断口分析资料讲解

1.弹性不匹配的裂纹形核：晶粒间由于取向，化学成分不同，弹性模量是不一样的，外部施加的应力或内部产生的应力在两个经理内产生不同的弹性应变，从而可能导致局部的高应力，并通过形成裂纹加以释放。

2.结晶固体中的塑性形变引起的裂纹形核：低温下的结晶材料，如金属和陶瓷，会发生剪切形变。从微观结构的层次来看，这是由单个位错的滑动(滑移)或大批的位错协调移动(局部形变孪生)引起的晶体内或晶粒内的剪切形变。由此产生的剪切应力可能局限在一个窄带内。当剪切带遇到障碍，例如晶界或者第二相粒子，在剪切带尖上会产生很大的局部应力，这就引起了裂纹形核。材料的晶体结构及外加应力的方向决定了滑移面或孪生面的方向以及剪切发生的方向。裂纹形核的平面与材料的晶体结构和“障碍”界面的强度密切相关。由于结晶解理，裂纹产生在同一晶粒的剪切带中。当然裂纹也可能会产生在“障碍”处，或者在材料中弱界面处，沿界面形成。高应力集中也可能会通过普通的塑性形变而不是裂纹形核释放出来。裂纹是否产生取决于多个不同变量，包括剪切应力大小、障碍的强度、形变动力学以及滑移系的几何性质等。有些材料比较易碎，容易产生裂纹，是因为无法释放由于塑性形变所产生的高的应力集中。

3.塑性孔洞聚合引起的裂纹形核：这种机制多发生于很多含有刚性颗粒的延性固体中，具体细节取决于固体的微观结构。当受力变形时，延性基体通过两种方式产生形变:晶体材料的滑移，或者在非晶和半结晶体材料中更为普遍的剪切过程，但其中的坚硬颗粒不会发生形变。

因此，随着颗粒周围产生的许多塑性孔洞，颗粒和基体开始分离。而一旦形核，由于基体的进一步剪切或高温下的扩散过程，塑性孔洞会不断扩大。最终，不断变大的塑性孔洞的应力场会彼此交互作用，基体剪切应力逐渐集中到颗粒之间的区域，导致其与基体的分离而形成裂纹。裂纹是由不规则排列的多个聚集的塑性孔洞构成的。这说明，裂纹可能是由许多较小的裂纹形成的，在本例中指的就是刚性颗粒与基体界面间的小裂纹。

4.界面滑移产生的裂纹形核：在足够高的温度下，多晶材料，或者更准确地说，球状半结晶聚合物的形变原因是这些相对来说呈刚性的晶体之间的滑移。由于热活化过程的作用，材料在发生形变前，晶粒或者球晶会发生晶界弛豫，所以整个滑移过程就成为形变的主要模式。当三相点的晶粒棱角导致滑移过程中断时，材料上就会出现楔形裂纹。在滑移过程中，位于晶界上的刚性颗粒可能会导致塑性孔洞的形核。这些塑性孔洞不断扩展和聚集，在晶界上形成裂纹，这个原理和的塑性孔洞的道理类似。

5.交变应力(机械疲劳)产生的裂纹形核：以上所述的裂纹形核的示例都是由单调加载引起的。在单调加载条件下，当施加循环应力时，尽管应力尚未达到裂纹产生和扩展的临界水平，也会导致机械疲劳。循环应力导致较小的形变，逐渐累积并最终产生裂纹。一般来说，滑动或滑移是在一个主滑移面上进行的，而循环应力则会导致其在几个相互紧邻的平行平面的狭窄区域或窄带内来回滑动，该区域被称为永久滑移带。这时，由于晶体的滑动，表面上就会出现锯齿和像裂纹一样

的线，导致应力逐渐集中，并最终在滑移带内的平面上产生裂纹。6.导致试样变形或产生其他裂纹前，就达到了使裂纹扩展的临界应力值，裂纹就会扩展并产生断裂，这时就应该使用断裂力学。如果情况相反，则应该使用损伤力学。这两者的界定经常会互相重叠。损伤力学中，如果研究的是单个裂纹在局部应力环境下的扩展，而非对所有的应力的扩展时，断裂力学中的很多内容是可以应用到损伤力学中的。

7.随着裂纹的扩展，应力场也不断变化，断裂路径保持平滑连续。对于脆性材料，由于裂纹的扩展方向垂直于局部最大拉应力，同时应力场也没有应力分量垂直于某个自由面，所以裂纹会以直角相交接.

8.层状复合材料的层间剪切断口和岩石的宏观剪切破坏-“梯形裂纹”；各种化学和物理收缩过程产生的应力-“泥裂”(陶器的釉质层和油画涂料的脆性薄膜)。

9.解理面上形成的台阶是由于裂纹穿过螺型位错造成的。

10.台阶合并与它对扩展中的裂纹前端的外形影响有关。在台阶上会产生新的平面，这个过程需要消耗能量，导致台阶上产生对裂纹前段的曳力，这样裂纹就逐渐在台阶处弯曲扩展。

11.断口表面形貌特征是由应力场的条件而不是微观结构决定的。河流花样台阶形成于第二箱粒子和夹杂处。

12. 大部分材料并不会呈现出镜面光滑的表面特征。这主要是由两个原因造成的:首先是微观结构特点，例如晶界、第二相粒子和增强颗粒等，会使裂纹偏转到不规则的路径上;其次，由于不存在尖锐的原生裂纹，或者原有裂纹因形变和微损伤过程致钝，这样，断裂在

较高的应力条件下才会发生，并释放出大量的能量。

13.扩展裂纹前端的微裂纹形核和扩展:在扩展的裂纹周围有一个高应力场, 这个高应力场会造成微裂纹在裂纹前方的材料中萌生。这些微裂纹会各自生长并逐渐与主裂纹相连通。随着应力强度的增加，材料的体积也随之增大，相应的，损伤区的范围也会扩大。由于在主裂纹面以外二次裂纹的形核范围不断扩大，材料断口表面也越来越粗糙。

14.当裂纹的速度和固体中的应力波速度相差不远时，裂纹周围的应力分布就会改变。原本垂直作用于裂纹平面裂尖处的最大拉伸应力，会和裂纹平面之间形成一个角度，结果就导致了裂纹分叉。通过对裂纹分叉现象额观察和分析，产生了一个新的概念“终端速度”限制，有显示，对于运动中的裂纹，当其速度低于终端速度时，会受到几种不同的不稳效应的作用，利用这些不稳效应，就可以解释在实验中观察到的现象。即在玻璃质固体中，裂纹扩展速度较低的情况下，断口会出现粗糙表面。

14.单晶体虽然是均质的，但是其物理和机械性质中还是存在不同程度的各向异性，例如弹性模量、剪切强度及最重要的解理强度。

15.材料各向异性对于断裂行为的主要影响在于晶体中的解理可能在平行于某个并不垂直于最大拉应力方向的晶面上发生。（在对称性较低的晶体上更为明显—云母类层晶材料）。

16.一个晶面能否沿某个特定的晶面开裂或解理，可以用这些晶面的低表面能来解释，而这种表面能又取决于原子键的强度和性质。

17.密排六方（hcp）材料的延性取决于是否存在某种滑移系和孪晶系，