材料失效分析(第二至四章-解理断裂与沿晶断裂)

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
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，在晶界出产生新的裂纹，向外扩展 ，
形成扇形花样
大角度晶界，扇形花样
3、舌状花样
特点：形状象“舌头”，一般在钢铁材料中成组出 现。
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。
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
等 轴 韧 窝
抛物线韧窝
卵型韧窝
§3、韧窝形成机理
§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
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
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
§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
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
§1、概述
1、特点：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
§2、韧性断裂的断口形貌特征
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
应力状态
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
§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、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？
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。
§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
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）
H＝b N 1/2
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Hale Waihona Puke Baidu。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。
影响因素：
小角度晶界：倾斜晶界——影响不大，延伸至相邻晶粒
！
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
微观断口：多边形图象（晶粒外形轮廓） 冰糖状形貌
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？
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
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
青鱼骨花样、瓦纳线
§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
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