螺栓断口形貌分析

断口分析

研究金属断裂面的学科，是断裂学科的组成部分。金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，称断口。断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直受到重视。通过断口的形态分析去研究一些断裂的基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。如果要求深入地研究材料的冶金因素和环境因素对断裂过程的影响，通常还要进行断口表面的微区成分分析、主体分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等。随着断裂学科的发展，断口分析同断裂力学等所研究的问题更加密切相关，互相渗透，互相配合；断口分析的实验技术和分析问题的深度将会取得新的发展。断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。

断口的宏观和微观观察 断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。通常把低于40倍的观察称为宏观观察，高于40倍的观察称为微观观察。

对断口进行宏观观察的仪器主要是放大镜(约10倍)和体视显微镜（从5～50倍）等。在很多情况下,利用宏观观察就可以判定断裂的性质、起始位置和裂纹扩展路径。但如果要对断裂起点附近进

断口金相分析

一、实验目的

1、掌握断口宏观分析的方法，了解断口宏观分析的意义及典型宏观断口的形貌特征。 2、了解扫描电镜在断口分析中的应用，识别几种常见断口的微观形貌。

二、 实验设备及试样

1、实验设备：低倍体式显微镜、扫描电子显微镜。

2、试样：铸铁及低碳钢拉伸断口、氢脆断口、疲劳断口、系列冲击断口，过热过烧断口等等。

四、 实验内容

钢材或金属构件断裂后，破坏部分的外观形貌通称断口。断裂是金属材料在不同情况下当局部破断发展到临界裂纹尺寸，剩余截面不能承受外界载荷时发生的完全破断现象。由于金属材料中的裂纹扩展方向总是遵循最小阻力路线，因此断口一般也是材料中性能最弱或零件中应力最大的部位。断口型貌十分真实地记录了裂纹的起因、扩展和断裂的过程，因此它不仅是研究断裂过程微观机制的基础，同时也是分析断裂原因的可靠依据。断口分析中分宏观断口分析与微观断口分析两类，它们各有特点，相互补充，是整个断口分析中互相关联的两个阶段。 （一）宏观断口分观

宏观断口分析：用肉眼、放大镜、低倍实体显微镜来观察断口形貌特征，断裂源的位置、裂纹扩展方向以及各种因素对断口形貌特征的影响称断口宏观分析。从断裂机理可知，任何断裂过程

扫描电镜分析

扫描电子显微镜

扫描电镜分析

扫描电子显微镜的基本知识与像差 电子束与固体样品作用和产生的信号 扫描电子显微像的衬度 扫描电子显微镜的构造和工作原理 扫描电子显微镜的样品制备

电子束与固体样品作用和产生的信号

当高速电子照射到固体 样品表面时，就可以发 生相互作用，产生背散 射电子，二次电子，俄 歇电子，特征X射线等信 息。 这些信息与样品表面的 几何形状以及化学成份 等有很大的关系。 通过这些信息的解析就 可以获得表面形貌和化 学成份的目的。

(1)背散射电子：指被固体样品的原子核反弹回来的一部分 反射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 它的能量较高，基本上不受电场的作用而直接进入检测器。 散射强度取决于原子序数和试样的表面形貌。用于扫描电镜的成像。

(2)二次电子： 入射电子撞击样品表面原子的外层电子， 把它激发出来，就形成了低能量的二次电子；在电场的作 用下，二次电子呈曲线运动，翻越障碍进入检测器，因而 使表面凸凹的各部分都能清晰成像。二次电子的强度主要 与样品表面形貌有关。二次电子和背散射电子共同用于扫 描电镜的成像。

(3)吸收电子：入射电子进入样品之后，经过多次非弹性散射，使其能量 基本耗散，最后被样

名词解释

延性断裂：金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。 蠕变：金属长时间在恒应力，恒温作用下，慢慢产生塑性变形的现象。

准解理断裂：断口形态与解理断口相似，但具有较大塑性变形（变形量大于解理断裂、小于延性断裂）是一种脆性穿晶断口

沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。 解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。 应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断

疲劳辉纹：显微观察疲劳断口时，断口上细小的，相互平行的具有规则间距的，与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。

正断：断面取向与最大正应力相垂直（解理断裂、平面应变条件下的断裂）

韧性：材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小，是材料强度和塑性的综合反映。 冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。 位向腐蚀坑技术：利用材料腐蚀后的几何形状与晶面指数之间的关系研究晶体取向，分析断

裂机理或断裂过程。

河流花样：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。其形状类似地图上的河

流。

断口萃取复型：利用AC纸将断口上夹杂物或第二相质点萃取下来做电子衍射分析确定这些

质点的晶体结构。

氢脆：金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断。 卵形韧窝：大韧窝在

1. 分析过程

1.1. 理论分析

1.2. 简化过程

如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，则会出现裂纹缝隙无法修补，给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦，因此，在Abaqs中进行计算之前，对原来的零件模型进行一些简化和修整。 A. 法兰部分不是分析研究的重点，因此将其简化掉；

B. 经计算，M24×3的螺纹的升角很小，在 度，因此可以假设螺旋升角为0； C. 忽略螺栓和螺母的圆角等细节；

1.3. Abaqus中建模

查阅机械设计手册，得到牙型如下图所示，在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型，如图 1-1所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如图 1-2所示。

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图 1-1

图 1-2

建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中，选择Material->Manager->Create，创建一个名为Bolt&Nut的新材料，首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa，设置其泊松比为0.3，如图 1-4所示。

建立截面。点击Section->Manager->Creat，建立Solid，Homogeneous的各

v1.0 可编辑可修改1.分析过程

1.1.理论分析

1.2.简化过程

如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，则会出现裂纹缝隙无法修补，给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦，因此，在Abaqs中进行计算之前，对原来的零件模型进行一些简化和修整。

A.法兰部分不是分析研究的重点，因此将其简化掉；

B.经计算，M24×3的螺纹的升角很小，在度，因此可以假设螺旋升角为0；

C.忽略螺栓和螺母的圆角等细节；

1.3.Abaqus中建模

查阅机械设计手册，得到牙型如下图所示，在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型，如错误!未找到引用源。所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如错误!未找到引用源。所示。

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v1.0 可编辑可修改

图 1-1

图 1-2

建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中，选择Material->Manager->Create，创建一个名为Bolt&Nut的新材料，首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa，设置其泊松比为，如错误!未找到引用源。所示。

建立截面。点击Section->Manager->Creat，建立Solid，

纳米材料的形貌控制

摘 要

形貌及尺寸规整可控的纳米晶体的合成是目前十分引人注目的纳米材料研究领域。制备合成中的形貌调控及其功能化是这些纳米材料能够得到应用的关键问题。研究者们希望在纳米晶的任一阶段均能实现控制并在期望的阶段停止，从而得到尺寸、形态、结构及组成确定的纳米晶体。

本文对纳米材料的基本概念、纳米材料的分类和纳米材料的合成方法以及纳米技术应用状况作了介绍，并基于晶核的生成、晶核进化为晶种以及晶种生长为晶体三个阶段，论述了各种在纳米材料的合成过程中，从热力学和动力学方面如何调控晶体形貌。探索纳米粒子的调控合成对于纳米材料的规模化生产及应用具有重要的理论价值和指导意义。

关键词：纳米材料，晶核，晶种，形貌控制

目 录

1 前言 ........................................................................................................................................ 1 2 纳米材料的简介 .......................................................

液压螺栓拉伸器行业技术分析报告

一、国内外拉伸器行业的现状

这些年，随着机械行业越来越向着电气化，智能化，自动化，数字化发展，随着工业安装对螺栓拉力要求的提高，靠扭矩计算拉力已不能满足精度要求，螺栓拉伸器广泛应用在各行各业不同类型设备的螺栓拆锁，为客户解决了螺栓拆锁方面的众多难题，实践证明螺栓拉伸器满足了客户不同工况的需求。螺栓拉伸器具有操作简便、体积小、重量轻、拉伸力输出均匀，精度高（并可多个同时预紧）、寿命长、维护少等优点。在电力、石油、化工、钢铁、矿山、水泥、交通、机械、军工等行业得到成功应用。而且已成为机械重工行业不可或缺的高级自动化工具之一。目前，液压螺栓拉伸器技术在国内外都已成熟，而且拥有统一的标准。同行业中欧美等发达国家在技术上要领先于中国，在全球市场中占据绝大部分。其中尤其德国的工艺和成产技术处于世界最高水平。如WINWID, SAIVS ,DEGO, SCHAAF等一些著名品牌在全球广泛使用并得到认可。在国内中国虽然已具有成产相同产品的技术，但是相比欧美国家在工艺技术上还有待提高，而且国际影响也远远落后欧美。其中上海神模SHENMO生产的液压螺栓拉伸器属国内领先。

二、 国内外著名拉伸器品牌和特点

1，KATTOR品牌

KA

发动机缸盖螺栓断裂失效分析

俞雁1宋贞桢2李瑞峰3刘卓1李钰怀1

（1.广州汽车集团股份有限公司；2.本田汽车（中国）有限公司；3.华测检测技术股份有限公司）

【摘要】为确定某发动机缸盖上使用的SCM435螺栓的断裂原因，对该螺栓进行了断口宏观分析、SEM电镜分析、化学成分分析、金相组织检查及力学性能测试。分析结果表明，螺栓材质化学成分不符合相关要求及螺纹表面存在微裂纹是该螺栓断裂的主要原因。针对该螺栓断裂原因提出了相应改进措施。

主题词：发动机缸盖螺栓失效分析

中图分类号：U464.231文献标识码：A文章编号：1000－3703（2010）09－0054－04 Failure Analysis of Engine Cylinder Head Bolt Fracture

Yu Yan1,Song Zhenzhen2,Li Ruifeng3,Liu Zhuo1,Li Yuhuai1

（1.Automotive Engineering Research Institute,Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd;2.Honda Motors(China)Co.,Ltd);

3.Shanghai Metal Lab,Centre T

基于非线性理论,运用ANSYS软件建立了螺栓的一维模型。在温度荷载下进行了螺栓的蠕变分析。研究结果对螺栓的有效应用具有一定的指导意义。

茎鏊鱼T hn ogy& E i ec ol qu pm e nt

螺栓在高温下的蠕变松弛分析王凯杨军常成杨春龙太原 005) 30 1 (中北大学机电工程学院，山西摘

要：基于非线性理论，运用 A YS软件建立了螺栓的一维模型。在温度荷载下进行了螺栓的蠕变 NS

分析。研究结果对螺栓的有效应用具有一定的指导意义。 关键字：非线性；A Y NS S;螺栓；蠕变分析

Th e p An l sso l d rHi h T m p r t r eCr e a y i f Bot Un e g e eau eW ANG i YAN G u Ka, J n, CHA N G e g, YAN G u Lo g Ch n Ch n n

( olg f c a ia E gn eig r iesyo hn,a u nS ax 3 0 C ia C l eo h nc l n ie r, t Unv ri f iaT i a h n i 0 5,hn ) e Me n No h t C y 0 1Absr c