断口形貌的分类及微观特征

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。

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。

断口形貌特征

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。
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。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。
主要光学仪器为金相显微镜和立体显微镜。
2）电子显微镜断口分析技术
1.透射电镜技术
通常断口凹凸不平，通过复型，利用电子束从样品中透射的电子成象，透射电镜可以得到高分辨率的电子图象，研究断口的形貌特征。常用倍率为×2000-×30000 ）。 2.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。
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，断口称解理断口。
解理断裂断口的突出宏观特征是具有小刻面和放射状条纹。
解理断口的结晶面呈无规则取向，有闪闪发光特征。称发光的小平面为小刻面。解理断口的另一特征是具有人字状条纹或放射状条纹。容易判断裂源和扩展方向。
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，呈角。
（二）断口形貌特征
（二）断裂机制和断口形貌特征一）断裂分类
1）按断裂性质分类

塑性断裂

纤维状断口（与正应力方向垂直）剪切断口（ 45 、剪切唇）

材料失效分析(第二至四章解理断裂和沿晶断裂)

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 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
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
第四章沿晶断裂
1、定义：材料沿晶界（原奥氏体晶界、相界、焊合界面）发生的断裂。
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
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。
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
精品文档欢迎下载
读书破万卷，下笔如有神--杜甫
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

疲劳断口形貌及其特征

来自02 疲劳断口的微观形貌特征
(1) 疲劳断裂的微观形貌特征疲劳断口微观形貌的基本特征是，在电子显微镜下观察到的条状花样，通常称为疲劳条痕、疲劳条带、疲劳辉纹等。疲劳辉纹是具有一定间距的、垂直于裂纹扩展方向、明暗相交且互相平行的条状花样。延性疲劳辉纹：是指金属材料疲劳裂纹扩展时，裂纹尖端金属发生较大的塑性变形。疲劳条痕通常是连续的，并向一个方向弯曲成波浪形。通常在疲劳辉纹间存在有滑移带，在电子显微镜下可以观察到微孔花样。高周疲劳断裂时，其疲劳辉纹通常是延性的。脆性疲劳辉纹：是指疲劳裂纹沿解理平面扩展，尖端没有或很少有塑性变形，故又称解理辉纹。在电子显微镜下既可观察到与裂纹扩展方向垂直的疲劳辉纹，又可观察到与裂纹扩展方向一致的河流花样及解理台阶。脆性金属材料及在腐蚀介质环境下工作的高强度塑性材料发生的疲劳断裂，或缓慢加载的疲劳断裂中，其疲劳辉纹通常是脆性的。
低周疲劳断裂性质的判别低周疲劳断口的微观基本特征是，粗大的疲劳辉纹或粗大的疲劳辉纹与微孔花样。同样，低周疲劳断口的微观特征随材料性质、组织结构及环境条件的不同而有很大差别。对于超高强度钢，在加载频率较低和振幅较大的条件下，低周疲劳断口上可能不出现疲劳辉纹，而代之以沿晶断裂和微孔花样为特征。热稳定不锈钢的低周疲劳断口上除具有典型的疲劳辉纹外，常出现大量的粗大滑移带及密布着细小二次裂纹。高温条件下的低周疲劳断裂，由于塑性变形容易，一般其疲劳辉纹更深、辉纹轮廓更为清晰，并且在辉纹间隔处往往出现二次裂纹。
金属热疲劳断裂性质的判别金属热疲劳断裂的微观特征是多为粗大的疲劳辉纹，或粗大的疲劳辉纹加微孔花样，并且其上多有一层氧化物。
接触疲劳断裂性质的判别接触疲劳断口和磨损疲劳断口特征基本相同，其疲劳辉纹均因摩擦而呈现断续状和不清晰特征。

解理断裂——精选推荐

解理断裂定义解理断裂～宏观脆性断裂解理面：一解理断口宏观形貌特征结晶状小平面、“放射状”或“人字形”花样。

1）结晶状小平面：解理断口上的结晶面宏观上无规则取向。

在光照下呈现许多反光小平面。

2）放射状或人字形花样放射条纹的收敛处和人字的尖端为裂纹源。

人字型形态反映材料性质和加载速度。

材料机械性能相同时，加载速度越大“人字纹”越明显。

加载速度相同时，材料脆性越大，“人字纹”越明显。

二解理断口微观形貌特征河流花样、舌状花样、扇形花样、鱼骨状花样、瓦纳纹及二次裂纹。

1河流花样1）解理台阶产生机制（1）两个不再同一平面的解理裂纹通过与主解理面相垂直的二次解理形成解理台阶。

（2）解理裂纹与螺位错相交截形成台阶。

（3）解理裂纹之间形成较大的塑性变形，通过撕裂方式连接形成台阶（4）通过基体和孪晶的界面发生开裂连接形成台阶2）河流花样的起源及在裂纹扩展中的形态变化（1）河流花样起源于有界面的地方：晶界、亚晶界、孪晶界（2）起源于夹杂物或析出相（3）起源于晶粒内部～解理面与螺位错交割所致扩展过程中：（1）小角度晶界现象：连续地穿过晶界，顺延至下一个晶粒原因：偏转角度小（2）扭转晶界（孪晶界）现象：发生河流的激增原因：偏转角度大，裂纹需重新形核（3）普通大角度晶界现象：产生大量河流，晶界两侧河流台阶的高度差大2 舌状花样现象：体心立方晶体在低温和快速加载时及密排六方金属材料中由于孪生是主要形变形式，断口上经常可以看到舌状花样。

形成机理：主裂纹从A扩展至B，遇到孪晶，然后沿着孪晶界扩展至C，此时，如果孪晶发生二次解理，则裂纹沿CHK扩展，如果孪晶发生撕裂，则裂纹沿CDE扩展。

舌状花样成对出现，在一个断面上凸出，在另外一个断面上凹陷。

3 扇形花样起源于靠近晶界的经历内部，以扇形的方式向外扩展。

解理台阶为扇形的肋。

4 鱼骨状花样现象：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}[110]和{112}[110]解理造成的。

韧窝断口的微观形貌特征

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
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。
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。
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。

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.。

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。
（二）断口形貌特征
A
1
（二）断裂机制和断口形貌特征
一性断裂
（无宏观变形）
纤维状断口（与正应力方向垂直）
剪切断口
（ 4 、5 o剪切唇）
穿晶断口
（解理断口、疲劳断口）
沿晶断口
塑性--脆性断裂
2）按断裂机理分类：解理断裂、韧窝断裂、准解理断裂、疲劳断裂、环境断裂、蠕变断裂、滑移分离、穿晶断裂等。
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
口称解理断口。

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。

韧窝断口的微观形貌特征

§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
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。
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。

断口形貌分析课件

制造工艺。
定量断口形貌分析技术
总结词
定量断口形貌分析技术通过数学和物理模型对断口形貌进行定量描述，为断裂力学的理论研究提供有力支持。
详细描述
定量断口形貌分析技术利用数学和物理模型对断口表面的微观结构进行定量描述，如表面粗糙度、裂纹扩展路径等。这些定量数据可以帮助科学家更好地理解断裂过程的动力学和热力学机制，为断裂力学的理论研究提供有力支持。此外，这些数据还可以用于比较不同材料的断裂行为，为材料性能的优化提供指导。
断口形貌分析的步骤和方法
观察和记录断口形貌
通过目视或显微镜观察断口形貌，记录其特征和变化规律。
分析和解释断口形貌
根据观察结果，结合相关理论和实践经验，对断口形貌进行分析和解释，推断断裂的原因和机制。
制定改进措施
根据断口形貌分析的结果，制定相应的改进措施，优化材料、工艺和产品设计，提高产品的可靠性和性能。
。
THANKS
裂纹扩展形成的。
断口表面较为粗糙，疲劳辉纹间距较窄，呈直线或曲线状分布，有时呈扇形或人字
形扩展。
疲劳断裂的断口形貌可能存在明显的应力集中点或缺口效应，这些区域容易引发微裂纹的
萌生和扩展。
04
断口形貌分析的应用
金属材料的断细描述
揭示金属材料的断裂机制和性能特点
通过对金属材料断口的形貌进行观察和分析，可以了解其断裂机制，如韧性断裂、脆性断裂等，以及材料的力学性能、冶金缺陷和加工工艺对断裂的影响。
脆性断裂的断口形貌特征
1
脆性断裂的断口形貌通常呈现为结晶状，无明显塑性变形，断口平齐，有时呈放射状。
2
断口表面较为光滑，有时出现冰糖块状晶体，这表明材料在断裂前未发生明显的塑性变形。

断口形貌特征课件

主要光学仪器为金相显微镜和立体显微镜。
10
2）电子显微镜断口分析技术 1.透射电镜技术通常断口凹凸不平，通过复型，利用电子束从样品中透射的电子成象，透射电镜
可以得到高分辨率的电子图象，研究断口的形貌特征。常用倍率为×2000-×30000 ）。
2.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。
11
（金）200:1
（扫）500:1
（透）10000:1
（扫）2000:1
凹处暗，凸处亮。
12
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。
3
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。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。
（二）断口形貌特征
1
（二）断裂机制和断口形貌特征
一）断裂分类 1）按断裂性质分类
塑性断裂
脆性断裂
（无宏观变形）
纤维状断口（与正应力方向垂直）
剪切断口
（ 4 、5 剪切唇）
穿晶断口
（解理断口、疲劳断口）
沿晶断口

断口形貌特征

.
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。
.
.
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。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。
各种观察手段结合可以得到较好的结果。
.
（金）200:1
（扫）500:1
（透）10000:1
（扫）2000:1 凹处暗，凸处亮。 .
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，呈角。
45o
.
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。
.
5.蠕变断裂蠕变断口的宏观形貌呈“冰糖”状特征。
.
三）显微断口分析技术 1）光学显微镜断口分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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-×500 ），焦点深度浅。只限于平坦的断口。主要用于观察材料的组织及裂纹的形态等。
（二）断口形貌特征
.
（二）断裂机制和断口形貌特征
一）断裂分类 1）按断裂性质分类
塑性断裂
脆性断裂
（无宏观变形）
纤维状断口（与正应力方向垂直）
剪切断口
（ 4 、5 o剪切唇）
穿晶断口
（解理断口、疲劳断口）
沿晶断口
塑性--脆性断裂
2）按断裂机理分类：解理断裂、韧窝断裂、准解理断裂、疲劳断裂、环境断裂、蠕变断裂、滑移分离、穿晶断裂等。

常见断口的失效分析-2

常见材料失效形式与分析1.概述材料失效分析技术包括：感官检查、断口分析、化学成分分析、力学性能测试、组织分析、无损检测、残余应力测试、结构受力分析、使用维护分析、环境分析等。

其中断口分析是重要的一环。

材料失效形式有断裂、变形、腐蚀、磨损等。

在机械装备的各类失效中以断裂失效最主要、危害最大。

断口是断裂失效中两断裂分离面的简称。

断口真实地记录了裂纹由萌生、扩展直至失稳断裂全过程的各种与断裂有关的信息。

对断口进行定性和定量分析，可为断裂失效模式及断裂类型的确定提供有力依据，为断裂失效原因的诊断提供线索，并且可以作为冲击试验转变温度的确定依据。

断口金相学不仅能在设备失效后进行诊断分析，还可为新产品、新装备投入使用进行预研预测。

本实验的主要内容为：观察不同载荷下失效的金属断口的宏观形貌和微观形貌，掌握其宏观形貌特征和微观形貌特征。

2.实验目的（1）了解拉伸、冲击、疲劳断口各特征区的构成及形貌特征；（2）掌握判定断口承载类型及断裂性质的方法。

3.实验装置及材料（1）扫描电子显微镜（JSM-6390A型）一台；（2）超声清洗仪（SCQ-200）一台；（3）拉伸、冲击、疲劳断口试样若干；（4）放大镜一只；（5）吹风机一只；（6）丙酮、无水酒精、导电胶带若干。

4.实验原理4.1断口形貌特征：（1）宏观形貌特征包括断口附近的残留塑性变形特征，如：缩颈量的多少、表面的凹凸程度，有无剪切唇等；断口的光泽和颜色：各区域的颜色及亮、暗程度，氧化腐蚀产物的颜色；断口的形貌特征花样：如纤维状、结晶状、发光小平面、放射线、弧形线等；特征区的位置、分布、面积；材料内部缺陷的痕迹等。

（2）微观形貌特征断口上常见的微观特征有：韧窝，特征包括微孔深度、大小，微孔形态（等轴、剪切、撕裂）等；滑移，具有滑移线、蛇形花样、涟波花样和延伸区（平直区）等特征；解理，包括台阶、河流、舌状、扇形、鱼骨状花样及瓦纳线等特征。

准解理，介于解理断裂与塑性断裂间的一种过渡断裂形式，具有解理小平面、撕裂棱、浅韧窝、涟波花样及延伸区等特征；沿晶断裂，具有岩石状、冰糖状等特征；疲劳，具有条带、二次裂纹、轮胎花样等特征；腐蚀，具有氧化物、腐蚀产物、泥纹等特征。

地质学断裂类型形貌

地质学断裂类型形貌
断口形貌是指构件断裂时形成的新表面的形貌。

断口形貌又有宏观形貌和微观（电子显微）形貌之分。

宏观形貌是可以用肉眼或放大镜直接观察到的断裂表面的外貌。

从断裂方向描述时，有正断与斜断之分。

从表面花纹形状来分，有灰暗的纤维状，有金属闪光的结晶状、疲劳贝壳弧线状、粗粒状，还有放射纹、人字纹、剪切唇之断口形貌fracturesurfacernor}h}ingy材料断裂表面的形貌。

可分作宏观形貌和微观形貌两类‘前者可通过低倍显微镜观察，后者一般需用扫描电子显微镜观察。

材料延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂或氢脆断裂等不同类型的断n各有共特定的显微形貌
特征，通过断日形貌分析有助于揭示材料的断裂原因、过程和机理。