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

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 .......................................................

冷轧板的各工序形貌及表面清洁度分析

许斌１’２，刘春明１。安成强。 １，王双红１，于晓中１

（１．东北大学材料与冶金学院，沈阳１１０８１９；２．河北钢铁集团邯钢公司，邯郸０５６０１

５；

３．沈阳理工大学环境与化Ｔ．学院，沈阳１１０１６８；４．东北大学金属防护技术Ｔ－程研究中心，沈阳１１０８１９）［摘

要］

借助激光共聚焦显微镜、电化学方法、称量法和分光光度法分析了冷轧板在不同工序的微观形

貌、耐蚀性及其残留物总量和残铁量。结果表明：不同工序的表面形貌相差不大且耐蚀性差别也不显著；不同工序的表面清洁度有明显差别。其中冷轧工序残留物总量最多；同一工序的板材的不同位置表面残留物含量也略有不同，中间部位的残留物含量小于操作侧和驱动侧。

［关键词］表面形貌；清洁度；残留物；冷轧板［中图分类号］ＴＧｌ７４．４２

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００１—３６６０（２０１０）０４—００５３—０２

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎｔｈｅ

Ｓｕｒｆａｃｅ

Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ

ｏｎ

ａｎｄＣｌｅａｎｎｅｓｓ

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４

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扫描电镜结构与断口观察

一、

实验目的：

1、了解扫描电镜的基本结构，成相原理；

2、掌握电子束与固体样品作用时产生的信号和各种信号在测试分析中的作用； 3、了解扫描电镜基本操作规程； 4、掌握扫描电镜样品制备技术；

5、掌握韧性断裂、脆性断裂的典型断口形貌。 二、

实验原理：

1、 扫描电子显微镜的构造和工作原理：

扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。 扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。 目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。

扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个基本部分组成。

其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束

扫描电镜结构与断口观察

一、

实验目的：

1、了解扫描电镜的基本结构，成相原理；

2、掌握电子束与固体样品作用时产生的信号和各种信号在测试分析中的作用； 3、了解扫描电镜基本操作规程； 4、掌握扫描电镜样品制备技术；

5、掌握韧性断裂、脆性断裂的典型断口形貌。 二、

实验原理：

1、 扫描电子显微镜的构造和工作原理：

扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。 扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。 目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。

扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个基本部分组成。

其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束

表面形貌建模与仿真自学报告

表面形貌建模与仿真自学报告

通过表面形貌建模与仿真这门课的学习和自学相关文献，对表面形貌表征的方法研究进展和表面形貌摩擦学研究方法与技术有了进一步的了解。

表面形貌是指零件表面的粗糙度、波度、形状误差及纹理等不规则的微观几何形状，是由加工过程中，切削、磨削引起的塑性变形以及加工设备的振动等原因造成的。根据波长的大小分为粗糙度、波度和形状偏差，一般而言，波距大于10mm属于形状偏差；波距在1-10mm间属于波纹度范围；波距小于1mm属于表面粗糙度范围，表面粗糙度又称为表面微观几何形状误差。

大量研究表明，表面形貌对零件的功能有很大的影响, 尤其是对摩擦表面的磨损、润滑状态、摩擦、振动、噪声、疲劳、密封、配合性质、涂层质量、抗腐蚀性、导电性、导热性和反射性能的影响更为显著，因此对表面形貌特征识别和评定的研究越来越为工程技术界所重视, 也一直是摩擦学、表面学等领域研究的重要课题之一。正确地规定和控制表面形貌, 其作用往往不亚于采用一种新材料和新结构, 有着重大的经济价值。国内外对此已有较深入的研究, 并取得了一定成果。

一、表面形貌的数学描述及数学模型

1.最小二乘多项式拟合法

最小二乘平面是由在现行标准中所采用的最小二