2.2.1 斷口分析技術(shù)

對于斷裂后零件而言，斷口是材料斷裂后留下的自然表面，提供重要的斷裂信息（包括斷面形貌特征、斷口顏色變化、變形引起的結(jié)構(gòu)變化、斷口附近的損傷痕跡等），故斷口分析技術(shù)尤為重要。一般認為，斷口分析技術(shù)包括宏觀斷口分析技術(shù)和微觀斷口分析技術(shù)。

1.宏觀斷口分析

宏觀斷口分析是指在各種不同照明條件下用肉眼、放大鏡和體式顯微鏡等對斷口進行直接觀察與分析。

根據(jù)宏觀斷口的形貌可以判斷裂紋源的位置與斷裂類型，這對進一步分析及防止失效有重要的意義。例如：裂紋源出現(xiàn)在表面，則應(yīng)強化零件的表面性能；如果裂紋源出現(xiàn)在材料的內(nèi)部，則應(yīng)強化整體性能。找到裂紋源后才可以有的放矢地對裂紋源的組織結(jié)構(gòu)進一步深入分析。根據(jù)斷口宏觀形貌往往可以判斷出疲勞斷裂、脆性斷裂等斷裂類型。

通過宏觀斷口分析，結(jié)合零部件實際服役條件及各類典型力學(xué)試驗條件下的斷裂應(yīng)力與斷裂過程確定斷裂模式。在確定斷裂模式條件下，進一步判斷零部件在實際服役條件下的載荷類型接近哪種或哪幾種典型的力學(xué)性能試驗。雖然實際工件與典型力學(xué)性能試驗有差別，但是載荷或多或少有類似之處，導(dǎo)致斷口有類似之處；斷口類似之處越多，實際載荷情況就越接近力學(xué)性能試驗載荷情況，這就為下一步對失效的零部件進行力學(xué)性能試驗提供依據(jù)，同時也就明確了應(yīng)該進一步提高材料的何種性能，也為分析斷裂的機理提供了方向。

例如，判斷出零部件是在疲勞載荷形成的斷口，分析斷裂原因，應(yīng)重點分析影響疲勞強度的因素，同時測定零部件實際疲勞強度，為了保證和提高零部件的使用壽命，則應(yīng)該進一步采取措施，提高材料的疲勞強度。

體式顯微鏡是觀察宏觀形貌特征不可或缺的工具，可觀察失效件的全貌（與失效件尺寸有關(guān)），掌握其顏色、判定斷裂位置、斷裂擴展方向與路徑、斷裂源區(qū)和裂紋走向以及磨損或腐蝕情況，對失效模式和性質(zhì)做出判斷。體式顯微鏡如圖2-2所示。

失效件的宏觀分析不僅與受力狀態(tài)及環(huán)境條件有關(guān)，而且與材料的性質(zhì)及組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。通過宏觀分析可以直接推斷出失效模式與原因，同時也為微觀分析提供證據(jù)。因此，失效件的宏觀分析是失效分析的基礎(chǔ)，也是失效分析成功與否的關(guān)鍵，需要仔細地進行。

圖2-2 體式顯微鏡

2.微觀斷口分析

微觀斷口分析主要是指借助于光學(xué)、電子等顯微鏡對斷口進行放大后進行的觀察和分析。

對于失效斷口形貌的細節(jié)進行分析，便于判斷微觀斷裂機制，如尋找斷裂源、疲勞輝紋、腐蝕產(chǎn)物、微觀缺陷等，并可通過能譜附件進行缺陷、腐蝕產(chǎn)物等對象的定性和定量分析。

掃描電子顯微鏡是進行微觀斷口分析的重要手段之一。掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）是利用電子束對樣品表面進行掃描，與樣品表面相互作用激發(fā)出各種信號（主要是二次電子和背散射電子）。根據(jù)不同信號產(chǎn)生的機理，采用不同的信息檢測器，使選擇檢測得以實現(xiàn)。對二次電子、背散射電子的采集，可得到有關(guān)物質(zhì)微觀形貌和元素分布的信息。

掃描電子顯微鏡的用途為：觀察裂紋源附近的形貌是否有特殊之處（如夾雜物等）；觀察斷口上是否有裂紋；判斷微觀斷裂機制（觀察疲勞條紋、判斷韌性斷裂與脆性斷裂、解理斷裂、韌窩斷裂等）；疲勞定量分析；在光學(xué)顯微鏡分辨率不夠時，有時可以用于觀察樣品微觀組織形貌。掃描電子顯微鏡如圖2-3所示。

圖2-3 掃描電子顯微鏡