理化检测基础知识问答(物理部分9)

理化检测基础知识问答(物理部分9)

困

(一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂，江苏无锡214026)

内容说明：1．根据机械丁业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会编写的教材而提出的；2．适用于一级、二级理化检验人员取证和考级的需要．以及在岗理化检验人员巩固和更新知识体系的需要；3．全部内容共498问，本刊自2008年第l 期起连载。

中图分类号：TG l15．2文献标识码：C文章编号：1003—8345(2009)03--0091—06

252失效分析目的有哪几种?

答：失效分析目的有：

(1)以提高产品质量为目的，找出造成产品失效的原因和影响因素，提出改进措施，以防止同类产品失效现象的重复出现；

(2)以技术攻关为目的；

(3)以劣质产品的确定和处理为目的；

(4)仲裁性的分析；

(5)为进行修复而作的分析。

253失效分析的意义是什么?

答：失效分析的意义是：

(1)具有显著的经济意义。通过分析，找出原因采取改进措施防止重大事故发生减少损失。

(2)能促进科学技术发展。通过对各类事故的分析，可促进各类科学和技术的发展。

(3)是质量管理的重要环节。失效分析的经验是新产品开发规划和设计的依据，它是对质量控制网的实地检验，是评定产品缺陷安全的最佳参考依据。

254机械构件失效类型有哪几种?

答：机械构件失效类型有变形失效、断裂失效、腐蚀失效和磨损失效等四种。

255什么是塑性断裂失效?塑性断口的宏观和微观形貌是什么?

答：当构件承受的实际应力大于材料的屈服强度时，将产生塑性变形，应力进一步增大，就会产生断裂，称为塑性断裂失效。

塑性断裂的特征是在裂纹或断口附近有宏观塑性变形，或者在塑性变形处有裂纹出现；它

作者简介：郑祝林(1933．02—2009．03)，男，汉族，浙江籍．教授级高工。是一种典型的抗拉试样的杯锥状断口，杯部呈纤

维状特征，锥部呈浅灰色的光滑区，并与杯部成450角。其微观形态主要为韧窝。

256什么是解理断裂?试述解理断裂的特征

及产生条件。

答：解理断裂是穿晶脆断的一种常见和主要

的断裂方式。解理断裂是指在一定条件下，金属

因受拉应力作用而沿某些特定的结晶学平面发

生分离。其特征是断裂时所受应力较低，常低于

材料的屈服强度；构件在断裂时没有明显的塑性

变形；断裂源总是发生在缺陷处或几何形状突变

的凹槽、缺口等处；断口宏观形貌平直，断口上有

放射状条纹；一旦发生，其扩散速度很快。它的产

生条件是构件存在三向应力集中的部位，如表面

缺口、裂纹、几何形状突变等；有一定大小的应力

作用，像残余应力、冲击应力等；低温即温度低于

材料的脆性转变温度点。

257什么是准解理断裂?它有何特征7

答：准解理断裂常在淬火回火的马氏体组织

中出现，其特征与解理断裂相似，故被命名为“准

解理”断裂。断口宏观形貌具有细小的放射状条

纹或呈瓷状；断口的微观形态也有河流花样，但

其河流短而不连续，并能观察到较多的撕裂棱特征。

258什么是沿晶脆性断裂?造成沿晶脆性断

裂的原因有哪几种?

答：沿晶脆性断裂是指裂纹沿晶粒界面扩展

而造成金属材料的脆断。造成沿晶脆性断裂原因有：(1)晶界沉淀相引起，即由晶界的夹杂和第二

相沉淀所引起；

(2)杂质元素在晶界偏聚造成沿晶脆断；

现代铸铁2009／3『91

(3)环境介质浸蚀而引起的晶界断裂，主要

是氢脆、应力腐蚀；

(4)高温下沿晶断裂，主要有焊接热裂纹、磨

削裂纹和蠕变等。

259什么是疲劳断裂?简述疲劳断口的宏观和微观特征。

答：疲劳断裂是指机械零件在循环交变应力作用下引起的断裂。疲劳断口的宏观特征是由疲

劳源区、裂纹扩散区和瞬时断裂区三个部分组

成，疲劳源常位于零件的尖角凹槽或材料的夹

杂、空洞、微裂纹等缺陷区，裂纹扩散区常有海滩

状条纹。而扩散区的微观形貌则有疲劳辉纹。瞬

时断裂区形貌与材料性质及断裂时的应力状态

有关，呈塑性断裂或脆性断裂。

260常见的疲劳破坏有哪几种?

答：常见的疲劳破坏有高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、接触疲劳、腐蚀疲劳、微振疲劳和蠕变疲

劳等。

261引起高周疲劳断裂的常见原因有哪几种?

答：高周疲劳断裂的常见原因有：(1)材料强度不足；(2)零件结构上有尖角、键槽、圆角等应

力集中区；(3)夹杂疏松、气孔、微裂纹等材料缺

陷；(4)表面缺陷如凹坑、折叠、加工刀痕；(5)热

处理缺陷如表面脱碳过热。

262什么是均匀腐蚀失效?有何特征?

答：均匀腐蚀失效是最常见的一种腐蚀，又称全面腐蚀失效。其特征是在整个暴露的金属构

件表面或相当大的面积上发生化学或电化学反

应而产生腐蚀，构件由于腐蚀减薄而最终失效。

263试述点腐蚀的形成原因及其特征。

答：点腐蚀是发生在不锈钢这类具有钝化一活化转变的合金局部腐蚀的一种，这种腐蚀的特

点是在腐蚀介质中发生的，特别是含氯离子的水

溶液是产生点腐蚀的主要原因。其特征是腐蚀麻

坑，剖面形状呈盘蝶形、椭圆形和楔形三种。

264试述晶间腐蚀的特征及其形成原因。

答：沿金属材料的晶粒界面发生腐蚀称为晶间腐蚀。其特征是表面尺寸几乎不变，有时表面

仍保持金属光泽，但强度和韧性下降，稍加冲击，

表面会出现裂纹。其形成的主要原因是偏聚在晶

界上的杂质或合金元素的富集与贫化的结果。92I现代铸铁200913

265什么是应力腐蚀?试述应力腐蚀的产生条件。

答：应力腐蚀是指机械构件在应力及腐蚀介质的联合作用下，出现低应力脆性开裂。应力腐蚀产生条件是必须有应力存在(工作应力和残余应力)和特定的腐蚀介质的环境。

266什么是电偶腐蚀?

答：电偶腐蚀是在电解质中，两种不同的金属相接触，由于电位不同构成一个微电池，在电极电位低的阳极上会产生腐蚀。

267腐蚀疲劳与普通疲劳有何不同?

答：腐蚀疲劳与普通疲劳的不同在于前者是在具有腐蚀性的介质中金属材料的疲劳极限显著降低。

268氢损伤有哪几种?

答：氢损伤应包括氢鼓包失效、氢脆开裂、氢脱碳及氢腐蚀等四种。

269常见的磨损失效有哪几类?

答：常见的磨损失效主要有粘着磨损、磨粒磨损、接触疲劳磨损和微动磨损等。

270什么是粘着磨损?形成粘着磨损的原因是什么?

答：相互运动的两表面在载荷的作用下，由于发生固相焊合，使接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面的现象称为粘着磨损。形成原因是在载荷高、速度高、温度高或润滑剂使用不当时，使润滑膜破裂，两金属之间发生直接接触而造成。

271什么是磨粒磨损?磨粒磨损的特征是什么?

答：磨粒磨损是指摩擦副之间挤入硬颗粒，造成对摩擦表面起到破坏作用的现象。其特征是摩擦副表面沿滑动方向有被磨粒犁皱或切削留下的细槽痕迹，或存在压溃裂纹、擦伤和剥落坑。

272接触疲劳磨损有几类?各有什么特征?

答：接触疲劳磨损常分为麻点剥落和片状剥落两类。麻点剥落：当表面受很高接触应力时，产生疲劳开裂，疲劳裂纹沿锐角方向向内扩展，最后由于裂纹尖端处的弯曲应力使其折断，形成剥落，其麻坑形状呈三角形。而片状剥落又称浅层剥落。在滚动接触情况下，最大接触应力仍在表面上，但由于受到滑动与滚动复合剪切应力，其

最大剪切力位于次表层，在超过材料的疲劳极限的情况下，产生片状剥落。它的疲劳源往往位于次表面的缺陷处，如夹杂、大块碳化物，表面硬化层与心部的交界处。

273什么是微动磨损?有何特征?

答：微动磨损是指受载构件的两接触表面间，由于受到振幅极小的相对运动而产生的磨损现象。其特征是接触表面产生红褐色的Fe20，或黑色的Fe，O。磨屑。在宏观上可观察到有凹坑形成。

274什么是润滑失效?引起润滑失效的原因有哪几种?

答：加在两运动接触表面间的润滑剂，当载荷、速度及温度增加时，局部的边界润滑膜破裂，就可能引起金属与金属直接接触，磨损加剧，引起失效，称为润滑失效。其失效原因有：油的分解变质；受污染；受热变质；油流失或油压不确定。

275什么是失效树分析法?

答：失效树分析法是利用数学图论与电子计算机结合在一起，编制出各事件之间的逻辑关系的一种分析方法。

276失效分析思络有哪几种?

答：失效分析思路通常有：

(1)以整体原则的思路分析法。零件一旦失效，就要把设备一环境一人当作整体关系来考虑，首先将三个方面问题各自进行考虑和分析，然后再根据调查资料和检验结果，采取“消去法”把不可能的问题逐个排除，对剩下的问题再进行仔细分析，找出失效原因。

(2)以设备制造全过程为系统的思路。在排除人和环境因素之外，就可以从设备制造方面进行分析，具体可从以下几个方面考虑：设计，材质问题，热加工缺陷，冷加工缺陷，装配和检验方面以及使用和维护方面。

(3)根据失效类型和失效模式(机理)分析的思路。零件失效一般不外乎变形、断裂、腐蚀和磨损四种失效形式。首先根据失效件的使用工况、表面形貌、断口宏观和微观形貌，就可以确定该项失效模式，然后通过实验数据来分析引起失效的原因。

(4)根据服役条件分析的思路。机械构件发生失效除制造质量缺陷外，与它的服役条件影响很大。通常情况下与失效的服役条件有关，如力、

时间、温度和环境因素。根据这些诱发条件，初步

可确定失效模式，排除大部分其他原因。

277失效件宏观分析包括哪些内容?

答：失效件宏观分析内容有：(1)观察整套装

置或整个部件，了解失效装置各部分的作用；

(2)初步确定失效形式，如韧性、脆性、疲劳、

腐蚀或磨损；

(3)根据断口形貌确定裂源位置；

(4)根据断裂特征推测加载方式(拉、弯、压

扭等)、应力大小、应力方向；

(5)根据断裂特征判断是否由缺陷引起，如

材质缺陷、制造加工缺陷、装配缺陷等；

(6)根据断口形貌初步确定环境介质影响，

对未断裂的腐蚀失效件表面、粒屑、介质进行分

析观察，初步提出属于何种腐蚀失效；

(7)对磨损失效件的表面磨损形貌、表面裂纹、磨粒等进行观察。

278裂源识别法有哪几种?

答：裂源识别法有：

(1)碎块拼凑法。将碎块依次拼合，密合程度

好的是后断的，密合程度差的是先断的。

(2)“T”型法。若零件上存在两条以上裂纹，

横贯裂纹为主裂纹。

(3)多枝形法。汇合处为裂源，分叉裂纹产生

于后。

(4)人字形法。在板材断口上，“人”字头部指

向裂源。

(5)放射状标记法。放射状条纹的会聚点就

是裂源。

(6)最小应变法。对于韧性材料，断裂时宏观

变形先小后大，变形小为裂源。

(7)剪切唇法。剪切唇断13光滑，与主应力方

向呈45。角，外表面有毛边等特征，剪切唇的对面

为裂源。

(8)贝纹花样判断法。对于疲劳断口，根据贝

纹线判断裂源，裂源位于弧形条纹的圆弧中心处。

(9)氧化法。当断口由腐蚀介质或温度作用

下产生，断口上氧化或腐蚀严重的部位为裂源。

279失效件取样时应注意什么?

答：失效件取样要注意取样的部位及量应

现代铸铁20091393

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280失效件金相检验包括哪些内容?

答：金相检验应包括宏观与微观检验两方面的内容。其具体内容有：(1)低倍酸蚀检验。检查材料内部偏析、疏松、夹杂、气孔等缺陷，表面折叠、夹砂、斑疤等缺陷，内裂纹、白点、过烧等，锻造流线、焊接质量、磨削烧伤等。(2)利用硫印和磷印法检验钢中硫和磷的偏析。(3)用显微组织分析来判断失效件的热处理或冷加工工艺是否正常。(4)分析失效件的工作表面是否发生过腐蚀、磨损、氧化和表面加工硬化等现象。(5)根据失效件上裂纹特征及裂纹两侧的显微组织来判断裂纹的性质。(6)通过失效件材料内部的非金属夹杂物分析来判断材料是否合格。

281试述加强失效事故的预防措施。

答：其预防措施为：(1)管理是预防失效事故的首要措施。对失效事故的预防必须从全局的管理上采取安全措施。(2)开展提高构件寿命及耐用性研究。系统研究材料成分、组织、工艺和几何形状尺寸对构件各种失效抗力的影响，以获得构件耐用性的优化。(3)加强对材料、零件及产品的质量检验和技术监督。(4)对重要零件进行动态监控。采用无损检测法x,zt N役过程中的重要部位作定期检查和监控。

补充思考题

1、根据铁—碳合金平衡图。求W(C)0．4％的铁碳合金缓冷到共析温度时，组织中先共析铁素体、珠光体和渗碳体(Fe3c)的百分数含量。

解：彬(C)0．4％铁碳合金缓慢冷到B S 线时，

奥氏体中先开始析出a固溶体，它的成分按B P 线变化，而奥氏体成分按B S线变化。到PSK线时，先共析铁素体为：FaI_Qss-9．fi z—gQ PY_：石了0．77—70-0．o．420i r=49．5％珠光体为：Po．77=卜49．5％=50．5％

如果按相的百分数来计算，50．5％的珠光体中应由铁素体(k)和F e3C所组成。

Fe3C

F啦=I-11．2％=88．8％

因此，Fe，C=11．2％x50．5％=5．7％

共析铁素体F。=88．8％x50．5％--44．8％

按相百分数，铁素数应是先共析铁素体+共析铁素体：F=R l+&=49．5％+44．8％=94．3％

2、求“C)1．概的铁碳合金缓冷到共析温度时，组织中的珠光体、铁素体和二次渗碳体的含量。

解：含埘(C)1．4％的铁碳合金在缓冷时，碰至I JE S线时，首先从奥氏体中分解出二次渗碳体。奥氏体的埘(C)量沿E S线变化。冷却到PSK线时，应该是A(奥氏体)和二次渗碳体。当然，A在似(C)0．77％时转变成珠光体。

Fe3C n一一QQK_M-万QS=盖岩务=器=10．6％

Po．77=1—10．6％=89．4％

而此时的铁素体百分数只能在共析珠光体

89．4％之中：F呲l。一一Q K-Q S一一鱼：鲤二Q：21

5

Q K-Q P6．69一o．0218

=5．92／6．6682=88．8％

因此F．=88．8％x89．4％=79％

3、根据A I—Si相图，求以Si)40％合金却到800℃时，液体I的成分是多少?13相的成分及百

分数多少?

解：I合金在冷却至800oC时的液相成分为埘(Si)25％，而B相的成分为98％。其百分数为B=器—40万25=旦20．5v嚷／O N G N E982573

n=一=一=一=二U．j

……

r

一一

4、求州Si)40％的I号铝硅合金，缓冷至共晶温度时，其初生13相的百分数含量?室温时。a和13的数量。

解：加(si)40％的I合金冷却至共晶温度时，B初生相的数量为：

13=坚尝=业．旦=堡=3％N D N C98-1286

——

冷至室温时：

仅=可NF-NM=199-广40=罟=59．6％

13=1-59．6％=40．4％

5、显微镜物镜的分辨率与哪些因素有关?两只物镜的数值子L径分别为0．55和0．85。如果用一种光问哪只物镜的分辨率高，为什么?

答：显微镜的鉴别率与物镜的数值孔径及波长有关。数值孔径越大，波长越短，则显微镜的鉴别率就越高。因此0．85物镜的数值孔径要比0．55物镜大；在一定波长的情况下应以0．85物镜的鉴别为高。因为鉴别率d与光波的波长入成正比，与数值孔径成反比。所以用同一种光源时，物镜的数值孔径值越大，显微镜的鉴别率就越高。

6、塑性变形与弹性变形有何不同?

答：弹性变形是金属在外力作用下产生的变形，当外力取消后能恢复原来的形状和尺寸；塑性变形也是金属在外力作用下产生的变形，但当外力取消后不能恢复原来的形状和尺寸。磐馥

(物理部分共281+6个问答全部刊完，下期开始刊登化学部分问答，敬请关注。)

(编辑：袁亚娟，E—m ai l：xdzt—yyj@126．cor n)