典型的金属沿晶断裂的微观断口

典型的金属沿晶断裂的微观断口

一、概述

金属材料是工程材料中的重要一类，其力学性能与微观结构密切相关。在金属材料断裂过程中，沿晶断裂是一种常见现象，其微观断口形貌

对材料的力学性能和断裂机制有重要影响。本文将围绕典型的金属沿

晶断裂的微观断口展开讨论。

二、金属沿晶断裂的基本概念

1. 沿晶断裂是指金属材料在断裂过程中，裂纹沿晶粒界面扩展，而不

是穿过晶粒内部。沿晶断裂通常发生在结构不均匀、晶粒尺寸较大的

金属材料中。

2. 在金属沿晶断裂的过程中，裂纹先经过晶粒边界处的位错团聚区，

由于位错堆积和局部应力集中，导致裂纹继续沿晶粒界面扩展。

三、金属沿晶断裂的特征

1. 微观断口形貌

典型的金属沿晶断裂的微观断口呈现出沿晶晶粒界面扭曲、剥离的特征。在断口上可以观察到明显的晶粒边界和晶界气孔。

2. 显微组织观察

通过金相显微镜等手段观察金属沿晶断裂的微观结构，可以发现断口

附近晶粒边界处的位错裙积、晶界气孔等特征。

3. 断口形貌分析

沿晶断裂的断口形貌具有一定的规律性，可以通过扫描电镜等手段对

其进行形貌分析和特征识别。

四、金属沿晶断裂的影响因素

1. 晶界特征

金属晶界的取向、结构和清晰度等特征对沿晶断裂的发生和扩展起着

重要作用。

2. 应力状态

外界加载条件对金属沿晶断裂的影响很大，尤其是在动态加载条件下，应力波的传播对沿晶裂纹的扩展有重要影响。

3. 化学成分

金属材料的化学成分会影响晶界的稳定性和塑性变形行为，进而影响

沿晶裂纹的扩展路径和形貌。

五、典型案例分析

通过对金属材料沿晶断裂的典型案例进行分析，可以更深入地理解其

微观断口特征和力学性能表现。

六、结论

金属沿晶断裂是金属材料断裂中常见的一种形式，其微观断口特征对

材料的力学性能和断裂机制有重要影响。深入研究金属沿晶断裂的微

观特征和影响因素，有助于提高金属材料的力学性能和断裂韧性。

以上是关于典型的金属沿晶断裂的微观断口的相关内容，希望对您有

所帮助。金属材料是目前工程领域中被广泛应用的一种材料，其力学

性能和断裂行为对于工程结构的安全性和可靠性至关重要。而沿晶断

裂作为金属材料断裂过程中的一种常见现象，其微观断口形貌与金属

材料的力学性能密切相关。接下来，我们将深入探讨金属沿晶断裂的

特征、影响因素和典型案例分析。

在金属材料断裂行为中，沿晶断裂一般是由于外部作用下金属材料的

微观结构导致的。金属材料的微观组织通常由晶粒组成，而晶粒之间

的结合处就是晶界。沿晶断裂就是指裂纹沿着晶粒边界扩展，而不是

穿过晶粒内部。晶界处的位错和局部应力集中往往会引发裂纹的扩展，形成沿晶断裂。

在观察金属沿晶断裂的微观断口特征时，可以发现其断口形貌呈现出

沿晶晶粒界面扭曲、剥离的特征。在断口上会出现明显的晶粒边界和

晶界气孔，这些特征直接反映了沿晶断裂的过程和机制。由于沿晶断

裂是在晶粒边界处发生的，其形成与晶界的取向、结构和清晰度等特

征有关。外界加载条件对金属沿晶断裂的影响也非常显著，尤其是在

动态加载条件下，应力波的传播对沿晶裂纹的扩展有重要影响。金属

材料的化学成分也会影响晶界的稳定性和塑性变形行为，进而影响沿

晶裂纹的扩展路径和形貌。

进一步分析金属沿晶断裂的典型案例会使我们对其特征和影响因素有

更深入的理解。在一些金属材料中，沿晶断裂导致了该材料在特定加

载条件下的脆性断裂，这对工程结构的可靠性提出了严峻挑战。但在

一些材料中，沿晶断裂也被认为是一种良好的韧性断裂形式，具有一

定的断裂韧性。通过对这些案例的分析，可以更好地理解沿晶断裂的

机理，为金属材料的应用和设计提供可靠的理论依据。

为了更好地理解金属沿晶断裂的微观特征和影响因素，科学家们通常

会采用现代材料表征技术，如高分辨率电镜、扫描探针显微镜等来观

察其微观断口特征和结构。通过这些先进的表征技术，可以更加深入

地研究沿晶断裂的机理和特征，为金属材料的性能优化提供科学依据。

综合以上所述，金属沿晶断裂是金属材料断裂过程中重要的一种形式，在工程实践中具有重要的意义。通过对其微观断口特征、影响因素和

典型案例分析的深入研究，可以帮助我们更好地理解金属材料的力学

性能和断裂行为，为优化材料设计和工程应用提供重要的参考和指导。

通过对金属沿晶断裂的深入探讨和研究，我们相信在未来能够进一步

提高金属材料的力学性能和断裂韧性，为工程领域的发展做出更大的

贡献。希望本文的内容能够为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供一定的参考和帮助。

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

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

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

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，颜色发暗、无金属光泽、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及塑性。在断裂时没有明显的塑性变形。 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，具有颜色发亮的放射区。 微观特征：解理或准解理断裂。 在断裂前没有明显的宏观塑性变形，为脆性断口。 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。在粗而亮的偏析线中多为不易变形的硫化钙、氧化铝和氮化铝等，在细而密在偏析线中多 为可变形的硫化物。 冲击试验断口：有三个区，在缺口处形成裂纹源，然后依次是纤维区、放射区和剪切唇。若材料愈脆，放射区愈大（所占面积愈大）；若材料愈塑性足够好，整个截面上只有纤维区与剪切唇。

典型的金属沿晶断裂的微观断口

典型的金属沿晶断裂的微观断口 一、概述 金属材料是工程材料中的重要一类，其力学性能与微观结构密切相关。在金属材料断裂过程中，沿晶断裂是一种常见现象，其微观断口形貌 对材料的力学性能和断裂机制有重要影响。本文将围绕典型的金属沿 晶断裂的微观断口展开讨论。 二、金属沿晶断裂的基本概念 1. 沿晶断裂是指金属材料在断裂过程中，裂纹沿晶粒界面扩展，而不 是穿过晶粒内部。沿晶断裂通常发生在结构不均匀、晶粒尺寸较大的 金属材料中。 2. 在金属沿晶断裂的过程中，裂纹先经过晶粒边界处的位错团聚区， 由于位错堆积和局部应力集中，导致裂纹继续沿晶粒界面扩展。 三、金属沿晶断裂的特征 1. 微观断口形貌 典型的金属沿晶断裂的微观断口呈现出沿晶晶粒界面扭曲、剥离的特征。在断口上可以观察到明显的晶粒边界和晶界气孔。 2. 显微组织观察 通过金相显微镜等手段观察金属沿晶断裂的微观结构，可以发现断口

附近晶粒边界处的位错裙积、晶界气孔等特征。 3. 断口形貌分析 沿晶断裂的断口形貌具有一定的规律性，可以通过扫描电镜等手段对 其进行形貌分析和特征识别。 四、金属沿晶断裂的影响因素 1. 晶界特征 金属晶界的取向、结构和清晰度等特征对沿晶断裂的发生和扩展起着 重要作用。 2. 应力状态 外界加载条件对金属沿晶断裂的影响很大，尤其是在动态加载条件下，应力波的传播对沿晶裂纹的扩展有重要影响。 3. 化学成分 金属材料的化学成分会影响晶界的稳定性和塑性变形行为，进而影响 沿晶裂纹的扩展路径和形貌。 五、典型案例分析 通过对金属材料沿晶断裂的典型案例进行分析，可以更深入地理解其 微观断口特征和力学性能表现。

金属断裂的微观机制及显微特征

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。 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。 基本断裂机制的典型微观形貌：a沿晶脆性断裂 b 解理断裂c 准解理断裂 d 韧窝断裂] 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。 微观形态：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。 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。解理断口的特征是宏观断口十分平坦，而微观形貌则是由一系列小裂面(每个晶粒的解理面)所构成。在每个解理面上可以看到一些十分接近于裂纹扩展方向的阶梯，通常称为解理阶。 解理阶的形态是多种多样的，同金属的组织状态和应力状态的变化有关。其中所谓“河流花样”是解理断口的最基本的微观特征。河流花样解理阶的特点是：支

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

金属的断裂条件及断口

金属的断裂条件及断口 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1,断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2,断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°,为韧断。 3,断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿 过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断机器零件断裂后不仅完全丧失服役能力，而且还可能造成不应有的经济损失及伤亡事故。断裂是机器零件最危险的失效形式。按断裂前是否产生塑性

变形和裂纹扩展路径做如下分类。 韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，用肉眼或低倍显微镜观察时，断口呈暗灰色纤维状，有大量塑性变形的痕迹。脆性断裂则相反，断裂前从宏观来看无明显塑性变形积累，断口平齐而发亮，常呈人字纹或放射花样。 宏观脆性断裂是一种危险的突然事故。脆性断裂前无宏观塑性变形，又往往没有其他预兆，一旦开裂后，裂纹迅速扩展，造成严重的破坏及人身事故。因而对于使用有可能产生脆断的零件，必须从脆断的角度计算其承载能力，并且应充分估计过载的可能性。.金属 材料产生脆性断裂的条件 (1)温度任何一种断裂都具有两个强度指标，屈服强度和表征裂纹失稳扩散的临界断裂强度。温度高，原子运动热能大，位错源释放出位错，移动吸收能量；温度低反之。 (2)缺陷材料韧性裂纹尖端应力大，韧性好发生屈服，产生塑性变形，限制裂纹进一步扩散。裂纹长度裂纹越长，越容易发生脆性断裂。缺陷尖锐程度越尖锐，越容易发生脆性断裂。 (3)厚度钢板越厚，冲击韧性越低，韧-脆性转变温度越高。原因：(A)越厚，在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大， 使约束应力增加，在钢板厚度范围内形成平面应变状态。（B）冶金 效应，厚板中晶粒较粗大，内部产生的偏析较多。 （4）加载速度低强度钢，速度越快，韧-脆性转变温度降低。

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 第二节材料的韧性与断裂力学 第二章断口分析技术

沿晶断裂和穿晶断裂特点解析

沿晶断裂和穿晶断裂特点解析 沿晶断裂和穿晶断裂是金属材料中常见的两种断裂模式。它们在不同 的载荷条件下发生，并具有不同的特点和影响因素。本文将深入探讨 这两种断裂模式的特点，并从微观和宏观角度对其产生的原因进行分析。 首先，让我们来了解沿晶断裂。沿晶断裂是沿着晶界发生的断裂。材 料中的晶界是相邻晶粒之间的界面，它们具有不同的晶格结构和晶向。当外部载荷作用于材料时，应力集中在晶界附近，导致晶界处的变形 增大。当应力达到材料的断裂强度时，沿晶断裂就会发生。沿晶断裂 常见于晶粒尺寸较大、晶界强度较低的金属材料中。 沿晶断裂具有以下特点： 1. 沿晶断裂路径一般沿着晶界延伸，穿过多个晶粒。这使得断裂路径 相对固定，呈现出准直性。 2. 断口呈现出沿晶特征，即断裂面上可见沿晶晶粒间的断裂面，晶粒 内部则保持完整。 3. 沿晶断裂容易发生于晶界处的缺陷处，如晶界错配、晶界溶质偏聚等。 接下来，让我们来探讨穿晶断裂。穿晶断裂是在晶粒内发生的断裂，

穿越多个晶粒。当外部载荷作用于材料时，由于晶粒内部存在的杂质、夹杂物、位错等缺陷，使得晶粒内的应力集中。当应力达到材料的断 裂强度时，穿晶断裂就会出现。穿晶断裂常见于晶粒尺寸较小、晶界 强度较高的金属材料中。 穿晶断裂具有以下特点： 1. 穿晶断裂路径通常不沿着晶界延伸，而是穿过晶粒内部。 2. 断口呈现出穿晶特征，即断裂面上不可见明显的晶界断口，晶粒内 部也可见断裂面。 3. 穿晶断裂容易发生于晶粒内的缺陷处，如杂质、夹杂物等。 从微观角度分析，沿晶断裂主要受晶界的性质、晶界的强度以及晶界 的错配程度等因素的影响。晶界的缺陷和弱化可能导致沿晶断裂的发生。而穿晶断裂则主要受晶粒内部缺陷的影响，如夹杂物、杂质、位 错等。晶粒尺寸、晶粒形状和晶粒取向也会对穿晶断裂产生影响。 从宏观角度分析，沿晶断裂和穿晶断裂的发生取决于材料的力学性能、外部载荷和应变速率等因素。材料的断裂韧性和断裂强度决定了断裂 模式的转变。当材料的韧性较高时，容易出现穿晶断裂，当材料的韧 性较低时，容易出现沿晶断裂。 总结起来，沿晶断裂和穿晶断裂是金属材料中常见的两种断裂模式。 它们具有不同的特点和影响因素。理解这些特点和影响因素对于材料

典型断口显微分析

实验二典型断口的电子显微分析 1.概述 断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。由于断口真实地记录了裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息。因此，断口上的各种断裂信息是断裂力学、断 裂化学和断裂物理等诸多内外因素综合作用的结果，对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索。断口金相学不仅能在设备失效后进行诊断分析，还可为新产品、新装备投入使用进行预研预测。断口、裂纹及冶金、工艺损伤缺陷分析是失效分析工作的基础。实践证明，没有断口、裂纹及损伤缺陷分析的正确诊断结果，是无法提出失效分析的准确结论的。 采用扫描电镜可对金属断裂典型断口形貌进行观察，还可对其微区成分进行分析。本实验具体内容为：利用二次电子成像，观察金属断裂典型断口形貌，了解典型断口的微观特征.的成分差别。 2.实验目的 （1）熟悉二次电子成像观察方法，了解金属材料典型断口形貌特征：（2）掌握双相不锈钢冲击断口形貌特征； （3）掌握X70 钢疲劳断口形貌特征。 3.实验装置及材料 （1）扫描电子显微镜（JSM-6390A 型）一台； （2）超声清洗仪一台； （3）断口试样若干； （4）放大镜一只； （5）吹风机一只； （6）无水酒精若干。 4.实验原理 4.1 金属材料典型断口特征： （1）断口宏观形貌特征 在实际失效分析中, 按断口的表面宏观变形分类，断口分为脆性断口、韧性（延性）断口、韧-脆混合断口；按断裂类型分类，则分为解理断裂、准解理断裂、韧性断裂、疲劳断裂、沿晶断裂等。 对韧性金属材料一次过载造成的韧性断裂，宏观上的基本特征通常表现为三个特征区，即纤维区、放射区和剪切唇区。这三个特征区是断口的三要素。 表13-1 列出了几种典型断口的宏观形貌特征，根据这些特征，可诊断出断口的宏观类型。 表13-1 典型断口的宏观形貌特征

材料性能学复习题

材料性能学复习题 适用于材料成型与控制工程专业 一、填空题 1、σe表示材料的弹性极限；σp表示材料的比例极限；σs表示材料的屈服强度；σb表示材料的抗拉强度。 2、断口的三要素是纤维区、放射区和剪切唇。微孔聚集型断裂的微观特征是韧窝；解理断裂的微观特征主要有解理台阶和河流状或舌状花样；沿晶断裂的微观特征为晶粒状断口和冰糖块状断口。 3、应力状态系数α值越大，表示应力状态越软，材料越容易产生塑性变形和延性断裂。为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数α值大的实验方法，如压缩等。 4、在扭转实验中，塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，断口平齐，这是由切应力造成的切断；脆性材料的断裂面与试样轴线 450角，这是由正应力造成的正断。与静拉伸试样的宏观断口特征相反。 5、材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生应力集中和双（三）向应力，试样的屈服强度升高，塑性降低。 6、低温脆性常发生在具有体心立方或密排六方结构的金属及合金中，而在面心立方结构的金属及合金中很少发现。 7、在平面应变断裂韧性K IC测试过程中，对试样的尺寸为 ， 其中B、a、（W-a）分别是三点弯曲试样的厚度、裂纹长度和韧带长度，σs是材料的屈服强度；这样要 求是为了保证裂纹尖端处于平面应变和小范围屈服状态；平面应变状态下的断裂韧性KIC 小于平 面应力状态下的断裂韧性KC。 8、按断裂寿命和应力水平，疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳；疲劳断口的典型特征是疲劳条纹（贝纹线）。 9、对材料的磨损，按机理可分为粘着磨损，磨粒磨损，疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损和微动磨损等形式。 10、材料的拉伸力学性能，包括屈服强度、抗拉强度和实际断裂强度等强度指标和延伸率和断面收缩率等塑性指标。 12、弹性滞后环是由于材料的加载线和卸载线不重合而产生的。对机床的底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越大越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求材料的弹性滞后环越小越好。