主斷面 (主裂紋)確定后,斷裂分析的進一步工作是尋找裂紋源區(qū)。由于觀察分析手段和目的不同,斷裂源的含義也不同。工程上,一般所說的裂紋源區(qū)是斷裂破壞的宏觀開始部位。尋找裂紋源區(qū)不僅是斷裂宏觀分析中最核心的任務,而且是光學顯微分析和電子顯微分析的基礎。
(1)根據(jù)不同斷裂的特征確定裂紋源區(qū) 不同斷裂都有不同或相應的特征,按照這些特征來確定斷裂源是斷口分析中最直接、較可靠的方法。例如:如果在斷裂件的主斷面上觀察到纖維區(qū)、放射區(qū)及剪切唇三種斷裂特征,則裂紋源區(qū)應在纖維區(qū)中,并且還可斷定此種斷裂為靜載斷裂 (或過載斷裂)。板狀試件或矩形截面的零件發(fā)生的靜載斷裂,在斷口上通常可以看到撕裂棱線呈人字紋的分布特征。對于光滑試件來說,一組人字紋指向的末端即為裂紋源區(qū)。圓形試件、缺口沖擊試件的靜載斷裂,應力腐蝕斷裂及氫脆斷裂的斷口上,其撕裂棱線通常呈放射線狀,一組放射線的放射中心則是裂紋源。疲勞斷裂的斷口上通常可以看到貝紋花樣的特征線條,貝紋線形似一組同心圓,該圓心即為裂紋源。
總之,不同的斷裂類型,在斷口上都可以觀察到典型的特征形貌。正確的斷口分析不僅能夠確定斷裂的性質(zhì),同時能夠確定斷裂源區(qū),為進一步的分析確定基礎。有關不同斷裂斷口特征的細節(jié)請參閱以下各章節(jié)和相關文獻內(nèi)容。
(2)根據(jù)裂紋寬度確定裂紋源區(qū) 將斷開的零件的兩部分相匹配,則裂紋的最寬處為裂紋源區(qū)。圖 3-11所示為實際開裂的管件,可按照斷口拼合后的張口大小確定斷裂源。兩段拼合后,先開裂的部分張口很大,而后開裂的部分(管子的下部)則拼合很好。此管的開裂是由于軋制時產(chǎn)生的折疊所致,斷裂始于折疊處。

(3)根據(jù)斷口上的色彩程度確定裂紋源區(qū) 按照斷口的顏色及其深淺程度來確定裂紋源區(qū)的方法,主要是觀察斷口上有無有別于金屬本色的氧化色、銹蝕及其他腐蝕色彩等特征,并依此確定裂紋源區(qū)的宏觀位置。這也是斷口分析中經(jīng)常采用的方法。
在有氧化和銹蝕的環(huán)境中發(fā)生斷裂的零件,其斷口上有不同程度的氧化及銹蝕色彩。顯然,有色彩處為先斷,無色彩處 (或為金屬本色)為后斷。色彩深的部位為先斷,色彩淺的部位為后斷。
在高溫下工作的零件,其斷口上通常可見深黃色和藍色色彩,前者為先斷,后者為后斷。
水淬開裂的零件可以根據(jù)斷口上的銹蝕情況判斷開裂點。油淬時,可以根據(jù)淬火油的滲入情況判斷起裂點。若斷口發(fā)黑,說明在淬火前零件上就有裂紋(黑色是高溫氧化的結果)。
(4)根據(jù)斷口的邊緣情況確定裂紋源區(qū) 觀察斷口的邊緣有無臺階、毛刺、剪切唇和宏觀塑性變形等,將有助于分析裂紋源區(qū)的位置、裂紋擴展方向及斷裂的性質(zhì)等問題。因為隨著裂紋的擴展,零件的有效面積不斷減小,使實際載荷不斷增加。對于塑性材料來說,隨著裂紋的擴展,裂紋兩側的塑性變形不斷加大,依此即可確定裂紋的擴展方向。在斷口的表面沒有其他特殊花樣存在的情況下,利用斷口邊緣的情況往往是判斷裂紋源區(qū)及裂紋擴展方向的僅有的和可靠的方法。例如:在高溫下開裂的蒸汽管道,其斷口往往由于高溫氧化而難以判斷開裂的方向。而確定開裂是從管壁外表面開始的還是從管壁內(nèi)表面開始的,是正確分析蒸汽管道開裂原因的基本條件。在這種情況下,斷裂表面的剪切唇或毛刺則是僅有的判定依據(jù)。圖 3-12所示兩根爆裂的蒸汽管道的爆口形狀基本相同,爆口邊緣無明顯塑性變形,都屬于脆性爆管。在圖 3-12a所示爆管管壁內(nèi)側和圖 3-12b所示爆管管壁外側均有可見的剪切唇和毛刺,因此,可以斷定圖 3-12a所示爆管為管外壁起裂,而圖 3-12b所示爆管為管內(nèi)壁起裂。據(jù)此取樣進一步分析爆管原因可知,圖 3-12a所示爆管是由于外表面氧化引起的,而圖 3-12b所示爆管則是由于長期過熱導致材質(zhì)老化引起的。

當然,并不是在所有的斷口上都能找到斷裂源。如整體金屬零件出現(xiàn)的脆性斷裂,斷口為瓷狀,過熱及過燒件的斷裂為結晶狀斷口,以及晶間腐蝕與均勻腐蝕斷口在宏觀上均無可見的斷裂源。

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