断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理

断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理

按断裂的途径，断口可分为穿晶断裂和沿晶断裂两大类。穿晶断裂又分为穿晶韧性断裂和穿晶解理断裂（其中包括准解理断裂）。沿晶断裂也分为沿晶韧性断裂和沿晶脆性断裂。下面分别加以讨论。

1.穿晶断口

（1）穿晶韧窝型断口断裂穿过晶粒内部，由大量韧窝的成核、扩展、连接而形成的一种断口。

宏观形貌：在拉伸试验情况下，总是先塑性变形，引起缩颈，然后在缩颈部位裂纹沿与外力垂直的方向扩展，到一定程度后失稳，沿与外力成45°方向快速发展至断裂。众所周知，这种断口称为杯锥状断口。断口表面粗糙不平，无金属光泽，故又称为纤维状断口。

微观形态：在电子显微镜和扫描电镜下观察，断口通常是由大量韧窝连接而成的。每个韧窝的底部往往存在着第二相（包括非金属夹杂）质点。第二相质点的尺寸远小于韧窝的尺寸。韧窝形成的原因一般有两种形成情况：

1）韧窝底部有第二相质点的情况。由于第二相质点与基体的力学性能不同（另外，还

有第二相质点与基体的结合能力、热膨胀系数、第二相质点本身的大小、形状等的影响），所以在塑性变形过程中沿第二相质点边界（或穿过第二相质点）易形成微孔裂纹的核心。在应力作用下，这些微孔裂纹的核心逐渐长大，并随着塑性变形的增加，显微孔坑之间的连接部分逐渐变薄，直至最后断裂。图3-41是微孔穿过第二相质点的示意图。若微孔沿第二相点边界成核、扩展形成韧窝型裂纹后，则第二相质点留在韧窝的某一侧。

2）在韧窝的底部没有第二相质点存在的情况。韧窝的形成是由于材料中原来有显微孔穴或者是由于塑性变形而形成的显微孔穴，这些显微孔穴随塑性变形的增大而不断扩展和相互连接，直至断裂。这种韧窝的形成往往需要进行很大的塑性变形后才能够实现。因此，在这类断口上往往只有少量的韧窝或少量变形状韧窝，有的甚至经很大的塑性变形后仍见不到韧窝。当变形不大时，断口呈波纹状或蛇形花样，而当变形很大时，则为无特征的平面。

韧窝的形状与应力状态有较大关系。由于试样的受力情况可能是垂直应力、切应力或由弯矩引起的应力，这三种情况下韧窝的形状是不一样的。

（2）解理与准解理断口

1）解理断口。断裂是穿过晶粒、沿一定的结晶学平面（即解理面）的分离，特别是在低温或快速加载条件下。解理断裂一般是沿体心立方晶格的｛100｝面，六方晶格的｛0001｝面发生的。

宏观形貌：解理断裂的宏观断口叫法很多，例如称为“山脊状断口”、“结晶状断口”、以及“萘状断口”等（见图片3-53）。山脊状断口的山脊指向断裂源，可根据山脊状正交曲线群判定断裂起点和断裂方向。萘状断口上有许多取向不同、比较光滑的小平面，它们象条晶体一样闪闪发光。这些取向不同的小平面与晶粒的尺寸相对应，反映了金属晶粒的大小。微观形态：在电子显微镜下观察时，解理断口呈“河流花样”和“舌状花样”。

2）准解理断口。这种断口在低碳钢中最常见。前述的结晶状断口就是准解理断口，它在宏观上类似解理断口。

准解理断口的微观形态主要是由许多准解理小平面、“河流花样”、“舌状花样”及“撕裂

岭”组成。

2.沿晶断口

沿晶断口是沿不同取向的晶粒边界发生断裂。其产生的主要原因是由于晶界弱化，使晶界强度明显低于晶内强度而引起的。造成晶界弱化的原因很多，例如，锻造过程中加热和塑性变形工艺不当引起的严重粗晶；高温加热时气氛中的C、H等元素浓度过高以及炉中残存有铜，渗人晶界；过烧时的晶界熔化或氧化；加热及冷却不当造成沿晶界析出第二相质点或脆性薄膜；合金元素和夹杂偏析造成沿晶界的富集；另外沿晶界的化学腐蚀和应力腐蚀等等，都可以造成晶界弱化，产生沿晶断口。

（1）沿晶韧窝型断口

若第二相质点沿晶界析出的密度很高，或因有一定密度的第二相质点再加上晶粒粗大，都会发生沿晶韧窝型断裂。沿晶韧窝形成的原因与穿晶韧窝相同。这种断裂的显微裂纹是沿着或穿过第二相质点成核的。显微裂纹的扩展和连接，伴随有一定量的微观塑性变形。在断口表面可看到许多位向不同、无金属光泽的“小棱面”或“小平面”。这些“小棱面”或“小平面”的尺寸与晶粒尺寸相对应（如果晶粒细小，则断口表面上的“小棱面”或“小平面”用肉眼就不能看到或不明显）。在电子显微镜下观察“小校面”或“小平面”，它是由大量韧窝组成的，韧窝底部往往存在有第二相质点（或薄膜）。

石状断口和棱面断口都是沿晶韧窝型断口。另外，偏析线也是一种沿晶韧窝型断口。

（2）沿晶脆性断口

在沿晶脆性断口上，几乎没有塑性变形的痕迹或仅看到极少的韧窝。例如，过烧后的断口，就是沿晶界氧化物薄膜发生的一种沿晶脆性断裂。另外，18-8奥氏体不锈钢沿晶界大量析出碳化物后，也易产生沿晶脆断；沿晶界化学腐蚀和应力腐蚀（包括氢脆）后产生的断口，也都是沿晶脆性断口。属于这类断口的还有层状断口和撕痕状断口等。

上面介绍的断口微观形态，是按照断裂的途径来分类的。而实际生产中见到的断口有时往往是由几种类型并存的混合断口。例如，石状断口中，如果“小棱面”或“小平面”不是贯穿整个断面，断口常常是沿晶和穿晶混合断口。

在实际生产中根据缺陷断口的宏观形貌和微观形态就可以判断出缺陷的类型、缺陷产生的原因和应采取的对策。

例如某厂生产的迫击炮炮尾，在试炮时经常发生折断的情况，经断口试验发现是石状断口，经选区电子衍射分析确认韧窝底部的析出相颗粒是MnS再结合现场调查认为该缺陷产生的原因是终锻前的加热温度过高，终锻时的变形程度过小造成的。由于加热温度高，使奥氏体晶粒粗大，并使MnS大量溶入基体，锻后冷却时，MhS沿粗大的奥氏体晶界析出，造成晶界严重弱化所致，后来改变预制坯的尺寸以增大终锻的变形量，并降低终锻前的加热温度，问题就圆满地解决了。

又例如某厂生产的Cr—Ni—Mo—V钢某种大型轴类锻件，在运行中发生的脆性断裂，经断口检验发现：此类锻件存在有棱面断口。

该锻件用的钢是在5t碱性电弧炉中用氧化法冶炼的，锭重2.2t，锻造加热温度为1180～

1200℃，保温3h以上，锻后立即送热处理炉进行退火、扩氢处理，然后进行粗加工和调质处理。调质后在两端切取试片，作纵向断口检验，发现有棱面断口，棱面断口大多出现在大型锻件的心部，而锻件边部仍为正常的纤维状断口，金相组织中有沿原粗大奥氏体晶界的析出相的链状网络。棱面断口的微观形态，韧窝内的析出相为不规则的四边形，呈薄片状，经选区电子衍射确定为AlN。由AlN的等温析出曲线可见，在约900℃缓慢冷却时，将有大量的AlN析出。

根据上述检验结果分析认为：

1）该Cr—Ni—Mo—V钢大型轴类锻件，其棱面断口主要是在锻造加热时温度较高，保温时间过长，在锻后缓冷过程中，固溶入基体的大量AlN呈薄片状沿粗大的奥氏体晶界呈链状网络析出，造成微孔聚合型沿晶断裂而形成的。奥氏体晶粒越粗大，析出相密度愈高，晶界弱化愈严重。

2）锻造高温加热的时间越长，固溶人基体的AlN越多，随后缓冷过程中形成校面断口的倾向越大，因此适当控制锻造加热规范是很重要的。

3）由于AlN在奥氏体区析出峰值的温度约为900℃，其析出相随保温时间的延长而增加。因此，采取降低待料温度，增加一次过冷工艺，则能加快锻后冷却速度，减少锻件在奥氏体区AlN析出峰值温度的停留时间，因而就能抑制AlN沿粗大奥氏体晶界的析出。生产实践证明，这是避免Cr—Ni—Mo—V钢锻件产生棱面断口的有效措施。

合金钢冶金缺陷断口的宏观形貌和微观形态

合金钢冶金缺陷断口的宏观形貌和微观形态 1 纤维状断口 断口特征：呈暗灰绒毯状，无结晶颗粒，断口边缘常有显著的塑性变形，形成剪 切唇。 微观特征；多为等轴状和抛物线状韧窝。 纤维状断口一般属于钢材的正常断口，它表示钢材有良好的韧性。 2 萘状断口 宏观特征：较平坦的粗晶断口，用掠射光照射时，由于各晶面具有不 同的反光能力，因而闪烁着结晶萘一般的光泽。 微观特征：准解理或解理特征。河流很短，有时出现舌状花样。局部 有硫化锰析出，它们可能沿原始奥氏体晶界析出或沿奥氏体晶面析出。 萘状断口分别是合金结构钢和高速钢因过热或重复淬火而产生的一 种粗晶缺陷。为不允许存在的断口。 3 结晶状断口 宏观特征：断口齐平，呈亮灰色，有强烈的金属光泽和明显的结晶颗粒。 微观特征：解理或准解理断裂。 4 横列结晶断口： 宏观特征：与加工方向成一定角度的灰色小平面，一般多出现在相当于 钢锭的柱状晶发达部位。 微观特征：一般为沿柱状晶粒边界断裂的韧性晶界断口，韧窝尺寸变化 大，其中有夹杂物。 5 瓷状断口 宏观特征：类似细碎片的断口，呈亮灰色。 微观特征：准解理断口为主。 瓷状断口对于淬火后低温回火的钢平说属于正常断口。对于淬火后中温或高温回 火的钢来说，表明热处理工艺不当。 6 非金属夹杂断口 宏观特征：为各种颜色的非结晶的条状或块状缺陷。 微观特征：缺陷区为大量的颗粒状非金属夹杂物，其种类随钢种不同而异。 7 偏析线断口 宏观特征：为反射能力较强的银亮色线条，其方向与加工方向相同。酸性平炉钢 大锻 件的偏析线多为粗而亮,而碱怍电炉钢薄壁管的偏析线多为细而密 的。 微观特征：为穿晶断口。偏析线处为光滑的沟坑，其中布满夹杂物。在粗而亮的 偏析

金属材料断口机理及分析

精心整理 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：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。 等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。均匀分布于断口表面，显微洞孔沿空间三维方向均匀长大。 第一章 断裂的分类及特点 1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。 脆性断裂裂纹源：材料表面、内部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与正应力相垂直，人字纹或放射花纹。延性断裂裂纹源：孔穴的形成和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成45o. 2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。 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。应力腐蚀断口，氢脆断口。 3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳断裂 4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分：正断、切断 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） 切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45o交角（平面应力条件下的撕裂） 根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为三类裂纹变形： 裂纹张开型、边缘滑开型（正向滑开型）、侧向滑开型（撒开型） 裂纹尺寸与断裂强度的关系 Kic：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） 脆性材料K准则： 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 第二章

金属断裂机理(完整版)

金属断裂机理 1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。

断口分析基础

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行细致研究，分析断裂原因和断裂机制，还必须进行微观观察。 断口的微观观察经历了光学显微镜（观察断口的实用倍数是在50～500倍间）、透射电子显微镜（观察断口的实用倍数是在1000～40000倍间）和扫描电子显微镜（观察断口的实用倍数是在20～10000倍间）三个阶段。因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面，观察断口所用的显微镜要具有最大限度的焦深，尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。扫描电子显微镜最能满足上述的综合要求，故近年来对断口观察大多用扫描电子显微镜进行（见金属和合金的微观分析）。 脆性断口和延性断口根据断裂的性质，断口大致可以分为几乎不伴随塑性变形而断裂的脆性断口，和伴随着明显塑性变形的延性断口。脆性断口的断裂面通常与拉伸应力垂直，宏观上断口由具有光泽的结晶亮面组成;延性断口的断裂面可能同拉伸应力垂直或倾斜,分别称为正断口和斜断口；从宏观来看，断口上有细小凹凸，呈纤维状。对于单轴拉伸断口和冲击断口，在理想情况下，其断裂面是由三个明显不同的区域（即纤维区、放射区和剪切唇区）所构成（图1 [断口的三要素]）。这三个区域实际上是裂纹形成区、裂纹扩展区和剪切断裂区（对冲击拉伸则有终了断裂区），通常称它们为断口三要素。对于同一种材料，三个区域的面积及其所占整个断口的比例随外界条件的改变而变化。例如：加载速率愈大，温度愈低，则裂纹扩展区（即放射区）所占的比例也愈大。如果定义裂纹扩展区对另外两个区面积的比值为,则通常把=1时的断裂温度称为材料的韧性-脆性转变温度（或延性-脆性转变温度、塑性-脆性转变温度）。如果在同一温度和加载速率下比较两种材料的断裂性质，则值愈小的材料，其延性（塑性）愈好。 金属断裂的微观机制为了阐明断裂的全过程（包括裂纹的生核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等），提出种种微观断裂模型,以探讨其物理实质,称为断裂机制。在断口的分析中，各种断裂机制的提出主要是以断口的微观形态为基础，并根据断裂性质、断裂方式以及同环境和时间因素的密切相关性而加以分类。根据大量的研究成果，目前已知主要的金属断裂微观机制可以归纳在表1[金属的断裂微观机制]中。 属于不同断裂机制的断裂，其断口微观结构各具有独特的形貌特征。图2[基本断裂机制的典型微观形貌a沿晶脆性断裂×500 b 解理断裂×1000 c 准解理断裂][×2000 d 韧窝断裂×2000]所示是属于不同基本断裂机制的断口所观察到的典型微观形貌，其物理本质和断口特征为：沿晶脆性断裂是指断裂路径沿着不同位向的晶界(晶粒间界)所发生的一种属于低能吸收过程的断裂。根据断裂能量消耗最小原理，裂纹的扩展路径总是沿着原子键合力最薄弱的表面进行。晶界强度不一定最低，但如果金属存在着某些冶金因素使晶界弱化（例如杂质原子P、S、Si、Sn等在晶界上偏聚或脱溶，或脆性相在晶界析出等等），则金属将会发生沿晶脆性断裂。沿晶脆性断裂的断口特征是:在宏观断口表面上有许多亮面,每个亮面都是一个晶粒的界面。如果进行高倍观察，就会清晰地看到每个晶粒的多面体形貌（图2a[基本断裂机制的典型微观形貌a沿晶脆性断裂×500]），类似于冰糖块的堆集，故有冰糖状断口之称；又由于多面体感特别强，故在三个晶界面相遇之处能清楚地见到三重结点。 沿晶脆性断裂的发生在很大程度上取决于晶界面的状态和性质。实践表明，提纯金属,净化晶界,防止杂质原子在晶界上偏聚或脱溶，以及避免脆性第二相在晶界析出等，均可以减少金属发生沿晶脆性断裂的倾向。因此,应用X射线能谱分析法和俄歇电子能谱分析法确定沿晶断裂面的化学成分，对从冶金因素来认识材料的致脆原因，提出改进工艺措施有指导意义。 解理断裂属于一种穿晶脆性断裂，根据金属原子键合力的强度分析，对于一定晶系的金属，均有一组原子键合力最弱的、在正应力下容易开裂的晶面，这种晶面通常称为解理面。例如：属于立方晶系的体心立方金属,其解理面为{100}晶面；六方晶系为{0001}；三角晶系为{111}。一个晶体如果是沿着解理面发生开裂,则称为解理断裂。面心立方金属通常不发生解理断裂（见晶体结构）。 解理断裂的特点是:断裂具有明显的结晶学性质,即它的断裂面是结晶学的解理面{ },裂纹扩展方向是沿着一定的结晶方向〈〉。为了表示这种结晶学性质,通常用解理系统{ }〈〉来描述。对于体心立方金属，已观察到的解理系统有{100} <001>，{100}〈011〉等。解理断口

金属断裂的微观机理与典型形貌

金属断裂的微观机理与典型形貌 金属断裂是指金属材料在受到应力作用下发生破裂现象。金属断裂的微观机理和典型形貌是金属材料断裂过程中所呈现出的微观变化和破裂形态。本文将从金属断裂的微观机理和典型形貌两个方面进行探讨。 一、金属断裂的微观机理 在金属断裂的微观机理中，主要涉及到晶体的变形、晶界滑移和裂纹扩展等过程。 1. 晶体的变形 金属材料的断裂是由于晶体内部发生了塑性变形。当金属受到外力作用时，晶体内的原子会发生位移和重排，导致晶体的形状发生变化。晶体的变形过程中，会产生位错，即晶格中的原子出现错位。位错的运动和积累是金属材料塑性变形和断裂的基础。 2. 晶界滑移 金属材料由多个晶粒组成，晶粒之间存在晶界。晶界是晶粒内部晶格的不连续区域。当金属受到应力作用时，晶界处的原子会沿着晶界面滑移，从而使晶粒发生形变。晶界滑移是金属材料塑性变形和断裂的重要机制之一。 3. 裂纹扩展 裂纹是金属材料中的缺陷，是断裂的起始点。当金属受到应力作用

时，应力集中在裂纹处，导致裂纹的扩展。裂纹扩展的机理主要包括塑性扩展和脆性扩展两种形式。塑性扩展是指裂纹周围发生塑性变形，裂纹沿着塑性区域扩展；脆性扩展是指裂纹周围没有发生塑性变形，裂纹直接沿着晶体的晶面或晶界扩展。 二、金属断裂的典型形貌 金属断裂的典型形貌是指金属材料断裂后所呈现出的形态特征。根据金属断裂的不同性质和机理，金属材料的断裂形貌可以分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂等。 1. 韧性断裂 韧性断裂是指金属材料在受到较大应力时，发生大量的塑性变形和能量吸收，最终以拉伸断裂为主。韧性断裂的断口面平滑，有明显的塑性变形迹象，断口两侧呈现出韧带状的纹理。韧性断裂通常发生在具有良好延展性的金属材料中，如钢材、铝合金等。 2. 脆性断裂 脆性断裂是指金属材料在受到较小应力时，发生较少的塑性变形和能量吸收，最终以断裂为主。脆性断裂的断口面光洁平整，没有明显的塑性变形迹象，断口两侧呈现出晶粒状的纹理。脆性断裂通常发生在具有较低延展性的金属材料中，如铸铁、高碳钢等。 3. 疲劳断裂 疲劳断裂是指金属材料在受到循环应力作用时，发生疲劳裂纹的扩

金属断口分析

《金属断口分析》 第一章金属的断裂 第一节断裂分类 失效形式：过大的弹性变形；塑性形变；断裂；材料变化。其中危害最大的是破裂特别是断裂。通过对断口形貌特征进行分析从而获得金属断裂机理。一，宏观脆性断裂与延伸断裂 从宏观上看，断裂分为脆性断裂和延性断裂 脆性断裂指以材料表面、内部的缺陷或是微裂纹为源，在较低的应力水平下（一般不超过材料的屈服强度），在无塑性变形或只有微小塑性变形下裂纹急速扩展。在多晶体中，断裂时沿着各个晶体的内部解理面产生，由于材料的各个晶体及解理面方向是变化的，因此断裂表面在外观上呈现粒状。脆性断裂主要沿着晶界产生，称为晶间断裂。其断口平齐。 延性断裂是在较大的塑性变形产生的断裂。它是由于断裂缓慢扩展而造成的。其断口表面为无光泽的纤维状。延性断裂经过局部的颈缩，颈缩部位产生分散的空穴，小空穴不断增加和扩大聚合成微裂纹。 二，穿晶断裂和沿晶断裂 依据裂纹扩展途径不同，断裂分为穿晶断裂和沿晶断裂，或二者兼有。 穿晶断裂是指裂纹穿过晶体内部的途径发生的；穿晶断裂可能是延性的，也可能是脆性的。若断裂是穿过晶体沿解理面断开，但无明显塑性变形为脆性断裂。若穿晶断裂时出现塑性变形则为延性断裂。 沿晶断裂指以裂纹沿着晶界扩展的方式进行。沿晶断裂多为脆性断裂，，但也有延性的。应力腐蚀断口，氢脆断口都是沿晶断裂的脆性断裂。三，韧窝、解理、准解理、沿晶和疲劳断裂 这主要是根据微观断裂机制上而言 四，正断和切断 根据断面的宏观取向与最大正应力交角，断裂方式分为正断和切断 正断性断裂是指宏观断面的取向与最大正应力相垂直，如解理断裂 切断性断裂指宏观断面的取向与最大切应力方向相一致，而与最大正应力成45度

断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理

断心的宏瞅形貌、微瞅形态及断裂机理之阳早格格 创做 按断裂的道路，断心可分为脱晶断裂战沿晶断裂二大类.脱晶断裂又分为脱晶韧性断裂战脱晶解理断裂（其中包罗准解理断裂）.沿晶断裂也分为沿晶韧性断裂战沿晶坚性断裂.底下分别加以计划. （1）脱晶韧窝型断心断裂脱过晶粒里里，由洪量韧窝的成核、扩展、对接而产死的一种断心. 宏瞅形貌：正在推伸考查情况下，经常先塑性变形，引起缩颈，而后正在缩颈部位裂纹沿与中力笔直的目标扩展，到一定程度后得稳，沿与中力成45°目标赶快死少至断裂.寡所周知，那种断心称为杯锥状断心.断心表面细糙不仄，无金属光芒，故又称为纤维状断心. 微瞅形态：正在电子隐微镜战扫描电镜下瞅察，断心常常是由洪量韧窝对接而成的.每个韧窝的底部往往存留着第二相（包罗非金属夹纯）量面.第二相量面的尺寸近小于韧窝的尺寸. 韧窝产死的本果普遍有二种产死情况： 1）韧窝底部有第二相量面的情况.由于第二相量面与基体的力教本能分歧（其余，还 有第二相量面与基体的分散本领、热伸展系数、第二相量

面自己的大小、形状等的效率），所以正在塑性变形历程中沿第二相量面鸿沟（大概脱过第二相量面）易产死微孔裂纹的核心.正在应力效率下，那些微孔裂纹的核心渐渐少大，并随着塑性变形的减少，隐微孔坑之间的对接部分渐渐变薄，直至末尾断裂.图3-41是微孔脱过第二相量面的示企图.若微孔沿第二相面鸿沟成核、扩展产死韧窝型裂纹后，则第二相量面留正在韧窝的某一侧. 2）正在韧窝的底部不第二相量面存留的情况.韧窝的产死是由于资料中本去有隐微孔穴大概者是由于塑性变形而产死的隐微孔穴，那些隐微孔穴随塑性变形的删大而不竭扩展战相互对接，直至断裂.那种韧窝的产死往往需要举止很大的塑性变形后才搞够真止.果此，正在那类断心上往往惟有少量的韧窝大概少量变形状韧窝，有的以至经很大的塑性变形后仍睹不到韧窝.当变形不大时，断心呈波纹状大概蛇形格式，而当变形很大时，则为无特性的仄里. 韧窝的形状与应力状态有较大闭系.由于试样的受力情况大概是笔直应力、切应力大概由直矩引起的应力，那三种情况下韧窝的形状是纷歧样的. （2）解理与准解理断心 1）解理断心.断裂是脱过晶粒、沿一定的结晶教仄里（即解理里）的分散，特天是正在矮温大概赶快加载条件下.解理断裂普遍是沿体心坐圆晶格的｛100｝里，六圆晶格的

典型断口的宏观观察和微观分析

典型疲劳断口宏观观察和微观分析 在工程应用中，结构件所受的应力总是低于材料的屈服强度σs （σ0.2）。通常，在低于屈服强度的应力作用下，材料既不会发生塑性变形，更不会发生断裂。但是，在应力的重复作用下，即使所受的应力低于屈服强度，材料也有可能发生断裂。这种现象便称为疲劳现象。引起疲劳断裂的应力常低于材料的屈服强度，在这种情况下，疲劳断裂前不发生明显的塑性变形。所以疲劳断裂通常属于低应力脆性断裂。 一﹑实验目的 1.了解测定材料疲劳极限的方法； 2.观察疲劳失效和慢应变速率拉伸试验的宏观断口特征。 二、实验设备 1.试验材料X80、X90管线钢。 2.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机和PLT-10慢应变速率拉伸试验机。 3.VHX-600E 超景深显微镜 三﹑实验原理 1.金属疲劳试验方法 在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值为应力比： max min σσ=r （1-1） 称为循环特征或应力比。在既定的r 下，若试样的最大应力为max σ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效，则N 1称为最大应力r 为时的max σ疲劳寿命（简称寿命）。实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图1所示。由图可见，当应力降到某一极限值r σ时，S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过r σ时，寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明，黑色金属试样如经历107次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限r σ。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平，通常规定一个循环基数N 0，例如取N 0=108，把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。 图1 疲劳试验S-N 曲线 工程问题中，有时根据零件寿命的要求，在规定的某一循环次数下，测出max σ，并称之

断口的定义及种类

断口的定义及种类 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为断口。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行细致研究，分析断裂原因和断裂机制，还必须进行微观观察。 断口的微观观察经历了光学显微镜（观察断口的实用倍数是在 50～500倍间）、透射电子显微镜（观察断口的实用倍数是在 1000～40000倍间）和扫描电子显微镜（观察断口的实用倍数是在 20～10000倍间）三个阶段。因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面，观察断口所用的显微镜要具有最大限度的焦深，尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。扫描电子显微镜最能满足上述的综合要求，故近年来对断口观察大多用扫描电子显微镜进行（见金属和合金的微观分析）。 脆性断口和延性断口根据断裂的性质，断口大致可以分为几乎不伴随塑性变形而断裂的脆性断口，和伴随着明显塑性变形的延性断口。脆性断口的断裂面通常与拉伸应力垂直，宏观上断口由具有光泽的结晶亮面组成;延性断口的断裂面可能同拉伸应力垂直或倾斜,分别称为正断口和斜断口；从宏观来看，断口上有细小凹凸，呈纤维状。对于单轴拉伸断口和冲击断口，在理想情况下，其断裂面是由三个明显不同的区域（即纤维区、放射区和剪切唇区）所构成（图1 [断口的三要素]）。这三个区域实际上是裂纹形成区、裂纹扩展区和剪切断裂区（对冲击拉伸则有终了断裂区），通常称它们为断口三要素。对于同一种材料，三个区域的面积及其所占整个断口的比例随外界条件的改变而变化。例如：加载速率愈大，温度

金相检验-宏观断口分析

2-3-2 宏观断口的形貌特征 从之前的学习中，我们知道，宏观断口分析，可以判断断裂的性质及断裂事故的全过程，为进一步开展显微断口分析提出目标和任务。可以说宏观断口分析是显微断口分析的前提和基础。 宏观断口分析的第一步是用肉眼观察断口形貌特征及其失效件的全貌，包括断口的颜色变化、变形引起的结构变化、断口之外的损伤痕迹等，然后对主要的特征区（如断裂源区）用放大镜和体视显微镜进行进一步的观察，确定重点分析的部位。 因此要进行宏观断口分析，首先要掌握各类断口的宏观形貌特征，下面，我们来看看常见断口的形貌特征。 常见的断口有韧性断口、解理断口、疲劳断口三种。 一、韧性断口 韧性断口的宏观形貌特征是呈纤维状 和剪切唇。如图所示，纤维区位于断口的中 心位置，而剪切唇往往出现在断口的边缘区 域。 纤维状形貌是韧性断口最突出的标记， 纤维区在光滑圆型拉伸试样断口的中央部 位。一般情况下，纤维状呈现凹凸不平及灰 暗色的宏观外貌，立体感较强；它是在平面 单向断口三个区域的示意图 应变条件下发生的，断口表面与最大拉应力 方向垂直。例如，光滑圆棒试样拉伸时所形成的杯锥状断口，其杯底与锥顶的中心区均属于纤维状断口。 纤维状形貌特征不仅在拉伸断口中出现，也会在冲击断口中出现。通常，冲击断口在缺口处呈半圆形区域；塑性较好的材料，往往在冲击断口中可能出现两个纤维状区域。 剪切唇形貌特征剪切唇为倾斜断裂面。一般情况下，剪切唇与拉伸轴成45°角。剪切唇形貌较光滑，与鹅毛状近似。往往在断口的边缘出现，是构件断裂最

后分离的部位。 因此，韧性断口的宏观特征主要有三点： (1)断口附件有明显宏观塑性变形。 (2)断口外形呈杯锥状。杯底垂直于主应力，锥面平行于最大切应力，与主应力成45°角；或断口平行于最大切应力，与主应力成45°的剪切断口。 (3)断口表面呈纤维状，其颜色呈暗灰色。 二、解理断口 解理断口为脆性断口，是由 于晶体材料因受拉应力作用沿着 某些严格的结晶学平面发生分离 而形成的断口，断裂时不产生或 产生较小的宏观塑性变形。解理 断口的两个最突出的宏观特征是 小刻面和放射状条纹。 小刻面解理断口上的结晶 面，在宏观上呈无规则取向，当 断口在强光下转动时，可见到闪 闪发光的特征，如果断面作相对 摩擦、氧化以及被腐蚀时，金属 断口的色泽就会发生很大改变。 一般称这些发光的小平面为“小刻面”、即解理断口是由许多“小刻面”所组成的。根据这个宏观形貌特征，很容易判别解理断口。 放射状或人字状条纹解理断口的另一个宏观形貌特征是具有人字条纹或放射状条纹，人字条纹指向裂纹源，其反向即倒人字条纹方向为裂纹的扩展方向。因此，可根据人字条纹的取向，很容易判断裂纹扩展方向及裂纹源的位置，放射状条纹的收敛处为裂纹源，其放射方向为裂纹的扩展方向。另外，其他断口也可能出现放射状或人字状条纹形貌。 因此，金属构件脆性断裂，其宏观特征主要有五点：

金属断口机理及分析

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：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。 等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。 均匀分布于断口表面，显微洞孔沿空间三 维方向均匀长大。 第一章 断裂的分类及特点 1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。 脆性断裂裂纹源：材料表面、内部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与正应力相垂直 ，人字纹或放射花纹。延性断裂裂纹源：孔穴的形成和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成45o . 2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。 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。应力腐蚀断口，氢脆断口。 3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳断裂 4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分：正断、切断 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） 切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45o交角（平面应力条件下的撕裂） 根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为三类裂纹变形： 裂纹张开型、边缘滑开型（正向滑开型）、侧向滑开型（撒开型） 裂纹尺寸与断裂强度的关系 Kic ：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） a Y K c c πσ?=1

疲劳断口宏观分析

1 疲劳断口的形貌特征 疲劳断口是指金属材料或零构件在疲劳断裂过程中形成的一种匹配的表面，称断裂面或断口。分析它的目的在于确定零构件是否属于疲劳破坏？其破坏的原因是什么？从而提出防止事故的措施和方法，为今后的设计、选材以及加工等问题提出改进意见. 对断口的形貌进行分析包括两个方面，即宏观断口分析和微观断口分析。所谓宏观分析是指用肉眼或20-30倍以下放大镜观察断口的形貌特征。微观分析是指用光学显微镜或电子显微镜对断口进行分析。宏观分析不要求专门设备,被观察断口尺寸不受限制,可以观察断件和断口全貌,了解各个方面变化情况，所以说宏观分析是断口分析的基础。微观分析是用高倍的光学显微镜、c透射电镜，扫描电镜对断口进行分析，能观察断口的精细结构及裂纹形态。 1。1 疲劳断口宏观特征 由于零构件经常承受拉、压、弯、扭或复合应力的作用，因载荷类型不同，在宏观断口上表现出的形貌特征也不相同。 （1）弯曲应力作用下的疲劳断口 图1-2是在弯曲疲劳载荷作用下的断口示意图。零件在弯曲疲劳载荷作用下，其表面应力最大，中心应力最小,疲劳源首先在表面形成,然后沿着与最大正应力相垂直方向扩展，到最后瞬断。图中(a)是单向弯曲疲劳断口，它的疲劳源首先在受拉应力一侧表面形成，瞬断区在疲劳源相对侧，其面积大小由材料抗拉强度和外加载荷的大小来决定。图中（b）是双向弯曲疲劳断口,由于双向弯曲,试件上下两侧交替承受拉应力作用，故疲劳源在相对两侧面形成，瞬断区在中间。

图1—3是轴在旋转弯曲应力作用下的疲劳 断口示意图，由于旋转弯曲应力也是表面最大， 中心最小,疲劳源也开始于表面,且疲劳源两侧裂 纹发展速度较中心快，故贝纹线比较扁平。最终 瞬断区虽然也在疲劳源对面,但总是相对于轴的 旋转方向逆偏转一个角度，此种现象称为偏转现 象. 因此，从疲劳源与瞬断区的相对位置便能推知轴的旋转方向。 轴上有无应力集中及应力集中大小，其最终瞬断区的位置是不同的。若应力集中较小时，疲劳源只在一处发生，最终瞬断区在疲劳源相对应的一侧.若应力集中较大时,则沿周向缺口将同时有几个疲劳源产生，瞬断区的位置则在轴的内部。另外,最终瞬断区的位置还受轴上名义应力大小的影响。名义应力越大，瞬断区越移向轴的中央,如图l—4所示. 图1—5综合给出了上述各种弯曲应力条件下的疲劳断口形态图。

工程材料基础 机械装备失效分析-断口分析的正确姿势

机械装备失效分析——断口分析的正确姿势 断口取样过后 接下来的步骤当然就是对断口进行分析！ 那么 断口分析的正确姿势应该是怎样的呢？ 快来一起探索吧！ 断口的宏观分析 断口形貌的宏观分析是指在各种不同照明条件下用肉眼、放大镜和体视显微镜等对断口进行直接观察与分析。断口宏观分析以断口的整体形貌特征为出发点，然后根据各种形式的断裂所反映出来的规律进行更进一步的分析和判断。断口的宏观分析使用的放大倍数一般不超过40倍。 1断口宏观分析的任务 断口宏观分析的主要任务是： 1）判断断口的基本特征，变形情况和裂纹的宏观走向； 2）确定断裂的类型和方式，为断裂失效模式诊断提供依据； 3）寻找断裂起源区和断裂扩展方向； 4）估算断裂失效时的应力情况； 5）观察断裂源区有无宏观缺陷等。 总之，断口的宏观分析可为断口的微观分析和其它分析指明方向，在断裂失效分析中起着非常重要的作用和地位。 2断口宏观分析的内容 断口宏观观察主要内容有：

1）断口的平直情况和断口的主要特征形貌； 2）断口的颜色（氧化色、腐蚀产物颜色、夹杂物颜色、光亮情况等）； 3）断口与主正应力（或主切应力）方向的关系； 4）断口与成型方向（轧制方向、流线方向）的关系等。 根据断口宏观观察结果，对断口进行宏观判断时还应兼顾： 1）断裂的位置及其结构特征、周围的工作环境； 2）断裂位置及其附近的变形程度； 3）断裂区域的痕迹特征； 4）断裂源的位置、特征及裂纹的走向； 5）断口的宏观形貌特征； 6）断口的颜色及附着物等。 3断口宏观分析的仪器设备 断口宏观分析的主要手段是人的肉眼、普通放大镜和体视放大镜。 体视显微镜的主要特点是放大倍数较低，景深较大，观察到的影像具有较强的立体感，能够观察较为粗糙的表面，给人以整体而真实的图像。通过专用软件还可以进行图像的三维一体化处理，进行断口上观察到的凸出物高度或凹坑深度测量。 由于体视显微镜观察具有很强的真实感和立体感，观察者完全可以凭直观感觉来理解在体视显微镜中看到的图像。 断口微观分析 断口的微观分析指用电子显微镜、光学显微镜等对断口或裂纹进行观察、鉴别与分析，可有效地的确定断裂类型及机理的过程。在断口观察过程中，发现、识别和表征断裂形貌特征是断口分析的关键。 在观察未知断口时，往往是和已知的断裂形貌加以比较来进行识别。各种材料在不同的外界条件下的断裂机理不同，留在断口上的形貌特征也不同。掌握这方面的知识与经验，是进行断口观察的前提与基础。

断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理

断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理 按断裂的途径，断口可分为穿晶断裂和沿晶断裂两大类。穿晶断裂又分为穿晶韧性断裂和穿 晶解理断裂（其中包括准解理断裂）。沿晶断裂也分为沿晶韧性断裂和沿晶脆性断裂。下面 分别加以讨论。 1•穿晶断口 （1）穿晶韧窝型断口断裂穿过晶粒内部，由大量韧窝的成核、扩展、连接而形成的一种断口。 宏观形貌：在拉伸试验情况下，总是先塑性变形，引起缩颈，然后在缩颈部位裂纹沿与外力垂直的方向扩展，到一定程度后失稳，沿与外力成45。方向快速发展至断裂。众所周知， 这种断口称为杯锥状断口。断口表面粗糙不平，无金属光泽，故又称为纤维状断口。 微观形态：在电子显微镜和扫描电镜下观察，断口通常是由大量韧窝连接而成的。每个韧窝的底部往往存在着第二相（包括非金属夹杂）质点。第二相质点的尺寸远小于韧窝的尺寸。 韧窝形成的原因一般有两种形成情况： 1 ）韧窝底部有第二相质点的情况。由于第二相质点与基体的力学性能不同（另外，还有第二相质点与基体的结合能力、热膨胀系数、第二相质点本身的大小、形状等的影响），所以在塑性变形过程中沿第二相质点边界（或穿过第二相质点）易形成微孔裂纹的核心。在 应力作用下，这些微孔裂纹的核心逐渐长大，并随着塑性变形的增加，显微孔坑之间的连接 部分逐渐变薄，直至最后断裂。图3-41是微孔穿过第二相质点的示意图。若微孔沿第二相 点边界成核、扩展形成韧窝型裂纹后，则第二相质点留在韧窝的某一侧。 2）在韧窝的底部没有第二相质点存在的情况。韧窝的形成是由于材料中原来有显微孔穴 或者是由于塑性变形而形成的显微孔穴，这些显微孔穴随塑性变形的增大而不断扩展和相互 连接，直至断裂。这种韧窝的形成往往需要进行很大的塑性变形后才能够实现。因此，在这类断口上往往只有少量的韧窝或少量变形状韧窝，■有的甚至经很大的塑性变形后仍见不到韧窝。当变形不大时，断口呈波纹状或蛇形花样，而当变形很大时，则为无特征的平面。 韧窝的形状与应力状态有较大关系。由于试样的受力情况可能是垂直应力、切应力或由弯矩引起的应力，这三种情况下韧窝的形状是不一样的。 （2）解理与准解理断口 1 ）解理断口。断裂是穿过晶粒、沿一定的结晶学平面（即解理面）的分离，特别是在低温或快速加载条件下。解理断裂一般是沿体心立方晶格的｛100｝面，六方晶格的｛0001｝面 发生的。 宏观形貌：解理断裂的宏观断口叫法很多，例如称为“山脊状断口”、“结晶状断口”、以 及“萘状断口”等（见图片3-53）。山脊状断口的山脊指向断裂源，可根据山脊状正交曲线 群判定断裂起点和断裂方向。萘状断口上有许多取向不同、比较光滑的小平面，它们象条晶 体一样闪闪发光。这些取向不同的小平面与晶粒的尺寸相对应，反映了金属晶粒的大小。 微观形态：在电子显微镜下观察时，解理断口呈“河流花样”和“舌状花样”。 2）准解理断口。这种断口在低碳钢中最常见。前述的结晶状断口就是准解理断口，它在宏观上类似解理断口。 准解理断口的微观形态主要是由许多准解理小平面、 “河流花样”、“舌状花样”及“撕裂岭”组成。

金属断口机理及分析

1 名词解释 2 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3 变形后断裂。 4 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。5 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6 量大于解理断裂、小于延性断裂）是一种脆性穿晶断口 7 沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。 8 解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。 9 应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断 10 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11 则间距的，与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。 12 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13 断裂） 14 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15 的综合反映。 16 冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。 17 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18 研究晶体取向，分析断裂机理或断裂过程。 19 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。 20 其形状类似地图上的河流。 21 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22 电子衍射分析确定这些质点的晶体结构。

23 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。 24 卵形韧窝：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。 25 等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。均匀分布于断口表26 面，显微洞孔沿空间三维方向均匀长大。 27 第一章 28 断裂的分类及特点 29 1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。 30 脆性断裂裂纹源：材料表面、内部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与31 正应力相垂直，人字纹或放射花纹。延性断裂裂纹源：孔穴的形成32 和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成33 45º . 34 2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。 35 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36 裂； 37 沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多属脆断。应力腐蚀断口，氢脆断口。 38 3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳39 断裂 40 4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分：正断、切断 41 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42 断裂） 43 切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45º交角（平面44 应力条件下的撕裂）