断裂-以机制分类
岩石断裂分析
岩石断裂分析引言：岩石是地壳的组成部分，其断裂特征对于地质学及工程学具有重要意义。
岩石断裂分析可以揭示岩石受力、岩层移位和内部结构等信息，有助于科学家和工程师进行地质和工程设计。
本文将探讨岩石断裂的类型、形成机制以及岩石断裂分析的方法和应用。
一、岩石断裂类型：岩石断裂可以分为几种不同类型，包括：剪切断裂、拉拔断裂、折断裂和溃裂等。
1. 剪切断裂剪切断裂是岩石中最常见的一种类型。
它是指岩石在受到剪切应力作用下发生的断裂。
剪切断裂可以进一步细分为水平剪切断裂、倾斜剪切断裂和复合剪切断裂等。
这些断裂会使岩石产生错动和滑动。
2. 拉拔断裂拉拔断裂是指岩石在受到拉伸应力作用下发生的断裂。
拉拔断裂发生在板块运动或构造运动中，通常以断层的形式出现。
拉拔断裂常伴随着断层和褶皱的形成。
3. 折断裂折断裂是指岩石断裂时同时发生的压应力和剪应力导致的破碎现象。
这些断裂通常会在岩层中形成断层构造，如逆断层、正断层和走滑断层等。
4. 溃裂溃裂是指岩石在承受较大应力时发生的大面积断裂。
溃裂通常发生在地下工程中，如水坝、地下隧道和岩石挡墙等。
溃裂会引发岩层的塌陷和滑动。
二、岩石断裂形成机制：岩石断裂形成的机制涉及多个因素，主要包括：地壳构造运动、地震、岩石强度、断裂面性质以及周围岩石的应力情况等。
1. 地壳构造运动地壳构造运动是岩石断裂形成的主要驱动因素之一。
板块运动和构造运动会在地壳中造成应力集中，引发地震、断层和岩石溃裂等断裂现象。
2. 地震地震是岩石断裂的重要原因之一。
地震发生时，地壳中的岩石受到剧烈振动和扰动，导致断裂面发生破坏和滑动。
地震断裂的研究对于地震灾害的防治具有重要意义。
3. 岩石强度岩石的强度是岩石断裂形成机制的重要因素之一。
强度低的岩石容易发生断裂，而强度高的岩石则相对稳定。
岩石强度受到岩石类型、物理性质和应力环境等因素的影响。
4. 断裂面性质断裂面的性质对岩石断裂有重要影响。
断裂面的粗糙程度和形态会影响岩石的抗剪强度和滑动性质。
断口形貌特征
二）宏观断口特征
1）断口三要素 纤维状区、放射状区、剪切唇。
三要素的大小分布和材质、形状、温度及受力状态有关。有时并不同时出现。
根据的分布类型、面积大小及形状等可以推测应力大小、应力状态、温度、材质 情况；可判断裂源和扩展方向。
2）不同断裂机制断口的宏观特征 1.韧窝断裂 材料由于激烈的局部塑性变形引起的断裂称韧窝断裂或韧性断裂。 韧窝断裂断口的宏观特征是具有纤维状和剪切唇标记。 纤维状呈现凹凸不平的宏观外貌。 剪切唇形貌区域呈现倾斜断面，往往在断口边缘出现。
主要光学仪器为金相显微镜和立体显微镜。
2）电子显微镜断口分析技术
1.透射电镜技术
通常断口凹凸不平，通过复型，利用电子束从样品中透射的电子成象，透射电 镜可以得到高分辨率的电子图象，研究断口的形貌特征。常用倍率为×2000-×30000 ）。 2.扫描电镜技术 扫描电镜利用电子束在样品表面上扫描，引起二次电子发射，经放大成象。扫描 电镜不必复型，可直接观察较大的样品。能清晰显示出样品的凹凸形貌特征。在同 一位置可用不同倍率连续放大观察（数十至上万倍）。取样不方便时，也可采用复 型技术。
2.解理断裂 晶体材料受拉应力使晶体沿一定的结晶学平面发生分离的过程称解理断裂，断 口称解理断口。
解理断裂断口的突出宏观特征是具有小刻面和放射状条纹。
解理断口的结晶面呈无规则取向，有闪闪发光特征。称发光的小平面为小刻面。 解理断口的另一特征是具有人字状条纹或放射状条纹。容易判断裂源和扩展方向。
3.滑移分离 滑移分离断口就是剪切断口，与剪切唇相同。断口倾斜，呈 角。
（二）断口形貌特征
（二）断裂机制和断口形貌特征 一）断裂分类
1）按断裂性质分类
塑性断裂
纤维状断口 （与正应力方向垂直） 剪切断口 （ 45 、剪切唇）
材料力学中的断裂与韧性
材料力学中的断裂与韧性材料力学作为一门关于物质内部结构和力学行为的科学，对于材料的性能与可靠性有着重要的影响。
其中，断裂与韧性是材料力学中一个十分关键的概念。
断裂指的是材料在外界施加力的作用下出现破裂的现象，而韧性则是指材料的抵抗断裂破坏的能力。
本文将从材料的断裂机制、断裂韧性的影响因素以及提高材料韧性的方法等方面加以论述。
一、材料的断裂机制材料断裂机制是指材料在承受外力作用下，因内部结构破坏而发生断裂的过程。
一般来说，材料的断裂机制可以分为韧性断裂和脆性断裂两种情况。
韧性断裂多见于金属等延展性材料，其断裂过程具有典型的韧性特征。
在外力的作用下，材料会先发生塑性变形，从而使得应力集中区域得到缓和。
随着外力的不断增加，应力集中区域逐渐扩大，并伴随着微裂纹的形成和扩展。
当微裂纹沿着材料内部继续扩展，最终导致材料的完全破裂。
需要注意的是，韧性断裂一般伴随着较大的能量吸收过程，因此对于抗震等要求韧性的工程结构，选择具有良好韧性的材料是十分重要的。
脆性断裂则多见于陶瓷、混凝土等脆性材料。
该类材料的断裂过程没有明显的塑性变形区域，而是在外力作用下直接发生破裂。
通常来说，脆性断裂的特点是断裂韧性较低，能量吸收较小。
二、影响材料韧性的因素材料的韧性不仅与材料本身的性质有关，同时也受到外界条件和应力状态的影响。
以下是一些影响材料韧性的常见因素：1.结构层次：材料的内部结构和组织对其韧性有着很大的影响。
晶粒的尺寸、形状以及晶界的性质等都会对材料的韧性产生影响。
一般来说，晶粒尺寸越小、晶界越多越强，材料的韧性也会相对提高。
2.材料纯度：杂质和夹杂物是影响材料韧性的重要因素。
杂质和夹杂物会引起应力集中，从而导致微裂纹的形成和扩展。
因此，材料的纯度对韧性有着直接的影响。
3.应力状态：不同的应力状态对材料的韧性有着直接影响。
例如，拉伸和压缩状态下的材料韧性表现可能不同。
此外，不同应力速率下材料的断裂行为也可能有所不同。
三、提高材料韧性的方法提高材料的韧性是工程实践中的一项重要任务。
断裂失效的分类
断裂失效的分类
断裂失效的分类主要包括：
1. 疲劳断裂：由交变载荷引起的断裂。
2. 应力腐蚀断裂：在拉应力及腐蚀介质的共同作用下发生的断裂。
3. 蠕变断裂：在长期恒温、恒应力的作用下，材料塑性流动导致的断裂。
4. 应力松弛破坏：螺栓、紧固件等连接部位的物体，由于应力松驰造成的断裂。
5. 磨蚀断裂：磨蚀和断裂同时作用造成的断裂。
6. 氢脆断裂：由于氢进入材料内部，造成晶体缺陷，使强度降低从而导致断裂。
7. 温度梯度断裂：温度突变引起的外力过大造成的断裂。
以上是断裂失效的一些主要分类，每一种都由不同的原因导致，需要具体分析。
第五章 材料的断裂
NSR>1，对切口不敏感，切口韧性材料 NSR<1，对切口敏感，是切口脆性材料
33
切口强度
*应力集中与局部应力
*应变集中与局部应变
Hollomon方程
σ
=
Kε
n p
34
切口强度
切口强度实验测定
试件
实验设备 万能试验机（拉伸）
切口强度
σ bN
= 4Pmax
分析方法
宏观断口观察断裂类型 微观断口形貌分析确认断裂机理 成分与夹杂分析辅助
常见断口特征
11
裂纹形核与扩展
*裂纹形核
位错塞积理论 位错反应理论 脆性第二相开裂理论
裂纹扩展
12
2. 断裂强度
13
断裂强度
理论断裂强度
σm
=
Eγ
a0
1/ 2
实际材料的断裂强度仅 为理论的1/10~1/1000
裂纹
14
/
πd
2 n
*切口强度估算 切口强度只能பைடு நூலகம்性判定材料的切口敏感度
35
冲击韧性
冲击载荷的特点
作用时间短 冲击力F是一个变力
冲击韧性实验
试件
夏氏切口 梅氏切口
用能量变化来衡量
36
冲击韧性
冲击韧性实验
实验原理
实验设备 实验结果——冲击吸收功
Ak = GH1 − GH2 = Ai + Ap + Af + ∆E
断裂韧度的测定
试验方法与试样
紧凑拉伸试验 三点弯曲单边裂纹试验 四点弯曲单边裂纹试验
试验步骤 加工试样，预制裂纹 加载让裂纹扩展，测定载荷与裂纹张开位移 测量裂纹长度，求断裂韧度
断裂分类
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、密排六方金属与合金处于低温、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，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。
断口形貌特征
A
2
二）宏观断口特征 1）断口三要素 纤维状区、放射状区、剪切唇。
三要素的大小分布和材质、形状、温度及受力状态有关。有时并不同时出现。
根据的分布类型、面积大小及形状等可以推测应力大小、应力状态、温度、材质 情况；可判断裂源和扩展方向。
A
3
A
4
2）不同断裂机制断口的宏观特征 1.韧窝断裂
材料由于激烈的局部塑性变形引起的断裂称韧窝断裂或韧性断裂。
（扫）500:1
（透）10000:1
（扫）2000:1
凹处暗，凸处亮。 A
Hale Waihona Puke 122.扫描电镜技术扫描电镜利用电子束在样品表面上扫描，引起二次电子发射，经放大成象。扫描 电镜不必复型，可直接观察较大的样品。能清晰显示出样品的凹凸形貌特征。在同 一位置可用不同倍率连续放大观察（数十至上万倍）。取样不方便时，也可采用复 型技术。
各种观察手段结合可以得到较好的结果。
A
11
（金）200:1
A
6
3.滑移分离 滑移分离断口就是剪切断口，与剪切唇相同。断口倾斜，呈
45o
角。
A
7
4.疲劳断裂 疲劳断口一般可划分三个不同区域：平滑区和“年轮”条纹区和瞬断区。
A
8
5.蠕变断裂 蠕变断口的宏观形貌呈“冰糖”状特征。
A
9
三）显微断口分析技术
1）光学显微镜断口分析技术 用光学显微镜对断口进行观察和分析。其固有缺点为放大倍率低（×100--
韧窝断裂断口的宏观特征是具有纤维状和剪切唇标记。 纤维状呈现凹凸不平的宏观外貌。 剪切唇形貌区域呈现倾斜断面，往往在断口边缘出现。
A
5
2.解理断裂 晶体材料受拉应力使晶体沿一定的结晶学平面发生分离的过程称解理断裂，断
断裂分类(韧窝)
断裂分类(韧窝)
2 微孔聚合断裂机制
2.1相关概念
定义：微孔聚合型断裂过程是在外力作用下，在夹杂物、第二相粒子与基体的界面处，或在晶界、孪晶带、相界、大量位错塞积处形成微裂纹，因相邻微裂纹的聚合产生可见微孔洞，以后孔洞长大、增殖，最后连接形成断裂。
微孔萌生的时间：若材料中第二相与基体结合强度低，在颈缩之前；反之，在颈缩之后。
微孔萌生成为控制马氏体时效钢断裂过程的主要环节
微孔聚合型断裂形成的韧窝有三种：
1）拉伸型等轴状韧窝；
2）剪切型伸长韧窝；
3）拉伸撕裂型伸长韧窝。
正应力作用下，韧窝是等轴型的，而在剪切应力和弯曲应力的作用下，韧窝
沿一定的方向伸长变形形成剪切韧窝和撕开韧窝。
韧窝的大小和深浅取决于第二相的数量分布以及基体的塑性变形能力，如第二相较少、分布均匀且基体塑性变形能力又强，那么韧窝大而深；若基体的加工硬化能力很强，韧窝大而浅。
断口形貌特征
二）宏观断口特征 1）断口三要素 纤维状区、放射状区、剪切唇。
三要素的大小分布和材质、形状、温度及受力状态有关。有时并不同时出现。 根据的分布类型、面积大小及形状等可以推测应力大小、应力状态、温度、材质 情况；可判断裂源和扩展方向。
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2）不同断裂机制断口的宏观特征 1.韧窝断裂
材料由于激烈的局部塑性变形引起的断裂称韧窝断裂或韧性断裂。 韧窝断裂断口的宏观特征是具有纤维状和剪切唇标记。 纤维状呈现凹凸不平的宏观外貌。 剪切唇形貌区域呈现倾斜断面，往往在断口边缘出现。
各种观察手段结合可以得到较好的结果。
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（金）200:1
（扫）500:1
（透）10000:1
（扫）2000:1 凹处暗，凸处亮。 .
3.滑移分离 滑移分离断口就是剪切断口，与剪切唇相同。断口倾斜，呈 角。
45o
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4.疲劳断裂 疲劳断口一般可划分三个不同区域：平滑区和“年轮”条纹区和瞬断区。
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5.蠕变断裂 蠕变断口的宏观形貌呈“冰糖”状特征。
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三）显微断口分析技术 1）光学显微镜断口分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技术
用光学显微镜对断口进行观察和分析。其固有缺点为放大倍率低（×100-×500 ），焦点深度浅。只限于平坦的断口。主要用于观察材料的组织及裂纹 的形态等。
（二）断口形貌特征
.
（二）断裂机制和断口形貌特征
一）断裂分类 1）按断裂性质分类
塑性断裂
脆性断裂
（无宏观变形）
纤维状断口 （与正应力方向垂直）
剪切断口
（ 4 、5 o剪切唇）
穿晶断口
（解理断口、疲劳断口）
沿晶断口
塑性--脆性断裂
2）按断裂机理分类：解理断裂、韧窝断裂、准解理断裂、 疲劳断裂、环境断裂、蠕变断裂、 滑移分离、穿晶断裂等。
第三章 第一部分 断裂分类及微观机制
§3-2 裂纹形核与扩展的物理模型
一、解理断裂的裂纹形核与扩展
1、解理裂纹形核的位错模型 •位错塞积模型（Zener-Stroh） ——在切应力作用下，滑移面上的刃 型位错运动遇到障碍，产生塞积，在 位错前端产生高的应力，诱发裂纹。 •位错反应模型（Cottrell） ——位于两个{110}面上的 a/2[111]滑移位错在两面的 交线处发生位错反应产生 a[001]位错，大量的a[001] 位错塞积导致微裂纹萌生。
沿晶断裂通常是宏观脆性的， 穿晶断裂则既可以是宏观塑性的， 也可以是宏观脆性的。
4、从致断原因角度分类 在工程实际中，构件的断裂行为与材料自身及外 界条件密切相关，出于研究方便，更多的是从致断原 因角度出发，将断裂失效划分为 • 疲劳断裂 • 蠕变断裂 • 应力腐蚀断裂 • 氢脆 • 腐蚀疲劳断裂等
第三章 断裂与断裂韧性 （第一部分）
安全服役范围
金属构件的失效模式 塑性变形 断 裂 ——材料在外力作用下局 部或整体相邻的两部分发 生分离的现象。
典型结构材料的拉伸曲线
断裂导致构件的整体性、连续性遭 到破坏，意味着构件功能的彻底丧失， 因而是材料最严重的失效形式。
关于断裂的危害很容易理解，其后果 往往是灾难性的，如锅炉爆炸、桥梁破 裂、火车运行中车轴断裂、飞机、轮船 失事、导弹和运载火箭的失控爆炸等。
2011 年 7 月 14 日上午 8 点 50 分左右， 福建武夷山市的武夷山公馆大桥北 端发生垮塌事故，牌号为闽 H30953 的一辆旅游大巴车坠入桥 下，当场造成1人死亡，22人受伤
2011年7月15号，通车仅14 年的杭州钱江三桥引桥坍塌。
2011年7月19号，零点40分，一辆重 达160吨的严重超载货车，通过北京 市宝山寺白河桥时，造成桥梁塌毁。
机械材料的破裂与断裂机制
机械材料的破裂与断裂机制在日常生活和工业生产中，机械设备和工程结构的破裂和断裂是一个不可避免的问题。
了解机械材料的破裂和断裂机制对于设计和制造高强度和高可靠性的机械设备至关重要。
首先，我们需要了解破裂和断裂的区别。
破裂是指材料在受力下出现明显的破坏，往往表现为断裂面的出现。
而断裂是指材料在破裂过程中出现的开裂现象。
破裂和断裂的发生往往与材料的强度、韧性和疲劳性等有关。
在机械材料的破裂过程中，常见的机制有塑性断裂、脆性断裂和疲劳断裂等。
塑性断裂是指当材料受到较大的力时，由于材料无法承受这么大的应力而发生塑性变形，进而导致材料的破裂。
在塑性断裂中，材料发生了明显的塑性变形，破裂面表现出典型的韧性断裂形貌，具有明显的断裂韧性。
脆性断裂是指当材料受到较小的力时，由于材料具有较高的强度和较低的韧性，其破裂是突然发生的，破裂面表现出典型的脆性断裂形貌，没有明显的塑性变形。
疲劳断裂是指材料在反复的应力加载下，由于材料的内部缺陷或局部应力集中，导致材料产生疲劳开裂，最终导致破裂。
疲劳断裂是机械材料经常遇到的一种断裂方式，尤其是在某些应用场合下，如航空航天领域。
机械材料破裂的主要因素包括外力作用、应力集中、缺陷和材料本身的性能等。
外力作用是材料破裂的直接原因，如受到拉伸、压缩、弯曲或剪切等力的作用时，会造成材料内部产生应力，超过材料的承载能力后就会导致破裂。
应力集中是指材料内部存在缺陷或几何形状不均匀导致应力分布不均匀，从而在局部产生应力集中。
应力集中是机械材料破裂的重要诱发因素，常常发生在自由边缘、孔洞、裂纹或几何形状变化的部位。
缺陷是指材料内部或表面的缺陷，如气孔、夹杂、夹层、裂纹等。
材料中的缺陷会导致应力集中，进而引发破裂。
有时候，机械材料的破裂是由材料本身的性能问题引起的，如材料的强度、韧性、硬度等不满足需求时，容易出现破裂现象。
为了防止机械材料的破裂和断裂，需要采取一系列的措施。
首先要进行材料的强度和韧性测试，确保材料的性能满足设计和应用要求。
材料力学中的断裂机制及其应用
材料力学中的断裂机制及其应用材料力学是研究固体材料在外力作用下的变形、破坏行为及其规律的学科。
其中，断裂力学作为材料力学中的一个重要分支，研究的是固体材料在拉伸、压缩等应力载荷作用下产生破坏过程的机理与规律。
本文将介绍材料力学中的断裂机制及其应用。
一、断裂机制固体材料的断裂分为塑性断裂和脆性断裂两种机制。
在材料拉伸到一定程度时，若能够发生较大的塑性变形并在一定程度上减缓裂纹扩展，则表现为塑性断裂；若此时材料发生剧烈的裂纹扩展并突然破坏，则表现为脆性断裂。
1. 塑性断裂塑性断裂是在应力状态下材料中的裂纹不断扩张，最终导致材料失效的现象。
在材料拉伸或压缩过程中，当应力达到一定程度时，材料会产生微观的裂纹。
这些裂纹在应力的作用下逐渐扩大，随着应力的不断增加，裂纹将逐渐扩展到材料的断裂点，导致材料破坏。
塑性断裂的机制与材料的塑性变形密切相关。
在工程材料中，晶粒的滑移和滚动是塑性变形主要的变形机制。
因此，材料的微观结构，如晶粒大小、晶界定向性等都会影响材料的塑性断裂。
2. 脆性断裂脆性断裂是指材料在应力状态下发生裂纹扩展时，裂纹扩张速度非常快，最终导致材料失效的现象。
相对于塑性断裂，脆性断裂的特点是裂纹扩展速度非常快，材料的失效通常是在极短的时间内发生的。
脆性断裂的机制与材料内部的缺陷和线瑕疵有关。
在材料内部存在着各种类型的缺陷和线瑕疵，如夹杂、气孔、裂纹等。
在受到应力作用时，这些缺陷或线瑕疵容易加剧应力集中，从而导致裂纹扩展速度非常快，最终导致材料失效。
二、断裂应用随着工业技术的不断发展，材料的断裂机制研究在工程领域中得到广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 工程结构设计工程结构设计中，需要对材料的断裂机制有一定的了解。
钢结构、混凝土结构等工程结构在受到外部荷载作用时，都会产生应力分布，因此需要在设计时充分考虑材料的断裂性能。
针对不同的工程应用需求，可以选择不同的材料类型和断裂机制。
2. 材料强度评估在材料强度评估中，需要对不同材料的断裂机制有一定的了解。
材料力学中的断裂与损伤机制
材料力学中的断裂与损伤机制材料力学是研究材料在外力作用下变形、断裂和损伤等行为的科学。
其中材料的断裂和损伤机制是研究的重要内容之一。
在很多的工程和科学领域中，如机械制造、航空航天、能源、材料科学等，对材料的断裂和损伤机制的研究都具有非常重要的价值。
首先，我们可以先了解一下什么是材料的断裂和损伤。
在材料受到外力作用时，如果受力达到某个临界值，材料就会发生断裂。
而如果受到的力并没有达到临界值，材料却开始出现微小的裂纹，这种情况就被称为损伤。
接下来我们来谈谈材料的断裂机制。
材料的断裂由内部结构的缺陷所引起。
这些缺陷通常是微小的裂纹、夹杂物等。
当材料受到外力时，这些缺陷会扩展，并将扩展过程中释放的能量传递给材料周围的原子和晶粒，从而导致断裂。
材料的断裂机制可以分为静态断裂和疲劳断裂两种情况。
静态断裂是指在单次载荷作用下引发裂纹扩展到足以导致断裂的过程。
根据断裂模式的不同，可以将静态断裂分为拉伸断裂、剪切断裂和剪拉混合断裂。
拉伸断裂是指在拉伸载荷作用下，材料断裂是沿正交于加载方向的平面上的，即脆性断裂。
剪切断裂是指在剪切载荷作用下，材料主要发生纯剪切断裂，即韧性断裂。
剪拉混合断裂则是在拉伸和剪切载荷交替作用下，材料发生的断裂模式。
疲劳断裂是指在多次载荷作用下材料发生断裂的过程。
在材料受到周期性的载荷作用时，会在材料表面产生疲劳裂纹。
这些裂纹会逐渐扩展并汇合，导致最终材料的断裂。
疲劳断裂是材料力学中一个非常重要的研究领域，因为它对于很多领域的工程材料有着决定性的影响。
接下来我们来讨论一下材料的损伤机制。
材料的损伤通常是由于材料内部的细小缺陷引起的。
这些缺陷可以是夹杂物、空腔、微裂纹等等。
当材料受到外力作用时，这些缺陷就会逐渐扩展，并且产生新的缺陷，如沿晶裂纹、穿透裂纹等。
这些缺陷不仅导致了材料的物理性能下降，还会对材料的可靠性和寿命造成影响。
材料损伤具有很多种形式，如塑性变形、疲劳、腐蚀等。
在这些不同的损伤形式中，塑性变形和疲劳是最常见和重要的。
有机化学基础知识键断裂与形成的反应机制
有机化学基础知识键断裂与形成的反应机制有机化学是研究碳元素及其化合物的科学，该领域的发展对于我们理解有机物的性质和反应起着至关重要的作用。
在有机化学中，键断裂与形成是化学反应的核心过程。
本文将探讨有机化学中键断裂与形成的反应机制，以及一些常见的键断裂与形成反应。
一、键断裂反应机制1. 非极性键断裂反应非极性键通常是由两个相同或相近的原子间的共享电子对形成的。
在非极性键断裂反应中，通常会涉及到自由基中间体的产生和消失。
例如，氢气的氢分子键（H-H）可以通过热解或光解反应被断裂。
反应机制可描述为：H2 → H• + H•2. 极性键断裂反应极性键通常是由两个不同原子之间的共享电子对形成的，其中一个原子的电子云对电负性较大的另一个原子产生较强的吸引力。
在极性键断裂反应中，通常涉及到亲核试剂、电荷稳定化等。
例如，溴仿（CHBr3）中碳-溴键可以通过碱处理被断裂。
反应机制可描述为：CHBr3 + OH- → CHBr2- + Br- + H2O二、键形成反应机制1. 亲核试剂的取代反应亲核试剂是一种具有孤立电子对的化合物，它们可以通过取代反应与含有活泼卤素的底物发生反应，产生新的化合物。
例如，氯乙烷与氢氧化钠反应可产生乙醇。
反应机制可描述为：CH3CH2Cl + NaOH → CH3CH2OH + NaCl2. 亲电试剂的加成反应亲电试剂是一种具有正电荷或δ+电荷的化合物，它们可以通过加成反应与双键存在的底物发生反应，生成新的化合物。
例如，乙烯与氢气气体可以通过催化加氢反应生成乙烷。
反应机制可描述为：H2 + CH2=CH2 → CH3-CH3三、常见的键断裂与形成反应1. 双键的加成反应双键通常较为活泼，可以通过加成反应与亲电试剂形成新的键。
例如，乙烯可以与氢气通过催化加氢反应生成乙烷，或与溴气反应生成1,2-二溴乙烷。
2. 双键断裂反应双键断裂反应通常需要高能量的条件，如高温或紫外光的作用。
例如，乙炔可以通过燃烧反应与氧气产生二氧化碳和水。
化学反应的化学键断裂
化学反应的化学键断裂化学反应中，化学键的断裂是一个非常重要的过程。
这个过程涉及到两个或更多的原子之间的连接被打破，从而产生新的物质。
在这篇文章中，我们将探讨化学反应中化学键断裂的不同类型和机制。
1. 热解反应热解反应是一种常见的化学反应，其中通过加热使化学键断裂。
在这种反应中，高温使原子或分子的振动能够克服束缚力，从而导致化学键的断裂。
例如，氢气和氧气反应生成水的过程中，燃烧的高温使O-H键断裂，产生了氧气和氢气的原子之间的新的化学键。
2. 光解反应光解反应是一种使用光能量来断裂化学键的反应。
这种反应通常发生在分子中具有高能态电子的化合物中。
当光能量被吸收时，化学键的分子轨道被激发电子所占据，并使得化学键断裂。
例如，光解水反应中，光能被吸收导致水分子中的氧氢键断裂，产生氧气和氢气。
3. 氧化还原反应氧化还原反应涉及到电子的转移，这可能导致化学键的断裂。
在一些氧化还原反应中，电子从一个物质转移给另一个物质，从而导致化学键断裂。
这种电荷转移可能经过物质的共价键或离子键。
例如，在铜与氧反应生成铜氧化物的过程中，铜中的电子从铜原子转移到氧原子，导致铜原子中的铜-铜键断裂。
4. 氢键断裂氢键是一种特殊的化学键，涉及到氢与电负性较高的原子间的相互作用。
当化学反应中发生氢键的断裂，通常是由于其他原子或分子与氢键中的氢原子形成更强的相互作用。
例如，水中的氢键可以在与其他分子或组分反应时被打破。
总结：化学反应中，化学键的断裂是一个关键的过程，涉及到各种类型的反应。
热解、光解、氧化还原和氢键断裂都是常见的化学反应中化学键断裂的机制。
通过理解和研究这些机制，我们可以更好地理解化学反应的动力学和产物的形成。
随着对化学反应和化学键断裂的更深入理解，我们可以应用这些知识来设计和控制化学反应，从而开发新的化学过程和材料。
化学反应中的键断裂与键形成机理分析
化学反应中的键断裂与键形成机理分析在化学反应中，键的断裂和形成是不可避免的过程。
这一过程涉及许多机理和因素，对于深入理解化学反应的本质和动力学具有重要意义。
本文将分析键的断裂和形成的机理，并探讨其在不同反应中的应用。
一、键的断裂机理1.1 极性键的断裂极性键的断裂通常涉及到共有电子对的重新分配。
在极性键中，由于电负性差异，其中一个原子会表现出一定程度的带电性。
当化学反应发生时，外部荷电物质或溶剂分子的作用将会产生推挤力，导致键的断裂。
这种断裂机理常见于水解反应、酸碱中和和氧化还原反应等。
1.2 非极性键的断裂非极性键的断裂往往以自由基反应的形式出现。
在非极性键中，电子对是相对平等地分布在两个相互连接的原子之间。
当分子中受到外部热能或光能的激发时，键的断裂将通过自由基的形式进行。
这种机理常见于光解反应和热解反应中。
二、键的形成机理2.1 共价键的形成共价键的形成涉及到原子之间电子的共享。
当两个原子趋于靠近时，它们的价电子轨道开始重叠，并形成一个共有的电子云。
通过这个共有电子云，两个原子将共享一对电子，从而形成共价键。
这一机理是化学反应中最常见和基础的键形成过程。
2.2 离子键的形成离子键的形成需要涉及到电子的转移和离子的形成。
当原子通过电子转移产生正负电荷时，它们之间会发生静电吸引，从而形成离子键。
这种机理常见于金属与非金属之间的反应，形成金属离子和非金属离子的离子化合物。
三、键断裂与键形成的应用3.1 化学催化剂在许多化学反应中，键的断裂和形成是缓慢的过程。
为了加快反应速率，化学催化剂被引入，通过改变反应体系，提供新的反应途径，从而降低键断裂和形成的能垒。
催化剂可以通过提供合适的反应条件、稳定中间产物或改变反应机理来促进键的断裂与形成。
3.2 药物设计与合成对于药物设计和合成，理解键的断裂与形成机理至关重要。
通过研究分子之间的相互作用，可以预测药物在体内的活性和副作用。
通过深入了解键的断裂与形成机制，可以合理设计分子结构，优化药物活性，并减少不必要的副作用。
第三章-断裂的微观机制
纯铝恒位移加载时空位聚集空洞的TEM原位观察
第3章 断裂的微观机制
3.1 微裂纹形核方式
第3章 断裂的微观机制
Cottrel 认 为 , 断 裂 的 控 制 过程是裂纹的扩展，而不 是萌生。据此他提出一种 裂纹形成的位错反应模型 ：
第3章 断裂的微观机制
3.1 微裂纹形核方式
3.1.5 Cottrell位错反应形成微裂纹
新形成的位错 在体心立方解理面(001)插入一个多余的半原子面。 滑移面上的两个领先位错A和B通过反应后就成为不动位错C。 领先位错不断反应生成C位错，当合并在一起的C位错数目增大到等于某
CV(T=900℃)/ CV(T=25℃)=1014。
因此，从900℃淬火下来的试样中的过饱和空位有可能聚集成微空 洞。但在低温热平衡条件下，空位很难聚集成空洞。
位错交割或交滑移时会形成割阶，当割阶位错作非保守运动时就会 发生过饱和空位。
当应变量从5%增至15%时，空位浓度升高5倍。当过饱和空位聚集成 球形气团时，即微空洞，自由能下降最大，故最稳定。
一临界值时，所产生的应力集中达到解理面(001)的解理强度，它就会成
为一个微裂纹。
第3章 断裂的微观机制
3.1 微裂纹形核方式
3.1.5 Cottrell位错反应形成微裂纹
裂纹扩展条件：
2G
kd1/ 2
特点： 把解理裂纹的裂纹形核与扩展区分开来，并 认为裂纹扩展是控制因素，因而拉应力起重要的作用，比 较符合实际的情况。
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措施
1、提高材料的纯洁度，减少有害杂质元素的沿晶分布，如钢中的P、S、As、Sb、Sn； 2、严格控制热加工质量和环境温度，防止过热、过烧及高温氧化； 3、减少晶界与环境因素间的交互作用； 4、降低金属表面的残余拉应力，以防止局部三向拉应力状态的产生；
疲劳
纤维区、剪切唇 韧窝 韧窝花样（断面上覆盖着大量微坑）包含等轴韧窝、抛物 线韧窝、卵形韧窝
影响因素
1、夹杂物或第二相粒子：尺寸较小，且分布密集 → 促进韧窝成核，形成小而多的韧窝花样；尺寸较大，且分布 变化不大→促进裂纹扩展，形成较大的韧窝花样 2、基体材料的韧性：韧性差、塑性变形能力差，韧窝尺寸较小、较浅 3、试验温度：T↑、有利于韧窝的成核与扩展，韧窝宽度和深度增加 4、应力状态：拉应力（等轴）、切应力（拉长韧窝）、撕裂应力（撕裂韧窝）
措施
为了防止此类断裂最有效的办法就是提高钢材的抗低温脆断能力，即千方百计地降低钢材的脆性转折 温度（如细化晶粒，减少组织缺陷等），在这方面与预防解理断裂的措施是基本相同的
1、冰糖块状（晶粒粗大） 2、灰色的石状 沿晶 1、多边形图象（晶粒外形轮廓） 2、冰糖状形貌
产生原因
1、脆性沉淀相沿晶界析出：钢中的碳化物、Al-Li合金中的δ（AlLi）相； 2、晶界弱化：杂质Na、S、P等的晶界偏析、合金钢中的高温回火脆性； 3、环境：SCC、氢脆、蠕变； 4、热应力：焊接材料的HAZ； 5、晶粒粗大；
措施
（1）、消除或减小构件上的裂纹尺寸。 （2）、细化晶粒。 （3）、消除或减少金属中的有害杂质。 （4）、采用双钢代替单一的马氏体组织材料。
裂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
准解 理
断口差异
1、准解理裂纹源常在准解理平面的内部形成，而解理裂纹 源在解理面边界（晶界）形成； 2、准解理裂纹扩展路径比解理裂纹要不连续得多，常在局 部地方形成并局部扩展； 3、准解理包含更多的撕裂；
产生原因
准解理断裂是淬火加低温回火的高强度钢较为常见的一种断裂形式，常发生在脆性转折温度附近。准解理断裂的断口是有平坦 的“类解理”小平面、微孔及撕裂棱组成的混合断裂。 1、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的马氏体组织，回火温度低，易产生此类断裂； 2、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同； 3、构件的薄弱环节处处于平面应变状态； 4、材料的晶粒尺寸比较粗大； 5、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出；
措施
屈服强度不够，超过许用应力
蛇形 滑移
宏观
1、放射条纹 2、人字纹 3、小刻面：闪闪发光的小晶面； 4、解理断口上的结晶面宏观上呈无规则取向
产生原因
解理
微观
断
以机制分
1、扇形花样 4、舌状花样
2、解理台阶 5、青鱼骨花样
3、河流花样 6、瓦纳线
1、从材料方面考虑，一般只有冷脆金属才能发生解理断裂。面心立方金属为非冷脆金属一般不会发生解理断裂。 2、构件的工作温度较低，即处在脆性转折温度以下； 3、只有在平面状态（即三向拉应力状态）下才能发生解理断裂，或者说构件的几何尺寸属于厚板情况； 4、晶粒尺寸粗大； 5、宏观裂纹存在；