金属材料断口分析-精彩部分
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：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裂纹源位置的判别方法：T 型法（脆断判别主裂纹）,分差法（脆断判别主裂纹)，变形法（韧断判别主裂纹）,氧化法(环境断裂判别主裂纹)，贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）. 断口的试样制备:截取,清洗，保存. 断口分析技术设备：1。
金属断口分析
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：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裂纹源位置的判别方法：T 型法（脆断判别主裂纹），分差法（脆断判别主裂纹），变形法（韧断判别主裂纹），氧化法（环境断裂判别主裂纹），贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）。
金属拉伸试样的断口分析
金属拉伸试样的断口分析金属拉伸试样是材料科学和工程领域中常用的实验方法之一，用于研究材料的力学性能和物理性质。
在拉伸过程中，试样会发生变形、裂纹和断裂等行为，而断口分析对于理解这些行为具有重要意义。
本文将从断口形态分析和特征分析两个方面，阐述金属拉伸试样断口的形态变化规律及其对材料性能的影响，同时探讨断口的预测与分析方法。
断口形态分析金属拉伸试样的断口形态通常可以分为韧性断裂和脆性断裂两种。
韧性断裂是指材料在拉伸过程中，首先发生均匀变形，随后在局部区域逐渐出现微裂纹，最终形成较大裂纹并导致断裂。
脆性断裂则是指在拉伸过程中，材料突然脆断，无明显的塑性变形和裂纹。
影响断口形态的因素包括拉伸率、应力和位错运动等。
在韧性断裂中，断口的形态通常为杯锥状断口，其形成与材料的韧性有关。
韧性好的材料在拉伸过程中能够承受较大的变形量，因此断口呈现出更为平整的形态。
脆性断裂的断口则通常为无杯锥状断口，呈现出较为尖锐的形态特征。
断口特征分析金属拉伸试样断口的特征可以通过观察和分析断口的形貌、结构和组成等方面来确定。
常见的断口特征包括尖角、波状、鱼脊等。
这些特征的形成与材料的力学性能和物理性质密切相关。
尖角断口通常出现在试样拉伸的起点处，主要是由于应力集中和局部变形导致的。
波状断口则通常出现在试样拉伸的中段，其形成与材料的韧性有关，往往是因微裂纹扩展和合并的结果。
鱼脊断口则出现在试样断裂的终点处，通常是因局部区域材料失稳和颈缩导致的。
断口预测与分析基于金属拉伸试样断口的形态、特征和原因，我们可以预测和分析材料的力学性能和物理性质。
例如，通过观察断口的形貌和组成，可以了解材料的断裂方式和机制，进而对其强度、韧性和耐腐蚀性等性能进行评估。
同时，通过对断口特征的分析，可以为材料的成分、结构和工艺等方面优化提供依据。
断口分析在金属拉伸试样中具有重要意义，通过对断口形态和特征的观察和分析，可以深入了解材料的力学性能和物理性质。
在实际应用中，断口分析可以为材料的研发、生产和应用提供重要参考依据，对于提高材料的综合性能和拓展其应用领域具有重要作用。
金属材料断口分析-精彩部分(研究特选)
有关断口分析的基本概念介绍---4;
行业实操
6
有关断口分析的基本概念介绍---5;
静载荷下光滑圆试样的拉伸断口宏观形貌示意图
行业实操
7
有关断口分析的基本概念介绍---6;
静载荷下缺口拉伸试样断口宏观形貌示意图
行业实操
8
有关断口分析的基本概念介绍---7;
裂纹不对称扩展的断口形态示意图
行业实操
9
断口的一般特征
行业实操
17
解理与准解理断裂的断口具有以下之一的重要特征---解理部分：
行业实操
18
解理与准解理断裂的断口具有以下之一的重要特征---准解理部分：
行业实操
19
剪切断裂断口的一般特征
行业实操
20
下面介绍：
1,疲劳断裂断口的一般时征：
1-1断口宏观上分成三个区;
1-2裂纹扩展又分两个阶段;
裂纹起点（裂纹源）→纤维区（撕裂区）→快速撕
裂区（放射区）→唇区（破断区）
行业实操
2
有关断口分析的基本概念介绍---2;
缺口或裂纹前端应力状态示意图
行业实操
▪ 平面应力、 平面应变和 裂纹表面三 种位移形式 及其对应的 应力强度因 子表达式。
▪ a：带缺口 的拉伸试样
▪ b：平面应 力状态
▪ C：平面应 变状态
3
有关断口分析的基本概念介绍---3;
裂纹表面的三种位移形式示意图
行业实操
▪ a, Ⅰ;
▪ b, Ⅱ;
▪ c, Ⅲ;
4
平面应变和平面应力时断口
有关断口分析的基本概念介绍---4;
▪ a,平面应 变时的 断口,正 断型;
行业实操
金属材料的裂纹与断口分析课件PPT
形貌特征→裂纹扩展留下的痕迹。
•与断裂过程有关信息的直接记录 (忠实记录者和见证者)
• 判别失效原因的有利证据 (根据断口主裂纹判别裂纹源)
4
金属材料的断裂过程
三个阶段裂纹萌生；
裂纹亚稳扩展及失稳扩展；
断裂。
低速稳态扩展:﹤5m/s 非稳态快速扩展:＞1Km/s
从碎块拼形的大小或 密合程度可判别那个是先 断开的。(A裂纹密合程度 差，是先断开的) 。
人字形法
• 当表面无应力集中, 裂纹源区在两组“人”字形的汇 合处，即“人”字上部指向裂源。 • 若表面有应力集中（存在缺口），“人”字下部指向 裂源。
26
美国顺纳德球形储氢压力容器 碎片拼合后的一个视图
据断口人字条纹矢形方向 汇集到清扫孔A、B、C处，从而 断定裂纹源于清扫孔处。 27
放射标记法
剪切唇法
非完全脆性的断裂就有剪切唇。 断口上只有纤维区和剪切唇时， 裂纹是从试样中心的纤维区内外扩展 的，该情况的材料塑性较好。 断口同时有纤维区、放射区和剪 切唇，则塑性变形限制于裂纹前端区 域内。
贝纹花样法
在断口上若有疲劳 的贝纹线，则根据疲劳条 纹的弧线确定疲劳源。
源区
疲劳断口的贝纹线，从裂纹源呈放射状 28
距离即以反弧形向前扩展。 41
负荷类型、应力集中程度和负荷大小 对疲劳断口形态的影响示意图
断裂区
扩展区
42
几种重要断裂方式的断口特征
43
44
冲击断口
断口三要素分布示意图
若干解理台阶组合在一起，合成的条纹，形状如地图上的河流，故称为河流花样。
• 一般情况下，缺口附近先 这种孪晶主要是前进着的裂缝尖端附近由于塑性形变而形成的机械挛晶。
金属断口机理及分析要点
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：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裂纹源位置的判别方法： T 型法（脆断判别主裂纹），分差法（脆断判别主裂纹），变形法（韧断判别主裂纹），氧化法（环境断裂判别主裂纹），贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）。
金属材料断口分析-精彩部分
断口分析总结
1 断口微观分析 系统介绍：
2 1,解理与准解 理;
3 2,剪切断裂;
4 3,疲劳断裂;
4,晶间断裂
5等 断口的一般 特征
解理与准解理断裂的断口具有以下之一 的重要特征----解理部分：
解理与准解理断裂的断口具有以下之一 的重要特征----准解理部分：
剪切断裂断口的一般特征
下面介绍：
01
断口微观分析的
系统说明：
02
1解理与准解理;
03
2剪切断裂;
04
3疲劳断裂;
05
4晶间断裂等
断口特征
有关断口分析的 基本概念介绍--10; 冲击断口的宏观 形貌及示意图
V缺口试样
断口
示意图
有关断口分 析的基本概 念介绍---11;
带有中央切口板 试样的反复交变 拉伸的疲劳断口
有关断口分析的基本概念 介绍---12; 弯曲与旋转弯曲疲劳断口
a, Ⅰ; b, Ⅱ; c, Ⅲ;
平面应变和平面应力时断口 有关断口分析的基本概念介 绍---4;
a,平面应变时的断口,正断 型;
b,平面应力时的断口,切断 型;
屈服区大小沿板厚方向改变的情况（穿透裂纹“哑铃状”） 有关断口分析的基本概念介绍---4;
有关断口分析 的基本概念介 绍---5; 静载荷下光滑 圆试样的拉伸 断口宏观形貌 示意图
有关断口分析的基本概 念介绍---6;
静载荷下缺口拉伸试样 断口宏观形貌示意图
有关断口分析的基 本概念介绍---7; 裂纹不对称扩展的 断口形态示意图
有关断口分 析的基本概 念介绍---8; 矩形拉伸试 样的断口形 貌及示意图
有关断口分析的 基本概念介绍--9;
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）：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） aY K c c πσ⋅=1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裂纹源位置的判别方法：T 型法（脆断判别主裂纹），分差法（脆断判别主裂纹），变形法（韧断判别主裂纹），氧化法（环境断裂判别主裂纹），贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）。
金属断口分析 ppt课件
断口（断裂）的基本特征与机理
穿晶韧窝断裂(b)
拉伸撕裂
(c)
断口（断裂）的基本特征与机理
穿晶韧窝断裂
韧窝的大小 ✓韧窝的大小包括平均直径和深度 ✓深度常以断面到韧窝底部的距离来衡量 ✓影响韧窝大小的主要因素为第二相质点的大小、密 度，基体的塑性变形能力，变形硬化指数，外加应力 大小状态以及加载速度等。 ✓通常对于同一种材料，断裂条件相同时，韧窝尺寸 越大，则表明材料的塑性越好。
断口（断裂）的基本特征与机理
滑移分离
滑移的形式 ✓滑移碎化：当一个晶粒产生滑移变形时，它受到相邻晶粒的 束缚而阻止该晶粒的滑移，这样滑动的晶粒随着滑移变形量的 增加而产生硬化现象；另一方面这个晶粒边界的应力场将促进 相邻晶粒的滑移。与此同时，这个晶粒开动了更多的滑移系来 反抗相邻晶粒的阻力，由此产生了多重滑移而引起滑移碎化。 ✓扭折带：在晶体材料滑移变形时，有时出现滑移部分的晶体 相对于基体旋转一定的角度，滑移区域内的滑移线成S形弯曲， 称为扭折带。扭折带两端的晶体区域具有不同的去向，但扭折 带平面总是大致垂直于主要参与滑移的方向。
✓按断裂所需能量分类，可分为高能、中能及低能断裂等。 ✓按断裂速度分类，可分为快速、慢速以及延迟断裂等。 ✓按断裂形成过程分类，可分为工艺性断裂和服役性断裂。 如在铸造、锻造、焊接、热处理等过程形成的断裂为工艺性 断裂。
断口（断裂）的基本特征与机理
提纲
1.过载断口宏观特征三要素 2.穿晶韧窝断裂 3.滑移分离 4.解理断裂 5.准解理断裂 6.延晶断裂 7.疲劳断裂
断口（断裂）的基本特征与机理
穿晶韧窝断裂 韧窝的形状
✓韧窝的形状主要取决于所受的应力状态 ✓等轴韧窝：在正应力作用下，显微空洞的周边均匀增长，断 裂之后形成近似圆形的等轴韧窝。 ✓剪切韧窝：在切应力作用下形成的，拉伸或冲击断口的剪切 唇上，其形状呈抛物线形。匹配断口上抛物线的凸向相反 。 ✓撕裂韧窝：在撕裂应力作用下形成的，尖锐裂纹的前端及平 面应变条件下低能撕裂断口上，也呈抛物线形。但是在匹配断 口上，一对相匹配的撕裂韧窝不但形状相似，而且抛物线的凸 向也相同。 ✓实际断口上往往是等轴韧窝与拉长韧窝共存，或在拉长韧窝 的周围有少量的等轴韧窝。
金属材料的裂纹与断口分析
e. 按环境介质不同分类
out
14
f. 按服役条件分类
out
15
1.3 裂纹与断口 的分析手段
万能轧机双排人字齿轮轴劈裂形貌
宏观观察 ( 肉眼, 放大镜) 显微分析 ( OM SEM TEM) 显微裂纹←磁力探伤、荧光探伤、超声波探伤 X光探伤和低倍侵蚀 等 产物分析（EDX\XRD\XPS等）
碎块拼凑法
人字形法
放射标记法
剪切唇法
out
贝纹花样法
25
碎块拼凑法
从碎块拼形的大小或 密合程度可判别那个是先 断开的。(A裂纹密合程度 差，是先断开的) 。
人字形法
• 当表面无应力集中, 裂纹源区在两组“人”字形的汇 合处，即“人”字上部指向裂源。 • 若表面有应力集中（存在缺口），“人”字下部指向 裂源。 26
负荷类型、应力集中程度和负荷大小 对疲劳断口形态的影响示意图
断裂区
扩展区
out
42
几种重要断裂方式的断口特征
out
43
out
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。
• 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)。 out
贝纹花样法
在断口上若有疲劳 的贝纹线，则根据疲劳条 纹的弧线确定疲劳源。
源区
out
疲劳断口的贝纹线，从裂纹源呈放射状
28
c. 断口样品的清洗和保存
带灰尘或其他附着物的断口
out
29
金属断口分析 实验报告
金属断口分析实验报告通过对金属断口进行分析，了解金属的断裂形态，判断金属的断裂性质。
实验原理：金属的断裂形态受多种因素影响，包括金属的材质、加工工艺、应力状态等。
常见的金属断口形态有韧性断口、脆性断口、中间断口等。
韧性断口是指金属在拉伸过程中逐渐展开，伴随表面的细微颗粒状变形，最终形成一条明显的条纹状断口。
韧性断口的特点是具有较高的塑性变形能力和断裂韧性，常见于延性金属材料。
脆性断口是指金属在加载过程中没有明显的变形，断口很快出现，并且没有延展性，呈现出平整且光滑的特点。
脆性断口的特点是无法承受相对较大的塑性变形，并且在加载过程中存在明显的蠕变现象，常见于脆性金属材料。
中间断口是韧性断口和脆性断口之间的一种过渡形态，断口上既有韧性断口的条纹状结构，又有脆性断口的平整、光滑特点。
中间断口常见于具有一定韧性的脆性金属材料。
实验步骤：1. 准备金属试样，根据试样的材料和加工工艺，选择合适的试样形状和尺寸。
2. 对试样进行预处理，包括清洗、抛光等步骤，以保证试样表面的光滑度和清晰度。
3. 将试样固定在实验台上，利用金属试验机进行拉伸实验或冲击实验，使试样断裂。
4. 观察断口形态，可以使用裸眼观察、显微镜观察等方式进行观察和记录。
5. 根据观察结果判断金属的断裂性质，如韧性、脆性或中间性，可以结合实验数据进行进一步分析和判断。
实验结果分析：根据实验所得的断口形态，可以判断金属的断裂性质。
如果试样的断口呈现出明显的条纹状结构，并且断口表面光滑、平整，说明试样具有一定的延展性和塑性变形能力，可以判断为韧性断口，表示金属具有较好的韧性和延性。
如果试样的断口呈现平整、光滑的表面，没有明显的条纹状结构，且试样未发生明显的延展性变形，可以判断为脆性断口，说明金属具有较差的塑性能力和韧性。
如果试样的断口同时具有条纹状结构和光滑表面，可以判断为中间断口，表示金属具有一定的韧性，但同时也存在一定的脆性。
需要注意的是，金属的断裂性质不仅与材料本身的特性有关，还与加工工艺、试样形状和尺寸等因素有关，因此在判断金属的断裂性质时，需要综合考虑多个因素。
金属材料的裂纹与断口分析
21
3.1 断口样品的制备与保存
a. 断口样品的选取
b. 断口样品的切割
out
22
判定主裂纹的方法
将散落断口拼合， 测量其几何形状变 化，变形量最大的 为主裂纹。
检验断口，氧 化最严重区为 最先断裂区 （主裂纹形成）
out
23
out
24
判定裂纹源的方法
最小应变法
构件形成裂纹并逐渐 裂开后，有效截面越来 越小，宏观变形逐渐增 大, 通常源区是几乎不 变的。
① 韧性断裂与断口特征
（屈服强度）
机 理
out
7
(微观）
(宏观）
8
② 脆性断裂与断口特征
(宏观）
out
Q：何种晶体结构材料易出现脆性断裂？
9
薄板表面
薄板侧面-断口
out
10
b. 按裂纹扩展路径分类
沿 晶
混 晶
穿 晶
out
11
c. 按裂纹机制分类
out
12
out
13
d.按受力状态不同分类
实际金属零件中不可避免存在各种微裂纹。 可能产生于工艺或使用过程中,在特定载荷或环境条件 下逐渐产生并逐渐长大,一旦扩展到临界尺寸,零件即发生完 out 全破坏—断裂! 通过无损检测,内部有超过按断裂力学计算 的临界尺寸的裂纹或缺陷的零件,应报废! 3
断 口
金属构件在应力作用下分离为 互不相连的两个或两个以上部分,断 裂处暴露出的自然表面(即裂纹扫过 的面积)称为断口。 形貌特征→裂纹扩展留下的痕迹。
out
58
离子探针→断口表面分析
可分析断口表面的元素分布情况
具有探测所有元素的优点， 检测灵敏度很高(可达到100ppm含量) →分析沿晶界元素偏聚 →分析氢脆断口的氢含量
金属材料的裂纹与断口分析
氢脆断裂
鱼眼
out
若是冶炼过程中形成氢分 子，则当钢水冷却时常在夹杂 物等缺陷处析出或聚集，形成 断口上的“白点”或“鱼眼” 特征。 若由外界环境中氢侵入材 料后发生( 如酸洗液、电镀液 等) 的沿晶断裂，断口有放射 状或结晶状等脆性特征。
47
白点
白点是由于钢 中氢含量过高引起 的一种缺陷．
out
实际金属零件中不可避免存在各种微裂纹。 可能产生于工艺或使用过程中,在特定载荷或环境条件 下逐渐产生并逐渐长大,一旦扩展到临界尺寸,零件即发生完 out 全破坏—断裂! 通过无损检测,内部有超过按断裂力学计算 的临界尺寸的裂纹或缺陷的零件,应报废! 3
断 口
金属构件在应力作用下分离为 互不相连的两个或两个以上部分,断 裂处暴露出的自然表面(即裂纹扫过 的面积)称为断口。 形貌特征→裂纹扩展留下的痕迹。
韧性断裂
点 状 破 裂
out 脆性断裂
韧 性 好
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断 口 三 要 素
根据断口表面粗糙度及反光情况可以大致 判断断裂的性质。 由断裂前塑性变形量大小及断口形貌特征， 可大体判断断裂的类型是韧性的、脆性的还 是疲劳断裂。 杯锥状断口 由裂纹形状确定断裂源和裂纹扩展的方向
在直径较大、没有缺陷及缺口的光滑圆 棒试样慢应变拉伸试验中，当材料韧性好， 通常出现韧性断裂。
光镜分析法
• 复型 不能进实验室而又不宜现场观察的大型 破断零件，或断口起伏太大而妨碍照相，用复型 可对破断零件断口提供永久的记录。
常用的复型较厚，故较少发生变形成坍陷。一般制备过程 是在断口上淌上一薄层很粘的醋酸纤维丙酮溶液，然后把一片 厚的醋酸纤维胶带(厚度0．25-0．40mm)用手压在涂层上，约 1min，待干燥后将复型从断口上剥离。 若要增加反差,可气相沉积碳或金;要获得正复型,可涂上环 氧树脂再用丙酮溶解掉原复型。
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）：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） aY K c c πσ⋅=1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裂纹源位置的判别方法：T 型法（脆断判别主裂纹），分差法（脆断判别主裂纹），变形法（韧断判别主裂纹），氧化法（环境断裂判别主裂纹），贝纹线法（适用于疲劳断裂判别主裂纹）。
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断口分析总结
Байду номын сангаас
断口微观分析系统介绍：
1,解理与准解理; 2,剪切断裂; 3,疲劳断裂; 4,晶间断裂等
断口的一般特征
解理与准解理断裂的断口具有以下之一的重要特征---解理部分：
解理与准解理断裂的断口具有以下之一的重要特征---准解理部分：
剪切断裂断口的一般特征
下面介绍：
1,疲劳断裂断口的一般时征：
1解理与准解理; 2剪切断裂; 3疲劳断裂; 4晶间断裂等
断口特征
有关断口分析的基本概念介绍---10;
冲击断口的宏观形貌及示意图 V缺口试样断口
示意图
带有中央切口板试样的反复交变拉伸的疲劳断口
有关断口分析的基本概念介绍---11;
有关断口分析的基本概念介绍---12;
弯曲与旋转弯曲疲劳断口
有关断口分析的基本概念介绍---2;
缺口或裂纹前端应力状态示意图
平面应力、 平面应变和 裂纹表面三 种位移形式 及其对应的 应力强度因 子表达式。 a：带缺口 的拉伸试样 b：平面应 力状态 C：平面应 变状态
有关断口分析的基本概念介绍---3;
裂纹表面的三种位移形式示意图
a, Ⅰ; b, Ⅱ; c, Ⅲ;
金属材料断口分析 的有关问题
北京有色金属研究总院 国家重点试验室
有关断口分析的基本概念介绍---1
宏观断口分析：
用肉眼或20倍放大镜分析断口;
微观断口分析：
采用扫描电镜或电子顕微镜分析断口;
断裂形成过程：
唇区;
裂纹形成→裂纹缓慢扩展→裂纹快速扩展→断裂在
断口特征：
裂纹起点（裂纹源）→纤维区（撕裂区）→快速撕 裂区（放射区）→唇区（破断区）
有关断口分析的基本概念介绍---6;
静载荷下缺口拉伸试样断口宏观形貌示意图
有关断口分析的基本概念介绍---7;
裂纹不对称扩展的断口形态示意图
有关断口分析的基本概念介绍---8;
矩形拉伸试样的断口形貌及示意图
有关断口分析的基本概念介绍---9;
矩形试样厚度对断口形貌的影响及示意图
断口微观分析的系统说明：
平面应变和平面应力时断口
有关断口分析的基本概念介绍---4;
a,平面应 变时的 断口,正 断型;
b,平面应 力时的 断口,切 断型;
屈服区大小沿板厚方向改变的情况（穿透裂纹“哑铃 状”）
有关断口分析的基本概念介绍---4;
有关断口分析的基本概念介绍---5;
静载荷下光滑圆试样的拉伸断口宏观形貌示意图
4,晶间断裂的断口特征
实际工程的断口是混合型断口
混合型断口判断经验之：1 ,2
混合型断口判断经验之：3,4,
混合型断口判断经验之：5 ,6;
各种材料的解理面和滑移面
几种重要断裂方式的断口特征
1-1断口宏观上分成三个区; 1-2裂纹扩展又分两个阶段;
2疲劳纹形成机制试探讨
1-1断口宏观上分成三个区; 疲劳核心区;
疲劳裂纹扩展区; 瞬时破断区。
疲劳裂纹形成
1-2裂纹扩展又分两个阶段,---第一阶段疲劳裂纹形核;
1-2裂纹扩展又分两个阶段,---第二阶段疲劳裂纹扩展
2 疲劳纹形成机制试探讨