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【科普】扫描电镜下呈现的金属拉伸断裂过程

发布时间: 2022-09-24 05:53:44 来源:华体会登录手机版 作者:华体会在线登录注册

  拉伸试验是一种常用的分析方法,可以提供有关物体弹性的信息,以及物体受到压力或拉力时产生的阻力。这种测试可以对多种材料进行分析,分析材料受力时变化行为。拉伸试验的主要目的是评估相关参数(比如杨氏弹性模量)或研究剪切应力如何影响材料性能。拉伸试验可以帮助研究人员创建模型并研发更好的材料。  金属断口

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  拉伸试验是一种常用的分析方法,可以提供有关物体弹性的信息,以及物体受到压力或拉力时产生的阻力。这种测试可以对多种材料进行分析,分析材料受力时变化行为。拉伸试验的主要目的是评估相关参数(比如杨氏弹性模量)或研究剪切应力如何影响材料性能。拉伸试验可以帮助研究人员创建模型并研发更好的材料。

  金属断口通常是一个凹凸不平的粗糙面,而且是块状样品,取样容易,在扫描电镜的样品仓中可进行倾斜旋转多角度观察,因此扫描电镜非常适合断口分析。

  对于不同断裂机制形成的断口,其微观结构各有独特的形貌特征,一般将其分为两大类:

  金属多晶材料的断裂,通过空洞核的形成、长大和相互连接的过程进行,这种断裂称为韧窝断裂(dimple fracture)。韧窝断裂是属于一种高能吸收过程的断裂,是延性断裂中的一种。

  如图1所示,其断口特征为:宏观形貌呈纤维状,微观形态呈蜂窝状。断裂面是由一些细小的窝坑构成,窝坑实际上是长大了的空洞核,通常称为韧窝,它是韧窝断裂的最基本形貌特征和识别韧窝断裂机制的最基本依据。

  韧窝的尺寸和深度与材料的延展性有关,而韧窝的形状也同受到的破坏应力有关。因此,对于断口面上吻合部位的韧窝几何形状、尺寸和深度进行分析,就可以确定断裂时所在部位的应力状态和裂纹扩展的方向,并可对材料的延展性进行评价。

  沿晶脆性断裂是指断裂路径沿着不同位向的晶界(晶粒间界)所发生的一种属于低能吸收过程的断裂。根据断裂能量消耗最小原理,裂纹的扩展路径总是沿着原子键合力最薄弱的表面进行。

  晶界强度不一定最低,但如果金属存在着某些冶金因素使晶界弱化(例如杂质原子 P、S、Si、Sn 等在晶界上偏聚或脱溶,或脆性相在晶界析出等),则金属将会发生沿晶脆性断裂。

  沿晶脆性断裂的断口特征是:在宏观断口表面上有许多亮面,每个亮面都是一个晶粒的界面。如果进行高倍观察,就会清晰地看到每个晶粒的多面体形貌(如图2所示),类似于冰糖块的堆集,故有冰糖状断口之称。

  除了金属,咱们再看一个有意思的拉伸断裂视频,这些视频估计大家都是第一次见,微观中的断裂:

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