断口分析剖析

弹簧钢浅的锥形韧窝
2.应变速率和温度的影响
马氏体钢的浅韧窝
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。
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
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。
§3.1 韧窝断口的微观形貌特征
韧窝断口的微观形貌特征是一些大小不等的圆形或椭 圆形的凹坑-韧窝，在韧窝内经常可以看到夹杂物或第二 相粒子。然而并非每个韧窝都包含一个夹杂物或粒子，因 为夹杂物或粒子分布在两个匹配断口上。此外夹杂物在断 裂、运输或超声清洗时也可能脱落。
凹坑的形状有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种。其 形状取决于应力状态。
§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
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
TEM
大韧窝周围密集着小韧窝
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。
沿晶断裂、穿晶断裂 (2)按微观形貌
解理断口、准解理断口、韧窝断口、疲劳断口、 沿晶断口等
三、韧性断裂
断裂前发生明显的塑性变形，韧性较好的材料所 承受的载荷超过了该材料的强度极限时，就会发生韧 性断裂。
宏观断口为纤维状。塑性金属光滑圆试样拉伸杯 锥状断口是一种常见的韧性断口。
该种类型断口通常可分为三个区域，即纤维区、 放射区和剪切唇区。
①静拉伸应力造成的韧性断口往往呈杯锥状（圆棒试样） 或是呈45℃切断断口，它的塑性变形是以颈缩的方式表现出 来。一旦发现颈缩的杯锥状断口或有颈缩45℃方向的切断断 口，就可以判断载荷为静拉伸载荷。
②静压缩造成的韧性断口呈45℃切断断口形状。
③冲击载荷下，由于加载速率很快，试样来不及充分的塑性 变形，因此塑性变形不是比较均匀的分布在晶粒中，而是集 中在局部区域。断口上通常有剪切唇区，但剪切唇在整个试 样周围不完整。
等轴韧窝（SEM）
拉长韧窝（TEM）
第二相粒子
第二 相粒 子
22Cr双相不锈钢冲击微观断口形貌（SEM）
§3.2.2 影响韧窝的尺寸因素
1.硬化指数
金属材料本身的相对塑性以及变形硬化指数的大 小直接影响着显微空洞的聚集、连接方式。通常， 变形硬化指数越大的材料难以发生内颈缩，将产生 更多的显微空洞或通过剪切断裂而连接，因此导致 韧窝变小、变浅。受材料本身微观结构和相对塑性 的影响，韧窝表现出完全不同的形态和大小。
拉伸断裂在断口上形成等轴状的韧窝
等轴韧窝是在拉伸正应力的作用下形成。应力 在整个断口表面上是均匀的，显微空洞沿空间三个 方向均匀长大，形成等轴韧窝。
拉伸形成的等轴韧窝
剪切断裂
剪切韧窝呈抛物线形。在剪切应力作用下显微空洞沿剪 切方向上被拉长。剪切韧窝在两个相匹配的断面上方向相 反。
卵形韧窝是由较大夹杂物或第二相粒子 先形成韧窝核，大人在长大过程中其自 由表面与一个小韧窝连通，这时小韧窝
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）
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
Βιβλιοθήκη Baidu
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。
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