2.2.1 断口分析技术

对于断裂后零件而言，断口是材料断裂后留下的自然表面，提供重要的断裂信息（包括断面形貌特征、断口颜色变化、变形引起的结构变化、断口附近的损伤痕迹等），故断口分析技术尤为重要。一般认为，断口分析技术包括宏观断口分析技术和微观断口分析技术。

1.宏观断口分析

宏观断口分析是指在各种不同照明条件下用肉眼、放大镜和体式显微镜等对断口进行直接观察与分析。

根据宏观断口的形貌可以判断裂纹源的位置与断裂类型，这对进一步分析及防止失效有重要的意义。例如：裂纹源出现在表面，则应强化零件的表面性能；如果裂纹源出现在材料的内部，则应强化整体性能。找到裂纹源后才可以有的放矢地对裂纹源的组织结构进一步深入分析。根据断口宏观形貌往往可以判断出疲劳断裂、脆性断裂等断裂类型。

通过宏观断口分析，结合零部件实际服役条件及各类典型力学试验条件下的断裂应力与断裂过程确定断裂模式。在确定断裂模式条件下，进一步判断零部件在实际服役条件下的载荷类型接近哪种或哪几种典型的力学性能试验。虽然实际工件与典型力学性能试验有差别，但是载荷或多或少有类似之处，导致断口有类似之处；断口类似之处越多，实际载荷情况就越接近力学性能试验载荷情况，这就为下一步对失效的零部件进行力学性能试验提供依据，同时也就明确了应该进一步提高材料的何种性能，也为分析断裂的机理提供了方向。

例如，判断出零部件是在疲劳载荷形成的断口，分析断裂原因，应重点分析影响疲劳强度的因素，同时测定零部件实际疲劳强度，为了保证和提高零部件的使用寿命，则应该进一步采取措施，提高材料的疲劳强度。

体式显微镜是观察宏观形貌特征不可或缺的工具，可观察失效件的全貌（与失效件尺寸有关），掌握其颜色、判定断裂位置、断裂扩展方向与路径、断裂源区和裂纹走向以及磨损或腐蚀情况，对失效模式和性质做出判断。体式显微镜如图2-2所示。

失效件的宏观分析不仅与受力状态及环境条件有关，而且与材料的性质及组织结构有关。通过宏观分析可以直接推断出失效模式与原因，同时也为微观分析提供证据。因此，失效件的宏观分析是失效分析的基础，也是失效分析成功与否的关键，需要仔细地进行。

图2-2 体式显微镜

2.微观断口分析

微观断口分析主要是指借助于光学、电子等显微镜对断口进行放大后进行的观察和分析。

对于失效断口形貌的细节进行分析，便于判断微观断裂机制，如寻找断裂源、疲劳辉纹、腐蚀产物、微观缺陷等，并可通过能谱附件进行缺陷、腐蚀产物等对象的定性和定量分析。

扫描电子显微镜是进行微观断口分析的重要手段之一。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是利用电子束对样品表面进行扫描，与样品表面相互作用激发出各种信号（主要是二次电子和背散射电子）。根据不同信号产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌和元素分布的信息。

扫描电子显微镜的用途为：观察裂纹源附近的形貌是否有特殊之处（如夹杂物等）；观察断口上是否有裂纹；判断微观断裂机制（观察疲劳条纹、判断韧性断裂与脆性断裂、解理断裂、韧窝断裂等）；疲劳定量分析；在光学显微镜分辨率不够时，有时可以用于观察样品微观组织形貌。扫描电子显微镜如图2-3所示。

图2-3 扫描电子显微镜