观形貌的研究仅仅局限于对抛光试样的观察上。到20世纪30年代，许多观察者认识到钢的性能和断口的宏观形貌有关。具有划时代意义的是Zapffe将光学显微镜应用到断口形貌的观察上，他用光学显微镜观察到解理断面（光学显微镜也能初步研究解理断面，但不是像论坛兄弟宏观照片也能看出解理）、沿晶断面甚至是铝合金中的疲劳条纹。
虽然光学显微断口学是十分有价值的，但是它的研究对象主要局限于有较大解理小面的断口，对于韧性断裂的微观形貌它是无能为力的。
随着透射电子显微镜和扫描电子显微镜在断口形貌观察上的应用，断口学有了质的飞跃，从此断口学的研究进入了全新的发展阶段，使得断口观察成为失效分析不可或缺的手段。
由于透射电子显微镜得到率先发展，所以它首先在断口研究中得到应用，透射电镜具有分辨率高、放大倍率高等诸多优点，为断口学发展做出了巨大贡献，但是其制样需要复型，制样复杂，容易引入认为因素造成假象，加上后来扫描电镜自身的发展，扫描电镜取代透射电镜逐渐成为断口研究的主要工具，它具有景深大，放大倍数范围广，试样要求简单，三维观察等优点（所以一般不再拍摄立体对照片）。
当今断口学发展重点：
复杂疑难断口的准确诊断、断裂机理研究及断口微观模型的建立和应用、断口定量和断口反推。

gtn1314

断口分析讲义：
断口分析组成：宏观分析和微观分析
宏观分析——工具：肉眼或40倍以下放大镜、实体显微镜；目的：确定断裂起源和扩展方向。
微观分析——工具：光学显微镜、透射电镜、扫描电镜；目的：确定断裂类型与机理。
宏观微观分析之间的关系——不可分割，互相补充，相互促进
断口分析技术内容——分析对象的确定与显示技术，观察与照相记录技术，识别与诊断技术，定性与定量分析技术，仪器与设备的使用技术。

裂纹打开与断口切取技术
打开方法：拉开、扳开、压开。
打开原则：沿裂纹扩展方向受力，使裂纹张开形成断口，避免造成断裂面的损伤。
切割方法：火焰切割、锯切、砂轮切割、线切割、电火花切割
切割注意事项：1.防止断口及其附近区域的显微组织因受热发生变化；2.防止断面的形貌特征受到机械或化学的损伤和污染。
断口的清洗技术
清洗之前检查：附着物分析测定有助于揭示断裂失效原因。
清洗对象：尘埃、油污、腐蚀产物、氧化膜
清洗方法：丙酮与超声波清洗；醋酸纤维纸反复复型剥离法；10%H2SO4水溶液+缓蚀剂（1%卵磷脂）中超声波清洗；氢氧化钠+高锰酸钾热煮法。
原则：除去断口表面的污物和腐蚀与氧化层，且不损伤断口的形貌特征

断口的保护和保存技术
严防断口表面遭受机械或化学损伤。
切忌：手触摸断口表面；匹配断面对接碰撞。
防护措施：专人保管；断口表面涂抹保护材料，如防锈漆、环氧树脂、醋酸纤维丙酮溶液；干净的塑料膜包扎。
断口观察原则：
根本原则：观察活动中的客观性
观察的目的性与客观性
观察的全面性和典型法
观察的受动性与主动性
观察活动中的感性因素与理性因素
正确处理上述四个方面的关系，对于观察活动的设计与组织，对于获得客观、准确、可靠的观察结果，均具有极其重要的指导意义。

断口宏观观察：
任务：确定断裂的类型和方式，为判明断裂失效的模式提供依据；寻找断裂起源区和断裂扩展方向；估算断裂失效件应力集中程度和名义应力的高低；观察断裂源区有无宏观缺陷。
首先：肉眼观察断面形貌特征及其失效件全貌，包括断口颜色变化、变形引起的结构变化，断口附近的损伤痕迹。
然后：采用放大镜和体视显微镜对主要特征区进一步观察，确定重点分析部位。
需要注意观察的特征：
①断口上是否存在放射花样和人字纹。
②断口上是否存在弧形迹线
③断口的粗糙程度
④断面的光泽与色彩
⑤断面与最大正应力的交角（倾斜角）
⑥断口特征区的划分和位置、分布与面积大小
⑦材料缺陷在断口上所呈现的特征。

断口微观观察：
方法：直接观察法和间接观察法直接观察法工具：体视显微镜、光学显微镜、电子显微镜
体视显微镜直接观察断口，应用于断口的初步分析
光学显微镜观察较为平坦的断口，主要分析裂纹的形态，如裂纹的走向及其与组织的关系
断口直接观察采用的显微镜主要是扫描电镜。
扫描电镜观察的步骤与原则：
①较低放大倍数初步观察，对断口全局性了解和掌握，确定重点观察部位。切忌：一开始就高倍观察。
②找出断裂起始区，对断裂源区进行重点观察与分析（位置、形貌、特征、微区成分、材质冶金缺陷、加工刀痕、外物损伤痕迹等）
③对断裂过程不同阶段形貌特征进行逐一观察。以疲劳为例：除对疲劳源区进行重点观察外，对扩展区和瞬断区特征依次观察，找出各区断裂形貌的共性和特性。
④断裂特征的识别。主要是将未知断口与已知的断裂形貌进行比较加以识别。
⑤获得扫描电镜断口图片。包括：断口全貌、源区、扩展区、瞬断区典型照片。
⑥对于判定断裂机理的微观特征要用合适的放大倍数拍摄，以充分显示形貌特征细节为原则。对于不同区域疲劳条带间距的变化，最好采用同一放大倍数，便于观察比较。
间接观察法（复型观察法）
复型材料：醋酸纤维薄膜（AC纸）
步骤：
滴丙酮-覆纸-压紧-干燥-揭纸-溶化

断口的特殊分析
断口的剖面分析技术
能有效揭示零件在制造、加工等过程中产生的缺陷、使用状况和环境条件等对断裂失效的影响。
断口上截取剖面，截取之前镀镍层或镶嵌法保护。
分析研究断口形貌与纤维组织之间的对应关系、断裂过程、断裂机理、变形程度、表面状态及损伤情况等。

断口蚀坑分析技术
利用腐蚀坑体积的几何参数与晶面指数之间的关系来分析晶体取向的技术。
晶体材料在一定腐蚀条件下，发生腐蚀溶解是不均匀的，低指数面先腐蚀溶解。
研究晶体取向，确定断口上的解理面、滑移面裂纹萌生的位置及裂纹局部扩展方向。

断口定量分析技术
包括断口表面成分、结构和形貌特征的定量分析。
表面成分：表面平均成分、表面微区成分、元素的面分布与线分布以及元素沿断口深度变化等。
表面结构：断裂小面的晶面指数、断面微区第二相的结构、数量，各微区表面之间的夹角等。
形貌特征：断口表面上特征花样的线条与面积的多少与大小，断口形貌特征的数量与断裂条件尤其是断裂力学参量之间的关系。

断口分析有很多具体细节，欢迎有兴趣的同仁一起探讨分析。