断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理
断口分析-文档资料
河流花样起源于孪晶界
河流花样起源于夹杂
河流花样起源于析出相
河流花样起源于晶粒内部
河流花样在扩展过程中遇到倾斜晶界、扭转晶界和普通大角 度晶界时河流形态发生改变。
裂纹与小角度倾斜晶界相交时，河流连学地穿过晶界。小角度
倾斜晶界是由刃型位错组成。晶界两侧晶体取向差小，两侧晶体 的解理面也只是倾斜一个小角度。因此裂纹穿过时河流花样顺延 到下一个晶粒。
在金属的韧窝断口中，一般最常见的是尺寸大小各 不相等各不相等的韧窝，如大韧窝周围密集着小韧窝 的情况。
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。
低碳钢解理断口河流花样
河流花样形成示意图
（1）解理台阶产生机制
①两个不在同一个平面上的解理裂纹通过与主解埋面相垂直 的二次解理形成解理台结，如图所示．
二次解理
C103铌合金氩弧焊焊缝断口上的解理台阶
②解理裂纹与螺位错相交形成台阶。解理裂纹与螺位错相交 产生一个布氏矢量大小的台阶。裂纹扩展过程中如与多个同号 螺位错相交，矢量不断叠加，达到一定程度便产生一个能够观 察到的台阶。裂纹与异号螺位错相交台阶就抵消或减少。
载荷作用等外部因素；焊接裂纹、焊缝夹杂、气孔严 重及焊后热处理条件不当；压力容器在低温或与有害 介质接触，环境介质与拉伸应力共同作用而产生的应 力腐蚀断口；上述零件的断裂经常呈解理断口，氢脆 断口有时也可见到解理断裂。
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。
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。
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纹。
正断韧性： 河流花样 氢脆：卵形韧窝等轴韧窝1.2.34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.宏观断口分析技术（用肉眼，放大镜，低倍率光学显微镜观察分析）2.光学显微断口分析（扫描电子显微镜光学显微镜，透射电子显微镜），3.电镜断口分析。
第三章延性断裂：12.3．1（1约成45（2（321.2.（1）内颈缩扩展：质点大小、分布均匀，韧窝在多处形核（裂纹萌生），随变形增加，微孔壁变薄，以撕裂方式连接（2）剪切扩展：材料中具有较多夹杂物，同时具有细小析出相时，微孔之间可能以剪切方式相连接。
注意：内颈缩扩展与剪切扩展在同一韧窝断口上可能同时发生。
影响韧窝的形貌因素：夹杂物或第二相粒子，基体材料的韧性，试验温度，应力状态。
6-断口失效分析技术
工程中的疲劳断裂
微动磨蚀疲劳－两个紧配合零件表面之 间发生周期性的、幅值极小的相对运动 而造成的磨损腐蚀疲劳
a
b
40CrNiMoA钢旋翼梳状接头耳孔的微动磨蚀 疲劳断口形貌 a.磨蚀坑 b.磨蚀裂纹
68
工程中的疲劳断裂
多次冲击疲劳－承受冲击载荷的零件， 如锤杆、凿岩机活塞和钎尾等，其冲 击能量小于一次冲击断裂的能量，经 多次（>1000次）冲击后发生断裂， 称为小能量多次冲击疲劳
f.4000×
c.900×
d.1000×
e.1200×
59
铸镁合金脆性疲劳辉 纹的形貌
依据微观变形： a.延性疲劳辉纹：光滑连续 b.脆性疲劳辉纹：放射解理台 阶分割
60
请仔细辨认易混淆的花样
61
工程中的疲劳断裂
高周疲劳、低周疲劳和高低周复 合疲劳
800×
800×
高低周复合应力疲劳断口的微观形貌 a.多条复合辉纹 b.单条复合辉纹
按照断裂过程的先后有三个 明显的特征 疲劳源区 扩展区 瞬断区 特点 名义应力远低于屈服，甚 至低于弹性极限 缺陷、表面、形状、环境 敏感性 突然性
分类： （载荷、寿命）低周、 高周 （载荷）轴向疲劳：拉 -拉、拉-压、脉动；弯 曲（单向、双向、旋转） 扭转、振动 （载荷源、环境）机械、 热、高温、腐蚀、接触、 微动等
通过二次解 理形成的解 理台阶
解理裂纹与螺位错相交形成 解理台阶的示意图
42
河流花样形成过程示意图
特征2—河流花样
43
特征3—舌状花样
解理舌状花样 SEM 2000×
舌状花样的形成示意图
44
特征4—鱼骨花样
解理羽毛状花样1000× 鱼骨状花样2000×
断口分析
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）
§3.2.3 韧性断口的诊断
1.对材料塑性的判断 ①柔性系数。一般说来，载荷的柔性系数越小，同一种材
料所表现出来的塑性就越大；应变速率越大，温度越低，同种 材料所表现出来的塑性就越小。
②纤维区、放射区和剪切唇三区的相对大小。纤维区所占 的面积比例越大，说明材料塑性越好。
③颈缩。颈缩越大材料的塑性越好。 ④韧窝尺寸。韧窝的尺寸越大（平均直径越大、深度越 深），材料的塑性就越好。 2.对载荷类型的判断
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
正断断口、切断端口、混合断口
韧性断裂
脆性断裂
2、微观分类 (1)按断裂路径分类
完全覆盖在大韧窝上，貌似卵形。
Oval
Oval
剪切方向形成的方向相反的拉长韧窝
拉伸撕裂
撕裂形成的方向相同的拉长韧窝
撕裂韧窝也是被拉长了的韧窝，呈抛物线状，是在 撕裂应力作用下形成的。撕裂时材料受力的作用，显 微空洞各部分受应力不同，沿着受力较大的方向韧窝 被拉长。常见于尖端裂纹的尖端及平面应变条件下做 低能撕裂的断口。
金属断口机理及其分析
⾦属断⼝机理及其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）。
断口的宏观形貌、微观形态及断裂机理(借鉴内容)
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。
金属断口机理及分析
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）。
断力讲义-2(断口分析简介)
5.4 准解理断口的形貌特征
准解理断裂：介于解理与韧窝断裂之间的 断裂（回火马氏体钢）
一、宏观形貌特征
比较平整、塑性变形小，近似于解理 断口的宏观形貌
二、微观形貌特征
* 亦有解理台阶、撕裂脊线、舌状花样 * 微观上有较大的塑性变性（图4-4）
5.5 韧性断口的形貌特征
断口形貌取决于：材料类型、质量、变形 速度、应力状态、试验温度等
二、宏观形貌特征
• 三个区域：平滑区（含疲劳源）、过渡区、 瞬断区
1.疲劳源：单源、多源；表面、次表面
2 平滑区：裂纹萌生、稳定扩展； 呈脆性断口形貌
1）裂纹扩展方向，结合贝壳状、年轮、 海滩状、前沿线等宏观条纹标记来判断；
2）机械磨光标记 3）裂纹扩展区的颜色（黑、黑红） 4）疲劳台阶（多源疲劳断裂） 5）棘轮状标记（应力大、应力集中） • 贝壳状条纹 （图6-22） * 鉴别疲劳断口的重要宏观依据 * 产生、形状、变化
续的，且其长度也大致相等。
4.轮胎压痕
* 疲劳断口微观形貌特征的第二重要依据 * 轮胎压痕是疲劳断口上最小特征花样，
是在疲劳裂纹形成后，由匹配断口上的 “突起”、“刃边”等反复挤压或刻入而 引起的压痕
5.7 环境断口
1.应力腐蚀断口
金属材料、受拉应力、腐蚀环境；多源脆性 断裂，穿晶、沿晶或混晶断裂 2.氢脆断口 体心立方金属及合金；穿晶或晶间断裂 3.腐蚀疲劳断口 往往在材料表面萌生裂纹，多个疲劳源 特征：有腐蚀或氧化形貌、颜色（疲劳区）
5.8 其它断口
1.蠕变断口
金属材料在高温蠕变条件下，可能出现两 种晶间裂开形式：楔形裂纹，圆形或椭 圆形孔穴
2.过热断口
3.沿晶断口
5.9 失效分析概论
断口分析-文档资料
22Cr双相不锈钢板材的冲击断口
45钢断口形貌
从以上的分析可知：剪切韧窝与撕裂韧 窝形状没有什么区别，只从照片上很难区分， 必须对断口两侧作对应研究，看凸向是否相 同才能确定。
§3.2 韧窝的尺寸
§3.2.1 韧窝的尺寸
韧窝的尺寸包括它的平均直径和深度。影响韧窝尺寸 的主要因素为第二相质点的尺寸、形状、分布，材料本 身的相对塑性、变形硬化指数，外加应力、温度等。
12Cr1MoV980℃正火+720 ℃回火
GH4037钢的不同受力状态下的宏观断口
断口比较平坦，呈颗 粒状。断口主要为放 射区，有粗糙的放射 棱，为典型脆性断口。
断面平坦，断口呈颗 粒状，也是典型的脆 性断口。
“放射状”或“人字形”花样：解理断口另一宏观特 征是具有放射状条纹或人字条纹。放射条纹的收敛处和 人字纹的尖端为裂纹源。“人字纹”形态反映材料性质 与加载速度。材料机械性能相同时加载速度越大“人字 纹”愈明显。加载速度相同时，材料脆性越大“人字纹” 愈明显。
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。
载荷作用等外部因素；焊接裂纹、焊缝夹杂、气孔严 重及焊后热处理条件不当；压力容器在低温或与有害 介质接触，环境介质与拉伸应力共同作用而产生的应 力腐蚀断口；上述零件的断裂经常呈解理断口，氢脆 断口有时也可见到解理断裂。
解理断裂通常是在没有觉察到的塑性变形的情况下 发生的脆性断裂。体心立方晶系一般沿{100}面解理， 也可以沿{110}、 {112}、 {111}等晶面解理。密排 六方晶体常常沿{0001}发生解理。面心立方金属由于 有大量滑移系统一般情况不发生解理断裂，但是在特 殊情况，例如冬季低温、腐蚀环境或材质较差条
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｛0001｝里爆收的.宏瞅形貌：解理断裂的宏瞅断心喊法很多，比圆称为“山脊状断心”、“结晶状断心”、以及“萘状断心”等（睹图片3-53）.山脊状断心的山脊指背断裂源，可根据山脊状正接直线群判决断裂起面战断裂目标.萘状断心上有许多与背分歧、比较光润的小仄里，它们象条晶体一般闪闪收光.那些与背分歧的小仄里与晶粒的尺寸相对于应，反映了金属晶粒的大小.微瞅形态：正在电子隐微镜下瞅察时，解理断心呈“河流格式”战“舌状格式”.2）准解理断心.那种断心正在矮碳钢中最罕睹.前述的结晶状断心便是准解理断心，它正在宏瞅上类似解理断心.准解理断心的微瞅形态主假如由许多准解理小仄里、“河流格式”、“舌状格式”及“撕裂岭”组成.沿晶断心是沿分歧与背的晶粒鸿沟爆收断裂.其爆收的主要本果是由于晶界强化，使晶界强度明隐矮于晶内强度而引起的.制成晶界强化的本果很多，比圆，锻制历程中加热战塑性变形工艺不当引起的宽沉细晶；下温加热时气氛中的C、H等元素浓度过下以及炉中残存有铜，渗人晶界；过烧时的晶界熔化大概氧化；加热及热却不当制成沿晶界析出第二相量面大概坚性薄膜；合金元素战夹纯偏偏析制成沿晶界的富集；其余沿晶界的化教腐蚀战应力腐蚀等等，皆不妨制成晶界强化，爆收沿晶断心.（1）沿晶韧窝型断心若第二相量面沿晶界析出的稀度很下，大概果有一定稀度的第二相量面再加上晶粒细大，皆市爆收沿晶韧窝型断裂.沿晶韧窝产死的本果与脱晶韧窝相共.那种断裂的隐微裂纹是沿着大概脱过第二相量面成核的.隐微裂纹的扩展战对接，伴伴随一定量的微瞅塑性变形.正在断心表面可瞅到许多位背分歧、无金属光芒的“小棱里”大概“小仄里”.那些“小棱里”大概“小仄里”的尺寸与晶粒尺寸相对于应（如果晶粒细小，则断心表面上的“小棱里”大概“小仄里”用肉眼便不克不迭瞅到大概不明隐）.正在电子隐微镜下瞅察“小校里”大概“小仄里”，它是由洪量韧窝组成的，韧窝底部往往存留有第二相量面（大概薄膜）.石状断心战棱里断心皆是沿晶韧窝型断心.其余，偏偏析线也是一种沿晶韧窝型断心.（2）沿晶坚性断心正在沿晶坚性断心上，险些不塑性变形的痕迹大概仅瞅到极少的韧窝.比圆，过烧后的断心，便是沿晶界氧化物薄膜爆收的一种沿晶坚性断裂.其余，18-8奥氏体不锈钢沿晶界洪量析出碳化物后，也易爆收沿晶坚断；沿晶界化教腐蚀战应力腐蚀（包罗氢坚）后爆收的断心，也皆是沿晶坚性断心.属于那类断心的另有层状断心战撕痕状断心等.上头介绍的断心微瞅形态，是依照断裂的道路去分类的.而本量死产中睹到的断心偶尔往往是由几种典型并存的混同断心.比圆，石状断心中，如果“小棱里”大概“小仄里”不是贯脱所有断里，断心时常是沿晶战脱晶混同断心.正在本量死产中根据缺陷断心的宏瞅形貌战微瞅形态便不妨推断出缺陷的典型、缺陷爆收的本果战应采与的对于策.比圆某厂死产的迫打炮炮尾，正在试炮时时常爆收合断的情况，经断心考查创制是石状断心，经选区电子衍射分解确认韧窝底部的析出相颗粒是MnS再分散现场考察认为该缺陷爆收的本果是末锻前的加热温度过下，末锻时的变形程度过小制成的.由于加热温度下，使奥氏体晶粒细大，并使MnS洪量溶进基体，锻后热却时，MhS沿细大的奥氏体晶界析出，制成晶界宽沉强化所致，厥后改变预制坯的尺寸以删大末锻的变形量，并落矮末锻前的加热温度，问题便圆谦天办理了.又比圆某厂死产的Cr—Ni—Mo—V钢某种庞大轴类锻件，正在运止中爆收的坚性断裂，经断心考验创制：此类锻件存留有棱里断心.该锻件用的钢是正在5t碱性电弧炉中用氧化法冶炼的，锭沉2.2t，锻制加热温度为1180～1200℃，保温3h以上，锻后坐时收热处理炉举止退火、扩氢处理，而后举止细加工战调量处理.调量后正在二端切与试片，做纵背断心考验，创制有棱里断心，棱里断心大多出当前庞大锻件的心部，而锻件边部仍为仄常的纤维状断心，金相构制中有沿本细大奥氏体晶界的析出相的链状搜集.棱里断心的微瞅形态，韧窝内的析出相为不准则的四边形，呈薄片状，经选区电子衍射决定为AlN.由AlN的等温析出直线可睹，正在约900℃缓缓热却时，将有洪量的AlN析出.根据上述考验截止分解认为：1）该Cr—Ni—Mo—V钢庞大轴类锻件，其棱里断心主假如正在锻制加热时温度较下，保温时间过少，正在锻后缓热历程中，固溶进基体的洪量AlN呈薄片状沿细大的奥氏体晶界呈链状搜集析出，制成微孔散合型沿晶断裂而产死的.奥氏体晶粒越细大，析出相稀度愈下，晶界强化愈宽沉. 2）锻制下温加热的时间越少，固溶人基体的AlN越多，随后缓热历程中产死校里断心的倾背越大，果此适合统制锻制加热典型是很要害的.3）由于AlN正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少而减少.果此，采与落矮待料温度，减少一次过热工艺，则能加快锻后热却速度，缩小锻件正在奥氏体区AlN析出峰值温度的停顿时间，果而便能压制AlN沿细大奥氏体晶界的析出.死产考查说明，那是预防Cr—Ni—Mo—V钢锻件爆收棱里断心的灵验步伐.。
解理断口断裂机理
解理断口断裂机理断口断裂是指材料在外力作用下发生断裂现象，是材料工程领域中的重要研究内容之一。
了解断口断裂机理对于材料的设计、改性和应用具有重要意义。
本文将就断口断裂的机理进行探讨。
断口断裂机理主要涉及材料的微观结构、晶体结构和断裂过程。
材料的微观结构决定了断口的形貌和断裂过程中的能量转移方式。
晶体结构对断口的形成和传播也有重要影响。
材料的断裂过程可以分为以下几个阶段：应力集中阶段、裂纹产生阶段、裂纹扩展阶段和断裂传播阶段。
在应力集中阶段，材料受到外力作用，应力集中在缺陷或应力集中区域，导致局部应力超过材料的破坏强度。
裂纹产生阶段是指在应力集中区域出现微裂纹，破坏材料的完整性。
裂纹扩展阶段是指微裂纹在材料中扩展，导致断裂扩展。
断裂传播阶段是指裂纹在材料中传播，直至材料完全断裂。
断裂过程中的能量转移方式有两种：韧性断裂和脆性断裂。
韧性断裂是指材料在断裂前能够吸收大量的能量，具有较高的断裂韧性。
韧性断裂主要发生在金属材料中，因为金属具有较高的延展性和塑性。
脆性断裂是指材料在断裂前不能吸收太多的能量，具有较低的断裂韧性。
脆性断裂主要发生在陶瓷、玻璃等材料中，因为这些材料的原子结构较为紧密，难以发生塑性变形。
断口的形貌可以反映出断裂过程中的能量转移方式和断裂的机理。
常见的断口形貌有韧性断口、脆性断口和疲劳断口。
韧性断口的形貌呈现出拉伸韧性，并且断口表面光滑。
脆性断口的形貌呈现出脆性特征，并且断口表面呈现出河谷状。
疲劳断口的形貌呈现出疲劳裂纹扩展的特征，并且断口表面光滑。
断裂过程中的裂纹扩展是决定材料断裂韧性的关键因素之一。
裂纹扩展的方式可以分为两种：微观裂纹扩展和宏观裂纹扩展。
微观裂纹扩展是指裂纹从晶体的晶界或晶内扩展。
宏观裂纹扩展是指裂纹从材料的表面或缺陷处扩展。
裂纹扩展的过程中，裂纹尖端的应力场集中，导致材料的应力超过破坏强度，从而使裂纹继续扩展。
断口断裂机理的研究对于材料工程具有重要意义。
通过了解断裂机理，可以改善材料的断裂韧性，提高材料的强度和耐久性。
断口的宏观形貌
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。
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。
材料断口分析第3章-解理断裂
小刻面
放射条纹
人字纹
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）
扇形花样
河流花样
舌状花样
青鱼骨花样
瓦纳线
（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
台阶形成过程的简化图
通过二次解理或撕裂相互连接形成台阶（撕裂棱）
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
第三章 解理断裂
§1 概述 §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
§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。
§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
存在确定的位向关系
准解理裂纹形成机理示意图
准解理断口形貌
准解理断口形貌
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
大角度晶界，扇形花样
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
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）。
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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。