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。

金属的断裂

金属的断裂机件的三种主要失效形式：磨损、腐蚀、断裂。其中断裂的危害最大。断裂：又可分为完全断裂和不完全断裂。完全断裂：在应力（或兼有热或介质）作用下，金属材料被分成两个或几个部分。不完全断裂：只是内部存在裂纹。研究金属断裂的宏、微观特征、断裂机理（裂纹的形成与扩展）、断裂的力学条件及影响断裂的内外因素，对于设计和材料工作者进行机件安全设计与选材十分必要。一、断裂的类型：断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段。按照不同的分类方法，将断裂分为以下几种： 1）按宏观塑性变形程度：韧性断裂、脆性断裂。 2）按裂纹扩展途径：穿晶断裂、沿晶断裂。 3）按断裂机理分类：纯剪切断裂、微孔聚集型、解理断裂。 4）按断裂面取向分类：正断；切断光滑拉伸试样断面收缩率<5%为脆断；> 5%为韧断。韧性与脆性随条件改变，韧性与脆性行为也将随之变化。 1）韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂。特点： 1）断裂有一个缓慢撕裂过程，且消耗大量塑性变形能。 2）断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45°角。 3）断口呈纤维状，灰暗色。 4）典型宏观断口特征呈杯锥状。如：中、低强度钢光滑圆柱试样在室温下的静载拉伸断裂。格雷菲斯公式：（1）对长为2a 的中心穿透裂纹计算所得的断裂应力公式。（2）对长为a 的表面半椭圆裂纹也适用，此时式中的a即为裂纹长度。但是，格雷菲斯公式：只适用于脆性固体，如玻璃、金刚石、超高强度钢等，即那些裂纹尖端无塑性变形情况。

对工程用金属材料（钢）：裂纹尖端产生较大塑性变形，要消耗大量塑性变形功，其值远比表面能大，为此格雷菲斯公式需要进行修正。

金属断裂机理(完整版)

金属断裂机理 1 金属的断裂综述断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。

金属断口机理及分析

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

金属断裂机理完整版

金属断裂机理完整版Newly compiled on November 23, 2020

金属断裂机理完整版

金属断裂机理 1金属的断裂综述断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%为脆性断裂；大于5%为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂; 断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。按受力状态、环境介质不同，又可将断裂分为静载断裂（如拉伸断裂、扭转断裂、剪切断裂等）、冲击断裂、疲劳断裂;根据环境不同又分为低温冷脆断裂、高温蠕变断裂、应力腐蚀和氢脆断裂；而磨损和接触疲劳则为一种不完全断裂。

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。 3. 疲劳断裂疲劳断裂是指金属材料在受到循环应力作用时，发生疲劳裂纹的扩

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

典型的金属沿晶断裂的微观断口

典型的金属沿晶断裂的微观断口一、概述金属材料是工程材料中的重要一类，其力学性能与微观结构密切相关。在金属材料断裂过程中，沿晶断裂是一种常见现象，其微观断口形貌对材料的力学性能和断裂机制有重要影响。本文将围绕典型的金属沿晶断裂的微观断口展开讨论。二、金属沿晶断裂的基本概念 1. 沿晶断裂是指金属材料在断裂过程中，裂纹沿晶粒界面扩展，而不是穿过晶粒内部。沿晶断裂通常发生在结构不均匀、晶粒尺寸较大的金属材料中。 2. 在金属沿晶断裂的过程中，裂纹先经过晶粒边界处的位错团聚区，由于位错堆积和局部应力集中，导致裂纹继续沿晶粒界面扩展。三、金属沿晶断裂的特征 1. 微观断口形貌典型的金属沿晶断裂的微观断口呈现出沿晶晶粒界面扭曲、剥离的特征。在断口上可以观察到明显的晶粒边界和晶界气孔。 2. 显微组织观察通过金相显微镜等手段观察金属沿晶断裂的微观结构，可以发现断口

附近晶粒边界处的位错裙积、晶界气孔等特征。 3. 断口形貌分析沿晶断裂的断口形貌具有一定的规律性，可以通过扫描电镜等手段对其进行形貌分析和特征识别。四、金属沿晶断裂的影响因素 1. 晶界特征金属晶界的取向、结构和清晰度等特征对沿晶断裂的发生和扩展起着重要作用。 2. 应力状态外界加载条件对金属沿晶断裂的影响很大，尤其是在动态加载条件下，应力波的传播对沿晶裂纹的扩展有重要影响。 3. 化学成分金属材料的化学成分会影响晶界的稳定性和塑性变形行为，进而影响沿晶裂纹的扩展路径和形貌。五、典型案例分析通过对金属材料沿晶断裂的典型案例进行分析，可以更深入地理解其微观断口特征和力学性能表现。

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。例如：属于立方晶系的体心立方金属,其解理面为{100}晶面；六方晶系为{0001}；三角晶系为{111}。一个晶体如果是沿着解理面发生开裂,则称为解理断裂。面心立方金属通常不发生解理断裂（见晶体结构）。解理断裂的特点是:断裂具有明显的结晶学性质,即它的断裂面是结晶学的解理面{ },裂纹扩展方向是沿着一定的结晶方向〈〉。为了表示这种结晶学性质,通常用解理系统{ }〈〉来描述。对于体心立方金属，已观察到的解理系统有 {100} <001>，{100}〈011〉等。解理断口的特征是宏观断口十分平坦，而微观形貌则是由一系列小裂面(每个晶粒的解理面)所构成。在每个解理面上可以看到一些十分接近于裂纹扩展方向的阶梯，通常称为解理阶。解理阶的形态是多种多样的，同金属的组织状态和应力状态的变化有关。其中所谓“河流花样”是解理断口的最基本的微观特征。河流花样解理阶的特点是：支

金属断裂机理

1 金属的断裂综述断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种,它们是依据一些各不相同的特征来分类的; 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂;韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形,脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形,是一种突然发生的断裂,没有明显征兆,因而危害性很大;通常,脆断前也产生微量塑性变形,一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂;可见,金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的,随着条件的改变,材料的韧性与脆性行为也将随之变化; 多晶体金属断裂时,裂纹扩展的路径可能是不同的;沿晶断裂一般为脆性断裂,而穿晶断裂既可为脆性断裂低温下的穿晶断裂,也可以是韧性断裂如室温下的穿晶断裂;沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物,破坏了晶界的连续性所造成的,也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的;应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂;有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生; 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类;解理断裂是金属材料在一定条件下如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂;解理面一般是低指数或表面能最低的晶面;对于面心立方金属来说,在一般情况下不发生解理断裂,但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏; 通常,解理断裂总是脆性断裂,但脆性断裂不一定是解理断裂,两者不是同义词,它们不是一回事; 剪切断裂是金属材料在切应力作用下,沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂,它又分为滑断又称切离或纯剪切断裂和微孔聚集型断裂;纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂,如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂,是一种典型的韧性断裂; 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类;若断裂面取向垂直于最大正应力,即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角,为切断型断裂;前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂,后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂;

45金属的断裂

第五节金属的断裂断裂是构件在应力作用下分离成两个或两个以上不相连部份的现象。断裂在金属构件中常常显现，危害也最大。金属材料的断裂进程一样包括三个时期：裂纹萌生、扩展和最后断裂。断裂形成的断裂面称为断口，通过断口能够分析判定断裂机理，从而找出断裂缘故。一、断裂的分类 1．按断裂前变形程度，断裂可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂在断裂前发生较明显的塑性变形。脆性断裂在断裂前几乎不发生明显的塑性变形，它因为在断裂前毫无征兆，往往会引发灾难性的突发事件。完全的韧性或脆性断裂较少显现，更多的是韧性脆性混合型断裂。 2．按断裂进程中裂纹扩展途径，断裂可分为沿晶断裂、穿晶断裂和混晶断裂。沿晶断裂是指裂纹沿晶界扩展，沿晶断裂多为脆性断裂，也有韧性断裂。穿晶断裂是指裂纹穿过晶粒内部，它可能是韧性断裂，也可能是脆性断裂。混晶断裂是指裂纹的扩展既有穿晶型，也有沿晶型。 3．按微观断裂机制，断裂可分为解理断裂、韧窝断裂、疲劳断裂、蠕变断裂等。 4．按应力类型及断面与应力的相对位置，断裂可分为正断、切断和混合型断裂。正断断裂由正应力引发，断口表面与最大正应力垂直，正断可能是脆性的，也可能是韧性的。切断是在切应力作用下引发的，断面与最大正应力方向成45°角，切断多为韧性。混合型断裂是正断与切断相混合的断裂，较为多见。二、韧性断裂韧性断裂一样进展较为缓慢，在断裂前发生较明显的塑性变形，宏观断口上明显可见到纤维区和剪切唇区，断口的微观形貌为韧窝，通常韧窝越大越深，材料的塑性越好。韧性断裂的一种典型断口是滑腻圆拉伸试样的杯—锥状断口，该断口上有明显的区域

性，可观看到三个区域：纤维区、放射区和剪切唇区，见图10-24。图10-24 韧性材料拉伸断口三、脆性断裂脆性断裂在断裂前几乎不发生明显的塑性变形，它因为在断裂前毫无征兆，往往会引发灾难性的突发事件。完全的韧性或脆性断裂较少显现，更多的是韧性脆性混合型断裂。脆性断裂面与拉应力方向垂直，断面较平直，宏观断口特点呈颗粒状，有时能观看到放射状条纹或人字形条纹，条纹的收敛点为断裂源，见图10-25；脆性断裂微观机理大多是穿晶解理型的，当晶界有脆性析出物、晶界偏析、回火脆性、应力侵蚀及过热、过烧等情形时，也会显现沿晶型脆性断裂，微观形貌呈“冰糖状”。金属材料发生脆性断裂，要紧有以下两种情形：一种是由于制造进程中热处置工艺不妥造成的，如回火脆性，过热过烧，第二相质点沿晶界析出，高碳钢的石墨化析出等；另一种是由于利用环境造成的，如低温脆断和侵蚀介质的作用等。

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。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。