《金属断口分析教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属断口分析教案（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 备 课 本课程名称 金属断口分析 课 时 数 24 适用班级 材料091/092/093 授课教师 高 建 祥 使用时间 2010-2011学年第 2学期 冶 金 工 程 学 院 冶金工程学院备课纸金属断口分析课程授课教案 课程编号： 课程名称：金属断口分析课程总学时/学分：24/1.5（其中理论24学时，实验0学时，课程设计0周）适用专业：金属材料一、课程地位 机械产品失效分析是一门新的跨学科的综合性技术，在一些国家中已将它作为一门新的独立学科加以研究和发展。本课程的教学目的在于让学生了解失效分析中经常涉及的断裂力学基本知识，金属材料断裂的分类，断口分析技术及典型断裂：延性断裂、解理断裂、
2、准解理断裂、疲劳断裂、氢脆断裂、应力腐蚀断裂及其它断裂断口的宏观、微观特征，断裂失效机理及影响因素。二、教材及主要参考资料1 崔约贤. 金属断口分析M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. 1998.2 吴连生. 失效分析技术M. 成都：四川科学技术出版社.1985.三、课时分配序号授 课 内 容 提 要讲课习题课实验0第一章 金属的断裂61第二章 断口分析技术42第三章 延性断裂23第四章 解理断裂24第五章 疲劳断裂25第六章 氢脆断裂26第七章 应力腐蚀断裂27第八章 其他断裂48合计24四、考核方式与成绩核定办法1. 考核方式：闭卷考试2. 成绩核定办法：总分70考试成绩30平时成绩五、授
3、课方案章次名称第一章 金属的断裂本章学时16课堂讲授6实验0观看教学片0教学内容断裂的分类；材料的韧性及断裂力学。教学要求使学生掌握金属材料断裂方式的分类；金属材料的韧性及其断裂力学。教学重点难点重点: 断裂的分类；材料的韧性及断裂力学。难点: 断裂力学。教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论。（4）习题巩固。教学预习教材第一章习题1. 简述金属断裂的分类方法2. 简述K准则与应力强度因子的区别于联系章次名称第二章 断口分析技术本章学时14课堂讲授4实验0参观/上机0教学内容裂纹源位置的判别方法；宏观断口分析技术；微观断口分析技术。教学要求使学生能够正确理解并掌握金属断口分析
4、技术中常用的一些术语、概念和分析方法。教学重点难点重点：裂纹源位置的判别；断口分析技术。难点：断口分析技术教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第二章习题简述、的应用章次名称第三章 延性断裂本章学时1课堂讲授0实验参观/上机0教学内容韧窝断口的宏观和微观形貌特征；韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理。教学要求要求学生掌握韧窝断口的宏观和微观形貌特征；韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理。教学重点难点重点：韧窝断口的宏观和微观形貌特征；韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理。难点：韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理。教学策略（1）课堂讲授；
5、（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第三章习题韧窝断口的宏观和微观形貌特征韧窝裂纹的萌生扩展及韧窝形成的微观机理章次名称第四章解理断裂本章学时1课堂讲授习题参观/上机0教学内容解理断口的宏观和微观形貌特征；解理裂纹的萌生及扩展；解理断裂的影响因素。教学要求要求学生掌握解理断口的宏观和微观形貌特征；解理裂纹的萌生及扩展；解理断裂的影响因素。教学重点难点重点：解理断口的宏观和微观形貌特征；解理裂纹的萌生及扩展；解理断裂的影响因素。难点：解理裂纹的萌生及扩展；解理断裂的影响因素。教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第四章习题
6、简述解理断裂的影响因素章次名称第五章疲劳断裂本章学时1课堂讲授习题0参观/上机0教学内容疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理；疲劳断口的定量分析。教学要求要求学生掌握疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理；疲劳断口的定量分析。教学重点难点重点：疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理。难点：疲劳破坏机理。教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第五章习题分析疲劳断口的宏观和微观形貌特征；疲劳破坏机理；疲劳辉纹四要素章次名称第六章氢脆断裂本章学时1课堂讲授习题参观/上机0教学内容自清脆断口的形貌特征；氢脆的机理；钢中的白点。教学要求通过本
7、章要求学生深入掌握清脆断口的形貌特征；氢脆的机理；钢中的白点。教学重点难点重点：氢脆断口的形貌特征；氢脆的机理。难点：氢脆的机理。教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第六章习题简述氢脆断口的形貌特征；氢脆的机理。章次名称第七章应力腐蚀断裂本章学时1课堂讲授实验0参观/上机0教学内容应力腐蚀断口形貌特征；应力腐蚀断裂过程及机理；应力腐蚀的影响因素及防护措施。教学要求熟练掌握：应力腐蚀断口形貌特征；应力腐蚀断裂过程及机理；应力腐蚀的影响因素及防护措施。教学重点难点重点：应力腐蚀断裂过程及机理；应力腐蚀的影响因素及防护措施。难点：应力腐蚀断裂过程及机
8、理。教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第七章习题 应力腐蚀断裂过程及机理； 应力腐蚀断裂过程及机理章次名称第八章其他断裂本章学时1课堂讲授习题参观/上机0教学内容脆性沿晶断裂；延性沿晶断裂；过烧断口；蠕变断裂教学要求熟练掌握：脆性沿晶断裂；延性沿晶断裂；过烧断口；蠕变断裂教学重点难点重点：蠕变断裂。难点：蠕变断裂。教学策略（1）课堂讲授；（2）多媒体教学；（3）课堂讨论；（4）习题巩固。教学预习教材第八章习题 沿晶断裂的影响因素及分类 蠕变断裂的曲线第一章 金属的断裂1.1 断裂的分类 1.1.1 脆性断裂和延伸断裂：根据宏观现象分 脆性断裂
9、：1).裂纹源：材料表面、内部的缺陷、微裂纹； 2).裂纹扩展所需应力：较低屈服应力； 3).塑性变形：少或无； 4).断口：平齐、与正应力相垂直 。延性断裂：1).裂纹源：孔穴的形成和合并; 2).塑性变形：较大; 3).断口：无光泽的纤维状、剪切面断裂、与拉伸轴线成45 .1.1.2穿晶断裂与沿晶断裂：根据断裂扩展途径的不同来分穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部、可能为脆性断裂也可 能是延性断裂； 沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多属脆断。 1.1.3韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳断裂：根据微观断裂的机制上分 1.1.4正断、切断：根据断面的宏观取向与最大正应力的交角正断：断面取向与最大正应力相垂
10、直切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45交角1.2 材料的韧性及断裂力学简介1.2.1.材料的韧性：反映材料抗脆断能力的新指标 概念：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。 韧性的实验测定： 冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。1.2.2.断裂力学：（脆断）以线弹性理论为基础 裂纹尺寸与断裂强度的关系：材料的断裂韧性，反映材料抗脆性断裂的物理常量（不同于应力强度因子，与K准则相似） ：断裂应力（剩余强度） a：裂纹深度（长度）Y：形状系数（与试样几何形状、载荷条件、裂纹位置有关）应力场强度分析与断裂韧性： 根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为
11、三类裂纹变形：型：裂纹张开型 型：边缘滑开型（正向滑开型） 型：侧向滑开型（撒开型）在平面应力、应变条件下有（型） ：应力强度因子KNmn-3/2a：裂纹半长Y：裂纹形状系数K准则：当裂纹有缓慢扩展过渡到迅速扩展的瞬间，应力强度因子达到一个临界值KIC （以无限大板穿透裂纹为例）即为：脆性断裂的K准则 KC：材料常数，材料的平面应变断裂韧度 KI是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量，是表征裂纹尖端应力场强度的计算量；KIC是材料固有的机械性能参量，是表示材料抵抗脆断能力的试验量。型、型裂纹的应力强度因子： 型、型裂纹的失稳扩展条件：第二章 断口分析技术2.1裂纹源位置的判别2.1.1 T型法如
12、果在一个零件，型，如图2.1示，在通常情况下横穿裂纹A为首先开裂。因为在同一零件上后产生的裂纹不可能穿越原有裂纹扩展，裂纹扩展方向平行于A裂纹。裂源位置在裂源区的裂纹较宽、较深。A为主裂纹，B为二次裂纹为裂纹源。2.1.2分叉法:零件断裂过程中常常产生许多分叉，通常情况下裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向，扩展的反方向指向裂源位置。裂源在主裂纹上，一般情况下主裂纹宽而长。见图2.2图2.2分叉法示意图2.3.1变形法:延性断裂的零件在断裂过程中发生变形后碎成几块，将碎片拼合后变形盆大的部份为主裂纹，裂纹源在主裂纹所形成的断口上，见图2.3。图中A为主裂纹，B，C为二次裂纹。2.2断口试样制备技术2.2.1断口的截取a.在打开裂纹之前，要对零件的断裂部位进行拍照。照片要包括零件全貌及宏观细节放大。要求所拍照片主题明确、轮廓清楚、立体感强、没有多余的阴影。b.打开裂纹：在分析判断裂源位置及裂纹扩展方向后，一般都是沿着裂纹扩展方向将裂纹打开形成断口。如果已知零件开裂原因可用同类型更大应力打开裂纹。若不清楚引起开裂的应力可采用三点弯曲打开裂纹，如图2.4所示。图2.4三点弯曲法2.2.2清洗a.对油污染的断口先用汽油沉去油腻，再把断口放入盛有丙酮、石油醚或三氯甲烷等有机溶液的玻璃皿内，将玻璃皿故人超声波振荡器件进行超声清洗。b.对在潮湿空气中
