断口的宏观形貌微观形态及断裂机理
疲劳断口宏观分析
1 疲劳断口的形貌特征疲劳断口是指金属材料或零构件在疲劳断裂过程中形成的一种匹配的表面，称断裂面或断口。
分析它的目的在于确定零构件是否属于疲劳破坏?其破坏的原因是什么?从而提出防止事故的措施和方法，为今后的设计、选材以及加工等问题提出改进意见。
对断口的形貌进行分析包括两个方面，即宏观断口分析和微观断口分析。
所谓宏观分析是指用肉眼或20—30倍以下放大镜观察断口的形貌特征。
微观分析是指用光学显微镜或电子显微镜对断口进行分析。
宏观分析不要求专门设备，被观察断口尺寸不受限制，可以观察断件和断口全貌，了解各个方面变化情况，所以说宏观分析是断口分析的基础。
微观分析是用高倍的光学显微镜、c透射电镜，扫描电镜对断口进行分析，能观察断口的精细结构及裂纹形态。
1.1 疲劳断口宏观特征由于零构件经常承受拉、压、弯、扭或复合应力的作用，因载荷类型不同，在宏观断口上表现出的形貌特征也不相同。
（1）弯曲应力作用下的疲劳断口图1-2是在弯曲疲劳载荷作用下的断口示意图。
零件在弯曲疲劳载荷作用下，其表面应力最大，中心应力最小，疲劳源首先在表面形成，然后沿着与最大正应力相垂直方向扩展，到最后瞬断。
图中（a）是单向弯曲疲劳断口，它的疲劳源首先在受拉应力一侧表面形成，瞬断区在疲劳源相对侧，其面积大小由材料抗拉强度和外加载荷的大小来决定。
图中（b）是双向弯曲疲劳断口，由于双向弯曲，试件上下两侧交替承受拉应力作用，故疲劳源在相对两侧面形成，瞬断区在中间。
图1-3是轴在旋转弯曲应力作用下的疲劳断口示意图，由于旋转弯曲应力也是表面最大，中心最小，疲劳源也开始于表面，且疲劳源两侧裂纹发展速度较中心快，故贝纹线比较扁平。
最终瞬断区虽然也在疲劳源对面，但总是相对于轴的旋转方向逆偏转一个角度，此种现象称为偏转现象。
因此，从疲劳源与瞬断区的相对位置便能推知轴的旋转方向。
轴上有无应力集中及应力集中大小，其最终瞬断区的位置是不同的。
若应力集中较小时，疲劳源只在一处发生，最终瞬断区在疲劳源相对应的一侧。
第六章 材料的断裂与磨损
（2） 疲劳扩展区：裂纹亚稳扩展所形成的。 特 征：比较光滑并分布有贝纹线（海滩花样）， 有时还有裂纹扩展台阶。 贝纹线：平行弧线，间距不同；在裂纹源附近， 线条细密、扩展较慢；在远离裂纹处，线条稀疏、 扩展较快。 （3）瞬时断裂区：裂纹失稳扩展形成的。 特征：表面粗糙；脆性材料为结晶状，塑性材料 为纤维区。
（2）沿晶断裂： 裂纹扩展过程中裂纹沿晶界扩展。 宏观断口一般呈冰糖状，如晶粒很细小，断口 一般呈晶粒状。
二、韧性断裂 1. 宏观特征：断裂前发生明显宏观塑性变 形，缓慢的撕裂过程，裂纹扩展过程中消耗 能量。 2. 断口形貌：平行于最大切应力并与主应力 呈45o。断口呈纤维状，灰暗色。
3. 韧性断裂的微观特征：
4. 防止应力腐蚀断裂的方法 合理选材、减少或消除构件中的残余拉应力 以及改变介质条件。例如： • 接触氨的构件避免使用铜合金； • 在高浓度氯化物介质中，选用铁素体不锈钢； • 采用退火等方法消除内应力； • 设备设计安装时，采用不易产生应力的结构； • 在腐蚀介质中添加缓蚀剂等。
三、氢脆 1.定义 环境中氢和应力的共同作用而导致 金属材料产生脆性断裂的现象。 2.金属氢脆机理 （1）氢蚀 （2）白点 （3）氢化物致脆 （4）氢致延滞断裂
二、材料的韧性 1. 含义： 表示断裂前单位体积材料所吸收的 变形和断裂能，其大小就是拉伸曲线中 从应变开始到断裂前的面积。 包括三部分能量：弹性变形能、塑 性变形能和断裂能。
三、脆性-韧性转变 1.应力状态
切应力：促进材料的塑性变形，对塑性和韧性有利。 拉应力：促进材料的断裂，对塑性和韧性不利。
3. 疲劳条带的形成
Laird疲劳裂纹扩展模型
疲劳条纹的形成过程，可以用Laird模型来说明： 图(a) 交变应力为零，循环开始时裂纹处于闭合的 状态。 图(b)拉应力增加到所示值时，裂纹张开，且顶端沿 最大切应力方向产生滑移。 图(c)当应力增至最大值时，裂纹张开最大，相应的 塑性变形范围也随之扩大。由于塑性变形，裂纹顶 端钝化，应力集中减少。 图(d)当应力反向时，滑移方向也改变，裂纹表面被 压拢，到压应力为最大值时，裂纹便完全闭合，并 恢复到这一周次的开始状态如图(e)，但裂纹却扩展 了一个相当裂纹扩展速率数值的增量，而且裂纹扩 展主要是在拉应力的半周内产生的。
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。
金属断裂的微观机理与典型形貌
金属断裂的微观机理与典型形貌金属断裂是指金属材料在受到应力作用下发生破裂现象。
金属断裂的微观机理和典型形貌是金属材料断裂过程中所呈现出的微观变化和破裂形态。
本文将从金属断裂的微观机理和典型形貌两个方面进行探讨。
一、金属断裂的微观机理在金属断裂的微观机理中，主要涉及到晶体的变形、晶界滑移和裂纹扩展等过程。
1. 晶体的变形金属材料的断裂是由于晶体内部发生了塑性变形。
当金属受到外力作用时，晶体内的原子会发生位移和重排，导致晶体的形状发生变化。
晶体的变形过程中，会产生位错，即晶格中的原子出现错位。
位错的运动和积累是金属材料塑性变形和断裂的基础。
2. 晶界滑移金属材料由多个晶粒组成，晶粒之间存在晶界。
晶界是晶粒内部晶格的不连续区域。
当金属受到应力作用时，晶界处的原子会沿着晶界面滑移，从而使晶粒发生形变。
晶界滑移是金属材料塑性变形和断裂的重要机制之一。
3. 裂纹扩展裂纹是金属材料中的缺陷，是断裂的起始点。
当金属受到应力作用时，应力集中在裂纹处，导致裂纹的扩展。
裂纹扩展的机理主要包括塑性扩展和脆性扩展两种形式。
塑性扩展是指裂纹周围发生塑性变形，裂纹沿着塑性区域扩展；脆性扩展是指裂纹周围没有发生塑性变形，裂纹直接沿着晶体的晶面或晶界扩展。
二、金属断裂的典型形貌金属断裂的典型形貌是指金属材料断裂后所呈现出的形态特征。
根据金属断裂的不同性质和机理，金属材料的断裂形貌可以分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂等。
1. 韧性断裂韧性断裂是指金属材料在受到较大应力时，发生大量的塑性变形和能量吸收，最终以拉伸断裂为主。
韧性断裂的断口面平滑，有明显的塑性变形迹象，断口两侧呈现出韧带状的纹理。
韧性断裂通常发生在具有良好延展性的金属材料中，如钢材、铝合金等。
2. 脆性断裂脆性断裂是指金属材料在受到较小应力时，发生较少的塑性变形和能量吸收，最终以断裂为主。
脆性断裂的断口面光洁平整，没有明显的塑性变形迹象，断口两侧呈现出晶粒状的纹理。
脆性断裂通常发生在具有较低延展性的金属材料中，如铸铁、高碳钢等。
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）。
金属断裂的微观机制及显微特征
金属断裂的微观机制为了阐明断裂的全过程（包括裂纹的生核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等），提出种种微观断裂模型,以探讨其物理实质,称为断裂机制。
属于不同断裂机制的断裂，其断口微观结构各具有独特的形貌特征。
基本断裂机制的典型微观形貌：a沿晶脆性断裂 b 解理断裂c 准解理断裂 d 韧窝断裂] 属于不同基本断裂机制的断口所观察到的典型微观形貌，其物理本质和断口特征为：沿晶脆性断裂是指断裂路径沿着不同位向的晶界(晶粒间界)所发生的一种属于低能吸收过程的断裂。
根据断裂能量消耗最小原理，裂纹的扩展路径总是沿着原子键合力最薄弱的表面进行。
晶界强度不一定最低，但如果金属存在着某些冶金因素使晶界弱化（例如杂质原子P、S、Si、Sn等在晶界上偏聚或脱溶，或脆性相在晶界析出等等），则金属将会发生沿晶脆性断裂。
沿晶脆性断裂的断口特征是:在宏观断口表面上有许多亮面,每个亮面都是一个晶粒的界面。
如果进行高倍观察，就会清晰地看到每个晶粒的多面体形貌类似于冰糖块的堆集，故有冰糖状断口之称；又由于多面体感特别强，故在三个晶界面相遇之处能清楚地见到三重结点。
沿晶脆性断裂的发生在很大程度上取决于晶界面的状态和性质。
实践表明，提纯金属,净化晶界,防止杂质原子在晶界上偏聚或脱溶，以及避免脆性第二相在晶界析出等，均可以减少金属发生沿晶脆性断裂的倾向。
因此,应用X射线能谱分析法和俄歇电子能谱分析法确定沿晶断裂面的化学成分，对从冶金因素来认识材料的致脆原因，提出改进工艺措施有指导意义。
微观形态：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。
解理断裂属于一种穿晶脆性断裂，根据金属原子键合力的强度分析，对于一定晶系的金属，均有一组原子键合力最弱的、在正应力下容易开裂的晶面，这种晶面通常称为解理面。
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。
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.。
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，颜色发暗、无金属光泽、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及塑性。
在断裂时没有明显的塑性变形。
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，具有颜色发亮的放射区。
微观特征：解理或准解理断裂。
在断裂前没有明显的宏观塑性变形，为脆性断口。
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。
冲击试验断口：有三个区，在缺口处形成裂纹源，然后依次是纤维区、放射区和剪切唇。
解理断裂的微观断口特征
解理断裂的微观断口特征断裂是指在材料中由于外力作用引起的破坏现象。
对于断裂的研究有助于我们了解材料的力学性能和破坏机制。
在解理断裂过程中，微观断口特征是研究断裂机制和断裂行为的重要指标。
本文将从微观断口特征的形态、尺寸和形成机制等方面进行探讨。
一、微观断口特征的形态微观断口特征的形态主要表现为韧窝、晶粒和纤维的断裂。
韧窝是断口上的凸起部分，是材料拉伸过程中的能量吸收区域，其形态和分布对材料的韧性有很大影响。
晶粒断裂是晶体材料中晶粒间的断裂，通常呈现出沿晶、穿晶两种形态。
沿晶断裂是指断口贯穿晶体的晶界，而穿晶断裂是指断裂穿过晶体内部的晶粒。
纤维断裂是纤维增强复合材料中纤维的断裂，通常呈现出纤维拉断和纤维剪切两种形态。
二、微观断口特征的尺寸微观断口特征的尺寸可以反映材料的断裂韧性和断裂强度。
一般来说，断口的宽度和深度越大，代表材料的韧性越好。
断口的尺寸还可以用来评估材料的断裂强度，断口越大，代表材料的断裂强度越低。
此外，断口的尺寸还与应力集中程度有关，应力集中越严重，断口的尺寸越大。
三、微观断口特征的形成机制微观断口特征的形成机制与材料的断裂机制密切相关。
一般来说，断口的形成是由于材料内部的应力集中导致的。
应力集中可以通过裂纹的形成和扩展来实现。
裂纹的形成通常由材料内部的缺陷或者材料界面的分离引起。
裂纹的扩展则是由于外界加载作用下裂纹尖端的应力集中和应力强度因子的增大。
当应力强度因子达到材料的断裂韧性时，裂纹就会迅速扩展，形成断口。
在材料的断裂过程中，断口的形态、尺寸和形成机制是相互关联的。
形态和尺寸可以反映断口的形成机制，而形成机制则决定了断口的形态和尺寸。
因此，通过观察和分析微观断口特征，可以了解材料的断裂机制和断裂行为。
总结起来，解理断裂的微观断口特征包括形态、尺寸和形成机制等方面。
这些特征可以提供关于材料韧性、断裂强度和断裂机制的重要信息。
通过研究微观断口特征，可以深入了解材料的断裂行为，为材料的设计和应用提供科学依据。
疲劳断口的宏观形貌特征PPT课件(模板)
海滩条带
疲劳断口的宏观形貌特征
• 最后断裂区 即瞬时断裂区。瞬时断裂区是裂纹扩展到剩余面积不足以承担最大疲劳载荷，
最后发生静强度（即过载）断裂失效形成的，瞬断区形貌与塑性或脆性断口形貌基本 一致，比较粗糙，也称粗粒区。
分析。
断口的微观结构特征
疲劳断口的观察方法
• 断口的宏观形貌（通常指40x以下） 观察总体形貌特征，定性分析。
o 是否疲劳破坏?（能否看到三个特征区） o 何处为裂纹源?（可以直接从断口处观察到） o 裂纹临界尺寸?（扩展区大小） o 破坏载荷? （结合断裂力学知识计算）
• 断口的微观结构（通常指40x以上）
最后断裂区
脆性断口
塑性断口
疲劳断口的宏观形貌特征
疲劳断口宏观上没有明显的塑性变形： 将疲劳破坏的断口对合在一起，一般都能吻合的很好。这表明破坏之前并未发生大 的塑性变形，即使是塑性很好的材料也是如此。
疲劳断口
塑性断口
根据宏观形貌特征判断受载情况
扩展区
从右到左依次为裂纹源，扩展区 和瞬断区，判断为单向弯曲载荷
目录
➢ 疲劳断口的观察方法 ➢ 疲劳断口的宏观形貌特征 ➢ 根据宏观形貌特征判断受载情况
疲劳断口的观察方法
• 断裂机理的分类 （1）解理断裂 （2）准解理断裂 （3）韧窝断裂 （4）沿晶断裂
（5）疲劳断裂
（6）蠕变断裂 （7）…….
韧窝断裂
沿晶断裂
疲劳断口的观察方法
• 为什么要进行疲劳断口分析？ 断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关
疲劳断口的宏观形貌特征
疲劳断口的宏观形貌特征
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
金属断裂的微观机制及显微特征
金属断裂的微观机制为了阐明断裂的全过程（包括裂纹的生核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等），提出种种微观断裂模型,以探讨其物理实质,称为断裂机制。
属于不同断裂机制的断裂，其断口微观结构各具有独特的形貌特征。
基本断裂机制的典型微观形貌：a沿晶脆性断裂 b 解理断裂c 准解理断裂 d 韧窝断裂] 属于不同基本断裂机制的断口所观察到的典型微观形貌，其物理本质和断口特征为：沿晶脆性断裂是指断裂路径沿着不同位向的晶界(晶粒间界)所发生的一种属于低能吸收过程的断裂。
根据断裂能量消耗最小原理，裂纹的扩展路径总是沿着原子键合力最薄弱的表面进行。
晶界强度不一定最低，但如果金属存在着某些冶金因素使晶界弱化（例如杂质原子P、S、Si、Sn等在晶界上偏聚或脱溶，或脆性相在晶界析出等等），则金属将会发生沿晶脆性断裂。
沿晶脆性断裂的断口特征是:在宏观断口表面上有许多亮面,每个亮面都是一个晶粒的界面。
如果进行高倍观察，就会清晰地看到每个晶粒的多面体形貌类似于冰糖块的堆集，故有冰糖状断口之称；又由于多面体感特别强，故在三个晶界面相遇之处能清楚地见到三重结点。
沿晶脆性断裂的发生在很大程度上取决于晶界面的状态和性质。
实践表明，提纯金属,净化晶界,防止杂质原子在晶界上偏聚或脱溶，以及避免脆性第二相在晶界析出等，均可以减少金属发生沿晶脆性断裂的倾向。
因此,应用X射线能谱分析法和俄歇电子能谱分析法确定沿晶断裂面的化学成分，对从冶金因素来认识材料的致脆原因，提出改进工艺措施有指导意义。
微观形态：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。
解理断裂属于一种穿晶脆性断裂，根据金属原子键合力的强度分析，对于一定晶系的金属，均有一组原子键合力最弱的、在正应力下容易开裂的晶面，这种晶面通常称为解理面。
金属断裂的微观机理与典型形貌
金属断裂的微观机理与典型形貌金属断裂是指金属材料在受到外力作用下发生破裂的现象。
金属断裂具有微观机理与典型形貌，这些机理与形貌的研究对于金属材料的设计和应用具有重要意义。
金属材料的断裂主要有两种机制：韧性断裂和脆性断裂。
韧性断裂是金属材料在外力作用下发生塑性变形后断裂，具有较大的断口伸长率和断口收缩面积。
脆性断裂则是金属材料在外力作用下发生无明显塑性变形而迅速断裂，具有较小的断口伸长率和断口收缩面积。
金属材料的断裂机理与其晶体结构和微观缺陷密切相关。
金属材料的晶体结构是由原子通过原子键结合而成的，其中包含晶粒、晶界和位错。
当金属材料受到外力作用时，原子之间的键会受到拉伸、剪切等力的作用，从而导致晶界滑移、位错运动等塑性变形。
当外力继续增大时，晶界和位错可能无法继续运动，从而导致金属材料的断裂。
金属材料的断裂形貌可以通过金属断口的观察来研究。
金属断口通常包括拉伸断口、韧窝和脆窝等不同形貌。
拉伸断口是金属在拉伸过程中发生断裂后的断口形貌，通常呈现出光洁的平面面貌。
韧窝是金属在韧性断裂过程中形成的圆形凹陷，它是由于金属在拉伸过程中发生局部塑性变形而形成的。
脆窝则是金属在脆性断裂过程中形成的不规则凹陷，它是由于金属在受到外力作用下迅速断裂而形成的。
金属断裂的微观机理与典型形貌对于金属材料的设计和应用具有重要意义。
通过研究金属断裂机理，可以了解金属材料在外力作用下的变形和破裂行为，从而指导金属材料的合理设计和使用。
同时，通过观察金属断口的形貌，可以评估金属材料的断裂韧性和脆性，为金属材料的选择和应用提供依据。
金属断裂具有微观机理与典型形貌。
金属材料的断裂机理与其晶体结构和微观缺陷密切相关，包括晶粒、晶界和位错等。
金属材料的断裂形貌可以通过金属断口的观察来研究，包括拉伸断口、韧窝和脆窝等不同形貌。
金属断裂的微观机理与典型形貌对于金属材料的设计和应用具有重要意义，可以指导金属材料的合理设计和使用。
通过研究金属断裂机理和观察金属断口的形貌，可以评估金属材料的断裂韧性和脆性，为金属材料的选择和应用提供依据。
韧性断裂
断裂前发生明显的宏观塑性变形。
一、宏观判据
1、断口附近有明显的宏观塑性变形 2、断口表面呈纤维状 3、断口颜色灰暗
断裂过程示意图
杯锥状
韧性断口三区
韧断断裂前宏观形貌
韧断宏观形貌
二、微观判据
微观上，晶体有大量的滑移。 1、蛇形滑移和延伸 蛇形滑移是交滑移的结果。 蛇形滑移继续变形而变得平坦化，成为 “涟波”，进一步平坦化则变为延伸。 三种花样可以出现在同一视场。
蛇形与涟波
2、韧窝 韧性断裂的主要微观特征。 等轴韧窝：正应力 剪切韧窝：切应力 撕裂韧窝：弯曲应力
韧窝形成示意图
不同形状的韧窝
无夹杂韧窝
有夹杂韧窝
3、微观分析的注意事项
1）统计性 2）断裂途径 3）区分韧窝与疏松、微孔等缺陷
三、韧性断裂与载荷性质的关系
1、拉伸
1）断口成杯锥状，或成45°切断外形。 2）产生颈缩，其大小反映塑性的好坏。 3）杯锥状底部纤维基本上平行于轴线。 4）微观断口上存在大量等轴状或稍许拉长的韧 窝。
项目
断口形态
韧性断裂和脆性断裂的比较 韧性断裂 脆性断裂
宏观：纤维状 微观：蛇形滑移、涟波、延伸、 韧窝 粗糙、灰暗 伴有大量塑性宏观变形：拉伸— —缩颈，扭转——扭角，冲击— —转角，弯曲——挠度，压缩— —镦粗 过载或强度不足 宏观：放射状（人字纹）、颗粒 状 微观：塑性变形
项目
二、韧性断裂和脆性断裂的比较 韧性断裂 脆性断裂
晶粒边界处或位错塞积处应力 积累，形成内裂纹，当裂纹达 到某一临界值时，引起沿晶分 离或解理 远小于韧性断裂的临界核尺寸 沿晶分离（可能伴有微量塑性 变形），或沿一定晶面快速劈 开，扩展过程只需要很少能量 宏观：垂直于正应力 微观：沿晶、解理 通过沿晶分离或解理快速扩展 应力控制 σ＞ σf
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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。