热处理：材料断口分析(第1-4章)
断口分析-文档资料
河流通过小角度倾斜界面
河流通过小角度扭转界面
河流花样穿过扭转晶界时将产生河流的激增。扭转界面又称 为孪晶界，两侧晶体以晶界为公共界面旋转了一个角度。因此 解理裂纹不能简单的穿过晶界，必须重新形核后才能沿新的解 理面扩展。
当解理裂纹扩展到大角度晶界（大多数晶界属于大角 度晶界）时，由于晶界结构复杂两晶粒之间缺乏连续性， 晶粒之间的位向差又很大，这些都使解理裂纹无法连接 通过这时裂纹需要重新生核进而扩展，因此有可能在新 的晶粒中出现大量的河流，而且河流台阶的高度差很大， 这也有可能使原来的河流消失。
生产实际中，尖锐切口或裂缝的金属制件在低温下产生 解理断裂大都是宏观的。
人字形是宏观脆性断口诊断的重要依据。断口上是否 有清晰的人字纹花样出现取决于构件几何形状和断裂位 置的其实位置。在板材构件脆性断裂的断口上就经常出 现人字纹花样。如果在断口上发现人字纹花样（通过肉
眼或借助放大镜或用低倍显微镜），可以说明是脆性 性裂的，另外还能够找到断裂的起源—平滑板材断口 上人字纹的尖头方向指向断裂源，相反的方向为裂纹 的扩展方向。
四、 解理断裂
§4.1 基本概念
定义： 解理断裂指晶体材料受拉应力作用沿着某些严格
的结晶学平面发生分离的过程，其断口称为解理断口。 结晶学平面称为解理面，有时解理面兼作滑移面或孪 晶面。
用来制造金属结构、桥梁、压力容器的低碳钢 材在低温下可能出现冷脆；金属材料晶粒粗大、内 部带有缺陷；试件上带有尖锐切口或裂缝，受冲击
金属材料的裂纹与断口分析
多枝型法示意图
T型法示意图
后生的裂纹是不可能穿越原
out
有的裂纹的, 由此可判定相遇裂
精品课纹件 中哪一条为主裂纹 --T型法20则。
第三节 断口分析
断口分析思路与步骤
1. 断口样品的制备与保存 2. 断口的宏观观察(判定裂纹源) 3. 断口的显微观察 4. 断口截面分析
• 判别失效原因的有利证据 (根据断口主裂纹判别裂纹源
)
out
精品课件
4
金属材料的断裂过程
三个阶段：---裂纹萌生；
稳扩展；
---裂纹亚稳扩展及失
---断裂。
低速稳态扩展:﹤5m/s 非稳态快速扩展:＞1Km/s
声速：空气(25℃) 346m/s
out
精品课件
5
金属构件可能在制造、成形或使 用阶段的启裂、萌生裂纹, 受不同的环境 因素及承载状态的影响而使裂纹扩展直至 断裂。
断口形貌观察工具的特性比较
out
精品课件
17
第二节 裂纹分析
工艺裂纹 金属零件在各种加工过程中产生的裂 纹(如:铸造裂纹、焊接裂纹、白点、热处 理裂纹等), 往往是零件的断裂源。
使用裂纹 金属零件在使用过程中产生的裂纹 ,如:应力腐蚀裂纹(包括氢脆裂纹) 、 疲劳裂纹和蠕变裂纹。
out
拉伸
44断口分析
图10-9 断口上的人字纹 第四节 断口分析技术
金属材料及其构件在受到大于临界强度的应力作历时常常会发生断裂，其断裂后的自然表面成为断口。断裂老是发生在构件或金属组织中最薄弱的地址，断口记录了金属材料及构件断裂的全进程，即裂纹的萌生、扩展和断裂；同时也记录了内外因素对裂纹扩展的阻碍和材料本身的缺点对裂纹萌生的增进作用，总之，断口上记录着与裂纹有关的各类信息，通过对这些信息的分析，能够找出构件断裂的缘故及其阻碍因素。通过断口的形态分析去研究断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂进程的应力状态和裂纹扩展速度等，还能够通过对断口表面的微区成份分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等，深切研究材料的冶金因素和环境因素对断裂进程的阻碍。随着断裂学科的进展，断口分析同断裂力学等所研究的问题加倍紧密相关，相互渗透，相互配合，断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手腕。
一、断口的分类
（一）按塑性变形的大小分类
依照金属或构件断裂时的塑性变形大小，断口大致能够分为脆性断口和韧性断口。脆性断口无明显塑性变形，其断裂面通常与拉伸应力垂直，宏观可见由光亮的结晶小平面组成，有放射状花纹，多数成人字形花腔。断口上的人字纹见图10-9。韧性断口有明显塑性变形，其断裂面可能同拉伸应力垂直或倾斜，别离称为正断和斜断，宏观断口上有细小凹凸，呈纤维状，最后断裂处显现剪切唇。
（二）按裂纹的扩展途径分类
按裂纹在多晶材料中的扩展途径，断口可
分为穿晶断口和沿晶断口两种。裂纹穿过晶粒
扩展，称为穿晶断口。而裂纹沿着晶界扩展，
《金属热处理缺陷分析及案例》完整版
▪ （二）、热处理校正： ▪ 1、在Ac1温度以下加热急冷：对胀大变
形的工件进行收缩处理； ▪ 2、淬火胀大法：对收缩变形的工件进行
胀大处理。
第四章 残余应力
▪ 一、概述： ▪ 由于温度差和相变引起的工件内部
残余应力。 ▪ 形成原因：温度差、体积变化 ▪ 种类：热应力和组织应力
二、热处理内应力：
第二章、热处理裂纹：
▪ (一)、产生原因：内应力作用下发 生，最终断裂。条件是内应力＞脆 断强度。
▪ (二)、断裂类别： ▪ 1、裂纹按扩展程度：（失稳）可发
展裂纹、阻断裂纹（不断裂）。
▪ 2、断裂：脆性断裂和韧性断裂。多 数为脆性断裂（断口灰亮色）
（三）、加热不当形成的裂纹：
▪ 升温速度过快（多出现于灰铸铁、 合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸 件）、表面增碳或脱碳[合金钢、低 碳马氏体钢20SiMn2MoV，高锰钢 (Mn13)]、过热或过烧（高速钢、不 锈钢）、氢致裂纹（条件：足够氢、 对氢敏感的金相组织和三向应力。 措施：脱氢、低温回火、自然时效、 低氢淬火）
(二)、热处理缺陷分析方法：
▪ 1、热处理缺陷的影响：直接影响产品质量、 使用性能和安全，所以准确分析和判断十分 重要。
▪ 2、分析方法：断口分析(裂源位置、扩展方 向、断裂性质和方式)、化学分析(材料成分、 沉积物、氧化物)、金相分析(晶粒、组织、 晶界)、力学性能试验(硬度、拉伸、冲出、 疲劳断裂韧度)、验证试验(原工艺和改进工 艺对比)、综合分析(得出缺陷产生的几种主 要原因，提出改进措施)。
裂纹与断口分析(高级课件)
断裂区
扩展区
out
精编课件
42
几种重要断裂方式的断口特征
out
精编课件
43
out
精编课件
44
冲击断口 断口三要素分布示意图
• 一般情况下，缺口附近先 形成纤维区，然后是放射区 及剪切唇，剪切唇沿无切口 的其它三侧边分布。
剪
切 唇
放射区
• 摆锤冲击下，缺口一侧受 拉应力，另一侧受压应力。 整个断面上受力方向不同， 所以当受拉应力的放射区进 入受压区时可能会消失而重 新出现纤维区(如图所示)。
解理断口 宏观形态除能观察到放
射状条纹外，还具有结晶状形态，
有许多强烈反光的小平面(或称刻
面)。在有些纯解理断口上只有结
out
晶状而看不到放射花样。
精编课件
39
疲劳断口的宏现形貌
应根据疲劳条纹的密度、 疲劳源区的光亮度和台阶情况 来确定疲劳源的起始次序。
最初疲劳源区经历交变负
out
荷作用的时间长，疲劳条纹密
观察时，为使断口的棱边保存下来，常采用 镶嵌方法。在切片镶嵌之前，若将试样断口镀上镍， 有利于断口棱边完好地保存下来。
合成氨管道腐蚀失效件
断口切片试样
out
沿晶腐蚀裂纹（×80）
精编课件
53
纯铁低温冲击试验解理破坏截面边缘镀镍金相保护观察
断口分析
断口分析
1.弹性不匹配的裂纹形核：晶粒间由于取向，化学成分不同，弹性模量是不一样的，外部施加的应力或内部产生的应力在两个经理内产生不同的弹性应变，从而可能导致局部的高应力，并通过形成裂纹加以释放。
2.结晶固体中的塑性形变引起的裂纹形核：低温下的结晶材料，如金属和陶瓷，会发生剪切形变。从微观结构的层次来看，这是由单个位错的滑动(滑移)或大批的位错协调移动(局部形变孪生)引起的晶体内或晶粒内的剪切形变。由此产生的剪切应力可能局限在一个窄带内。当剪切带遇到障碍，例如晶界或者第二相粒子，在剪切带尖上会产生
很大的局部应力，这就引起了裂纹形核。材料的晶体结构及外加应力的方向决定了滑移面或孪生面的方向以及剪切发生的方向。裂纹形核的平面与材料的晶体结构和“障碍”界面的强度密切相关。由于结晶解理，裂纹产生在同一晶粒的剪切带中。当然裂纹也可能会产生在“障碍”处，或者在材料中弱界面处，沿界面形成。高应力集中也可能会通过普通的塑性形变而不是裂纹形核释放出来。裂纹是否产生取决于多个不同变量，包括剪切应力大小、障碍的强度、形变动力学以及滑移系的几何性质等。有些材料比较易碎，容易产生裂纹，是因为无法释放由于塑性形变所产生的高的应力集中。
3.塑性孔洞聚合引起的裂纹形核：这种机制多发生于很多含有刚性颗粒的延性固体中，具体细节取决于固体的微观结构。当受力变形时，延性基体通过两种方式产生形变:晶体材料的滑移，或者在非晶和半
结晶体材料中更为普遍的剪切过程，但其中的坚硬颗粒不会发生形变。因此，随着颗粒周围产生的许多塑性孔洞，颗粒和基体开始分离。而一旦形核，由于基体的进一步剪切或高温下的扩散过程，塑性孔洞会不断扩大。最终，不断变大的塑性孔洞的应力场会彼此交互作用，基体剪切应力逐渐集中到颗粒之间的区域，导致其与基体的分离而形成裂纹。裂纹是由不规则排列的多个聚集的塑性孔洞构成的。这说明，裂纹可能是由许多较小的裂纹形成的，在本例中指的就是刚性颗粒与基体界面间的小裂纹。
金属断口分析
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
此外，高强度马氏体钢纤维区还有环状花样特征。
第二节韧窝断口的微观形貌特征
韧窝断口的微观特征是一些大小不等的圆形或是椭圆形的凹坑（即韧窝）
在韧窝内经常看到夹杂物或是第二相粒子。
凹坑形状有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种，其形状与应力状态。
等轴韧窝是圆形微坑，在拉伸正应力作用下形成的。应力在整个断口表面分布均匀。
断裂，韧窝尺寸减少表明有较大比例质点萌生裂纹。
微孔形成后，扩展方式两种，一是内颈缩扩展；二是剪切扩展。
二．裂纹形成的微观机理
D.Broek根据实验结果和位错理论建立韧窝萌生和扩展模型。
首先材料中在夹杂物或第二相粒子周围存在位错环，位错环一方面受第二相粒子或是夹杂物的排斥作用，另一方面受位错堆积应力的作用而推向第二相粒子或是夹杂物。无外力作用时处于平衡状态。
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。
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。
河流把戏：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构造。
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。均匀分布于断口外表，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：材料外表、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 .
金属断口分析
断口（断裂）的基本特征与机理
滑移分离
滑移分离断口形貌
✓滑移分离的基本特征是：断面倾斜，呈45°角；断 口附近有明显的塑性变形，滑移分离是在平面应力状 态下进行的 ✓滑移分离的主要微观特征是滑移线或滑移带、蛇形 花样、涟波花样、延伸区。
剪切唇区：剪切唇区出现在断裂过程的最后阶段，表面较 光滑，与拉伸应力轴的交角约45°，属于切断型断裂。它是 在平面应力状态下发生的快速不稳定扩展，在一般情况下， 剪切唇大小是应力状态及材料性能的函数。
断口（断裂）的基本特征与机理
过载断口宏观特征三要素
在通常情况下，金属材料的断口均会出现断口三要素形貌特 征，所不同的仅仅是三个区域的位置、形状、大小及分布不同 而已。但有时在断口上只出现一种或两种断口形貌特征，即优 势有时断口三要素并不同时出现，这是受材质、温度、受力状 态等因素的影响。断口三要素的分布有下列四种情况： ✓断口上全部为剪切唇，例如纯剪切型断口或薄板拉伸断口就 属于这种情况。 ✓断口上只有纤维区和剪切唇区，而没有放射区。 ✓断口上没有纤维区，仅有放射区和剪切唇区，例如低合金钢 在-60℃时的拉伸断口。 ✓断口三要素同时出现，这是最常见的断口宏观形貌特征。
材料断口分析(第二至四章)
§2、解理断口形貌特征
一、宏观形貌特征
1、放射状条纹
2、人字纹
3、小刻面（facet）：发亮的小晶面
解理断口上的结晶面 宏观上呈无规则取向
强光下可见到闪闪发光的特征
解理断口是由许多小刻面组成 的，每个小刻面代表一个晶粒
二、微观形貌特征及形成机理
特征：
扇形花样 解理台阶（cleavage step） 河流花样（river pattern） 舌状花样（tongue pattern）
准解理断口形貌
瓷状断口
33
ຫໍສະໝຸດ Baidu解理断口形貌
准解理断口形貌
第四章
发生的断裂。
沿晶断裂
1、定义：材料沿晶界（原奥氏体晶界、相界、焊合界面） 2、类型：韧性沿晶断裂（沿晶韧断） 脆性沿晶断裂（沿晶脆断）
3、产生原因
※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
※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 ※环境：SCC、氢脆、蠕变 ※热应力：焊接材料的HAZ ※晶粒粗大
第二章 韧 性 断 裂
§1 概述 §2 韧性断裂的断口形貌特征 §3 韧窝形成机理 §4 影响韧窝形貌的因素
§1
概述
1、特点：材料断裂前发生明显的塑性变形。也 可以说塑性变形是韧断的前奏，而韧断是大量 塑性变形的结果。 2、过程：显微空洞形成、扩展、连接、断裂
断口分析-文档资料
SEM 大韧窝周围密集着小韧窝
TEM
韧窝大小、深浅及数量取决于材料断裂时夹杂物或
第二相粒子的大小、间距、数量及材料的塑性和试验温
度。如果夹杂物或第二相粒子多，材料的塑性较差则断
口上形成的韧窝尺寸较小较浅。反之则韧窝较大较深。 成核的密度大、间距小、则韧窝的尺寸小。在材料的 塑性及其他试验条件相同的情况下，第二相粒子大， 韧窝也大；粒子小，韧窝也小。韧窝的深度主要受材 料塑性变相能力的影响。材料的塑性变形能力大，韧 窝深度大，反之韧窝深度小。
X射线衍射仪
JSM-6700F场发射扫描电镜
JEM-2010透射电 镜
菲利浦公司生产的 TECNAI-20
日本电子公司生产 的JEM-2010
光学显微镜下的照片
背散射电子像
扫描电镜射照片
透射电镜射照片及衍射花样
一、什么是断口？断口学？
断口：试样或零件在试验或使用过程中断裂后形 成的相匹配的表面。（断口是断裂失效中，两断裂分 离面的简称）
断口学：研究断口的形貌、性质进而分析断裂类 型、断裂方式、断裂路径、断裂过程、断裂性质、断 裂原因和断裂机理的科学。
二、断口分类
1、宏观分类 (1)按断口表面宏观变形
韧性断口、脆性断口、韧-脆混合断口 (2)按断口宏观取向分类
断口分析
河流通过小角度扭转界面
河流花样穿过扭转晶界时将产生河流的激增。扭转界面又称 为孪晶界，两侧晶体以晶界为公共界面旋转了一个角度。因此 解理裂纹不能简单的穿过晶界，必须重新形核后才能沿新的解 理面扩展。
当解理裂纹扩展到大角度晶界（大多数晶界属于大角 度晶界）时，由于晶界结构复杂两晶粒之间缺乏连续性， 晶粒之间的位向差又很大，这些都使解理裂纹无法连接 通过这时裂纹需要重新生核进而扩展，因此有可能在新 的晶粒中出现大量的河流，而且河流台阶的高度差很大， 这也有可能使原来的河流消失。
舌状花样
3.扇形花样 当解理裂纹起源于晶界附近的晶内时，河流花样 以扇形的方式向外扩展。根据扇形花样可以判断裂 纹源及裂纹局部扩展方向。
A3钢的扇形河流花样
4.鱼骨状花样
在体心立方金属材料中例如碳钢、不锈钢有时看到形状类 似鱼脊骨的花样。中间脊线是{100}[100]解理造成的，两侧 是{100}[100]和{112}[110]解理所引起的花样。
弹簧钢浅的锥形韧窝
马氏体钢的浅韧窝
2.应变速率和温度的影响
应变速率和温度通过对材料塑性和硬化指数发生 作用而影响韧窝的尺寸；随着温度的增加，韧窝深 度增加；对于某些合金，随着应变速率的增加，韧 窝的直径增加。 3.应变大小和应力状态的影响 应力大小和应力状态也通过对材料塑性变形能力 的影响间接的影响着韧窝的深度。例如：在高的静 水压作用下，有利于内静缩的产生，是显微空洞间 基体的剪切断裂减少，这时韧窝的直径变化不大， 但是韧窝的深度有较大的增加；而在多向拉伸应力 作用下，显微空洞间的基体易于产生剪切断裂，同 样韧窝的直径变化不大，而韧窝的深度却减小。
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 .
断口学ppt课件
行折叠缺陷
缺陷两侧存在明显的
坯料裂 纹
断续
不一定
不一定
与轧件表面垂直或 成一定角度
脱碳，裂纹中填充有 氧化铁皮 ，围绕缺陷出现球状
氧化物
轧制裂 纹
连续
相对较 长
不一定
缺陷两侧脱碳不明显 与表面折叠类似 或存在少量不均匀脱
碳，无球状氧化物
Baidu Nhomakorabea52
韧性断裂的断口及其分析?64韧脆转移?641韧脆转移现象连续性长度数量与轧件表面角度脱碳情况轧制折叠连续相对较长单条一组平行折叠缺陷180对称出现两组平行折叠缺陷互成120对称出现三组平行折叠缺陷折叠缺陷与轧件表面呈现一定角度越是靠近前面机架产生的缺陷其角度越小缺陷越潜折叠缺陷两侧脱碳不明显或存在少量不均匀脱碳坯料裂纹断续不一定不一定与轧件表面垂直或成一定角度缺陷两侧存在明显的脱碳裂纹中填充有氧化铁皮围绕缺陷出现球状氧化物轧制裂纹连续相对较长不一定与表面折叠类似缺陷两侧脱碳不明显或存在少量不均匀脱碳无球状氧化物
（1）韧性断裂的分析思路
45
6.4 韧脆转移
6.4.1 韧脆转移现象
46
6.4 韧脆转移
6.4.1 韧脆转移现象
47
6.4 韧脆转移
6.4.1 韧脆转移现象
48
6.4 韧脆转移
6.4.1 韧脆转移现象
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影响因素：
小角度晶界：倾斜晶界——影响不大，延伸至相邻晶粒
扭转晶界——在亚晶界出产生新的裂纹，河流激增
大角度晶界：河流不能通过，在晶界处产生新的裂纹，向外扩展 ，
形成扇形花样
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台阶形成过程的简化图
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通过二次解理或撕裂相互连接形成台阶（撕裂棱）
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3、温度 T↓，易导致解理断裂
T＜Tc，晶体在塑性变形前产生解理裂纹，断口呈现脆性 T＞Tc，晶体先发生塑变，后产生解理，即断裂时伴随一定的塑性变形
4、加载速度 V↑，易发生解理断裂
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§3、影响解理断裂的因素 1、晶体结构 bcc、hcp—易发生解理断裂 fcc——不易发生解理断裂 2、显微组织 F—断口较光滑，微观呈河流条纹或舌状花样 P—断口呈不连续片层状 M—断口呈锯齿状，出现小刻面
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例2 晶粒过分粗大—细化晶粒处理 晶界弱化——净化晶界 环境介质——改善工作环境 热应力——退火消除
2、河流花样
定义：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组合的 条纹。其形状类似地图上的河流。 形成机理：河流花样实际上就是解理台阶的一种标志。当 裂纹扩展时，同号台阶汇合成较大的台阶，而 较大的台阶又汇合成更大的台阶，其结果就形 成河流花样。
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例1： 1、结晶状脆性断口（过热脆性结晶状断口） 2、产生原因： ①锻造温度过高，使原奥氏体晶粒过分粗大。 ②压下量不足，终锻温度过高，晶粒破碎不够，而再 结晶充分进行并发生了晶粒长大，使晶粒过粗或粗 细不均造成沿晶断裂裂纹所致。 3、正火发生可使晶粒细化，改善锻件质量。
青鱼骨花样
瓦纳线
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（二）形成机理（模型） 1、解理台阶 解理裂纹与螺位错交截形成台阶
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准解理断口形貌
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第四章
发生的断裂。
沿晶断裂
1、定义：材料沿晶界（原奥氏体晶界、相界、焊合界面） 2、类型：韧性沿晶断裂（沿晶韧断） 脆性沿晶断裂（沿晶脆断）
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§1、概述
1、特点：材料断裂前发生明显的塑性变形。也 可以说塑性变形是韧断的前奏，而韧断是大量 塑性变形的结果。 2、过程：显微空洞形成、扩展、连接、断裂 3、类型： 微孔聚集型 纯剪切型
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§2、解理断口形貌特征
一、宏观形貌特征 1、放射状条纹 2、人字纹 3、小刻面（facet）：发亮的小晶面 解理断口上的结晶面 宏观上呈无规则取向 强光下可见到闪闪发光的特征 解理断口是由许多小刻面组成的，每个小刻 面代表一个晶粒
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准解理裂纹形成机理示意图
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准解理断口形貌
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3、产生原因
※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 ※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 ※环境：SCC、氢脆、蠕变 ※热应力：焊接材料的HAZ ※晶粒粗大 ！
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第二章
§1 概述
韧 性 断 裂
§2 韧性断裂的断口形貌特征 §3 韧窝形成机理 §4 影响韧窝形貌的因素
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应力状态
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第三章
§1 概述
解理断裂
§2 解理断口形貌特征及形成机理 §3 影响解理断裂的因素 §4 准解理断裂
大角度晶界，扇形花样
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3、舌状花样
特点：形状象“舌头”，一般在钢铁材料中成组出现。
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§4、准解理断裂
与解理相比，准解理断裂的特征： 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 ④准解理面的位向并不如铁素体基体的解理面｛100｝严格对应，不 存在确定的位向关系
小刻面
放射条纹
人字纹
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二、微观形貌特征及形成机理
特征： 扇形花样 解理台阶（cleavage step） 河流花样（river pattern） 舌状花样（tongue pattern） 青鱼骨花样（spine pattern） 瓦纳线（wallner line）
§4、影响韧窝形貌的因素
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、切应力、撕裂应力
台阶的性质
台阶在扩展过程中会发生合并或消失（台阶高度减小） 相同方向的台阶合并后高度增加 相反方向的台阶合并后高度减小或消失 台阶高度与柏氏矢量大小、位错密度之间存在一定关系 H＝b N 1/2
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§1、概述
1、定义 正应力、解理面、穿晶脆断 2、发生条件 一般均在bcc、hcp金属中发生，而fcc只在特殊情 况下才发生，如腐蚀环境、材质较差时。
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扇形花样
河流花样
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舌状花样
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§2、韧性断裂的断口形貌特征
一、宏观形貌特征 纤维区、剪切唇 二、微观形貌特征 韧窝花样（断面上覆盖着大量微坑） 韧窝类型：等轴韧窝 抛物线韧窝 卵形韧窝
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等 轴 韧 窝
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形成机理：
解理裂纹沿着孪晶面｛112｝产生二次解理及局部塑性变 形撕裂的结果。在低温、高速变形时容易发生孪生变 形，也就容易出现舌状花样。
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青鱼骨花样、瓦纳线
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抛物线韧窝
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卵型韧窝
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§3、韧窝形成机理
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例1： 一批锻件毛坯在抽样检验时，发现屈服强度与断面收缩 率均不满足要求，检验人员根据断口特征决定采用正火 处理，再检验性能全部合格。试问： 1、检验人员看到断口有何特征？ 2、产生的原因是什么？ 3、正火后为什么强度和塑性均有提高？ 例2： 在什么条件下易出现沿晶断裂？怎样防止沿晶断裂？
4、断口形貌特征
宏观断口：结晶状形貌 冰糖块状（晶粒粗大） 灰色的石状
结晶状断口
石状断口
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微观断口：多边形图象（晶粒外形轮廓） 冰糖状形貌
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