解理断裂
解理断裂与沿晶断裂的异同
解理断裂与沿晶断裂的异同
解理断裂和沿晶断裂是岩石或晶体断裂过程中常见的两种断裂类型。
它们在形成机制、特征和作用上存在一些不同之处。
解理断裂是晶体内部沿着特定方向的裂纹或断裂。
它是晶体中由于内部构造和晶体排列的不均匀性而形成的。
解理断裂通常具有平面状或平行状的形态，常常沿晶体中特定的晶面或晶胞方向发展。
解理断裂往往在晶体内部扩展，不穿透晶体的完整性。
这种断裂通常出现在具有清晰解理面的晶体中，如片麻岩、页岩等。
沿晶断裂是晶体或岩石中沿晶体接触面或晶界发生的断裂。
沿晶断裂是由于晶体之间的晶界或接触面的弱点，以及应力的作用下而产生的。
沿晶断裂通常呈现出折线状、曲线状或交叉状的形态。
它可以穿透晶体的完整性，导致岩石或晶体的破裂。
解理断裂和沿晶断裂在形成机制上存在明显的差异。
解理断裂是由于晶体内部结构的不均匀性导致的，而沿晶断裂则是由于晶体之间的接触面或晶界的弱点导致的。
在特征上，解理断裂常常呈现出平面状或平行状的形态，而沿晶断裂则呈现出折线状、曲线状或交叉状的形态。
此外，解理断裂主要出现在具有清晰解理面的晶体中，而沿晶断裂则主要出现在晶体之间或晶界附近。
在作用上，解理断裂在地质和岩石工程中往往表现出比较稳定的性质，具有较低的活动性。
它可以作为构造测量和岩石工程
中的参考线。
沿晶断裂则常常表现出比较活跃的性质，容易导致岩石或晶体的破裂和破坏。
解理断裂的断口特征
解理断裂的断口特征概述解理断裂是构造力学领域中的一个重要研究对象，研究解理断裂的断口特征对于理解地壳变形和构造演化具有重要意义。
解理断裂是地壳中岩石或矿石沿着一定的方向发生断裂的现象，常见于各种岩石和矿石中，如片麻岩、片岩、石灰岩等。
解理断裂的定义和形成解理断裂是指岩石或矿石在应力作用下沿特定的方向发生断裂，形成平行于构造面的断口特征。
解理断裂的形成与岩石内部的构造变形和地壳应力的作用密切相关。
在地质历史长期的构造作用下，岩石内部的矿物晶体倾向于在一定的方向上排列，这种排列就形成了解理面。
解理断裂的断口特征解理断裂的断口特征可以通过观察和测量岩石或矿石的断口来进行分析和判断。
以下是解理断裂的一些常见断口特征：1. 平行排列的断口解理断裂的一大特征就是断口呈现出平行排列的现象，这是由于岩石内部矿物晶体的排列导致的。
在解理面上，矿物晶体的排列方向呈现出一定的规律性，使得断口呈现出长条状或条带状的平行排列。
2. 平行的纹理解理断裂的断口常常呈现出平行排列的纹理，这是由于断口形成时矿物晶体的破裂和滑移导致的。
这种平行的纹理可以通过裂缝、条纹等形式来观察和测量。
3. 不平整的断口虽然解理断裂的断口呈现出平行排列的特点，但并不意味着断口是完全平整的。
由于岩石内部的不规则结构、构造变形的影响等，断口常常呈现出不平整的形态。
这些不平整的断口可以是裂隙、断裂、断层等形式。
4. 斜交的断口有时候，在解理断裂的断口上还可以观察到斜交的断口特征。
这是由于地壳中的不同构造面发生交叉作用形成的，断口呈现出斜交的现象。
5. 矿物卷入解理断裂的断口中常常可以观察到矿物卷入的现象。
矿物卷入是指由于断裂过程中岩石破裂和滑移引起的矿物颗粒或矿脉在断口中产生卷入的现象。
矿物卷入的特征可以通过显微镜等工具进行观察和分析。
解理断裂的意义和应用解理断裂的研究对于地质构造和构造演化的认识具有重要意义。
通过观察和分析解理断裂的断口特征，可以揭示地表及地下岩石层的变形历史和构造演化过程。
9.断裂的类型与特征
断裂☐断裂是机械和工程构件失效的主要形式之一。
☐断裂是材料的一种十分复杂的行为，在不同的力学、物理和化学环境下，会有不同的断裂形式。
☐研究断裂的主要目的是防止断裂，以保证构件在服役过程中的安全。
断裂的分类1按断裂前塑性变形大小分类：脆性断裂，韧性断裂（延性断裂）是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。
脆性断裂:脆性材料的拉伸断口断口呈平齐状，可见明显放射状线。
☐因为没有明显的预兆，所以脆性断裂具有很大的危险性。
☐脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。
☐裂纹扩展速度大，往往受到的应力低于设计要求的许用应力。
是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂韧性断裂:过程。
延性材料的拉伸断口☐韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。
☐韧性断裂的断口用肉眼或放大镜观察时，往往呈暗灰色、纤维状。
☐不易造成重大事故，易被人察觉。
韧断前有明显的颈缩，断裂前有大量的塑性变形。
上下断杯锥状断口:口分别呈杯状和锥状，合称为杯锥状断口。
延性材料的拉伸断口断口13•剪切唇•放射区断口上分三个典型的区域：三要素2按断裂面的取向分类:正断，切断正断：正应力引起；切断：切应力引起。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教3按裂纹扩展途径分类：穿晶断裂，沿晶（晶界）断裂穿晶断裂&沿晶断裂沿晶断裂的断口形貌穿晶断裂与沿晶断裂有时是同时发生的断裂的分类4按微观断裂机理分类：剪切断裂,微孔聚合型断裂, 解理断裂解理断裂是材料在拉应力的作用下，由于原于间结合键遭到破坏，严解理断裂:格地沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开而造成的。
解理断裂是脆性穿晶断裂，宏观形貌较为平坦的、发亮的结晶状断面。
B类碳素钢低温解理断裂的河流花样微孔聚合型断裂断口在宏观上常呈现暗灰色、纤维状，微观断口特征花样韧窝:则是断口上分布大量“韧窝”。
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
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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
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材料或物体在外力作用下发生的破裂现象。
在材料工程领域中，对断裂行为的研究具有重要的意义，可以揭示材料的力学性能和耐久性。
而要深入了解断裂现象，就需要对微观断口特征进行解理。
微观断口特征是指断裂发生后，在断口上观察到的各种形态和结构。
通过对微观断口特征的解理，可以了解材料的断裂机制、断裂韧性、断裂韧性转变温度等重要信息。
常用的解理方法包括光学显微镜观察、扫描电子显微镜观察、透射电子显微镜观察等。
在光学显微镜下观察断裂断口，可以发现断口上存在着不同的特征区域。
首先是断口的主要断裂区，通常呈现出明显的沿晶断裂和穿晶断裂。
沿晶断裂是指断裂沿晶界发展，晶粒基本保持完整，常见于金属材料。
而穿晶断裂是指断裂穿过晶粒，晶粒内出现裂纹，常见于陶瓷等脆性材料。
除了晶界和晶粒的断裂特征外，断口上还可以观察到其他形态的特征。
例如，断裂面上的沟槽、韧突和斑点等。
沟槽是指断裂面上的细长槽状结构，常见于金属材料的疲劳断口。
韧突是指断裂面上突出的、具有韧性的小区域，常见于高强度钢材料的断裂面。
斑点是指断裂面上散布的微小亮点或暗点，代表着材料中的微观缺陷。
在扫描电子显微镜下观察断裂断口，可以获得更高分辨率的图像。
通过扫描电子显微镜观察，可以清晰地看到断裂面上的晶体结构、晶界和微观缺陷。
同时，还可以利用能谱分析等技术对断口进行元素分析，从而了解断口上各个区域的化学成分差异。
透射电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，可以观察到材料中的原子级结构。
在透射电子显微镜下观察断裂断口，可以揭示材料内部的晶体结构、晶界及其缺陷。
透射电子显微镜还可以通过电子衍射技术，确定断裂面的晶体取向和晶界的类型。
通过对微观断口特征的解理，可以得到丰富的信息，从而揭示材料的断裂行为和断裂机制。
例如，通过观察断裂面上的韧突和沟槽，可以评估材料的韧性和脆性。
通过分析断口上的裂纹扩展路径，可以研究裂纹的传播行为和断裂韧性转变温度。
通过观察断裂面上的晶体结构和晶界特征，可以了解晶界对断裂行为的影响。
解理断口
解理断口：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。
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{h k l},裂纹扩展方向是沿着一定的结晶方向〈u v w〉。
为了表示这种结晶学性质,通常用解理系统{h k l}〈u v w〉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：支流解理阶的汇合方向代表断裂的扩展方向；汇合角的大小同材料的塑性有关，而解理阶的分布面积和解理阶的高度同材料中位错密度和位错组态有关。
因此，通过对河流花样解理阶进行分析，就可以帮助我们寻找主断裂源的位置，判断金属的脆性程度，和确定晶体中位错密度和位错容量。
准解理断口：是一种穿晶断裂。
根据蚀坑技术分析表明，多晶体金属的准解理断裂也是沿着原子键合力最薄弱的晶面（即解理面）进行。
例如：对于体心立方金属（如钢等），准解理断裂也基本上是{100}晶面,但由于断裂面上存在较大程度的塑性变形（见范性形变），故断裂面不是一个严格准确的解理面。
准解理断裂首先在回火马氏体等复杂组织的钢中发现。
对于大多数合金钢（如Ni-Cr钢和Ni-Cr-Mo钢等），如果发生断裂的温度刚好在延性－脆性转变温度的范围内，也常出现准解理断裂。
简述解理和断口的关系
简述解理和断口的关系
解理和断口是岩石学中的两个重要概念，它们之间有着密切的关系。
解理是指岩石中存在的天然裂隙或者层状结构，是由于岩石在地质变形过程中受到应力作用而形成的。
而断口则是指岩石在受到外力作用下发生的断裂现象，通常是由于岩石的强度不足或者受到了过大的应力而发生的。
解理和断口之间的关系可以从以下几个方面来说明：
1. 形成机制不同
解理是由于岩石在地质变形过程中受到应力作用而形成的，通常是层状结构或者裂隙状结构。
而断口则是由于岩石在受到外力作用下发生的断裂现象，通常是沿着岩石的弱面或者裂隙面发生的。
2. 形态不同
解理通常是呈现出层状结构或者裂隙状结构，其形态比较规则，长度和宽度也比较均匀。
而断口则是呈现出不规则的形态，长度和宽度也比较不均匀。
3. 影响不同
解理对岩石的稳定性和强度有一定的影响，但是通常不会导致岩石的破裂。
而断口则是岩石破裂的表现，对岩石的稳定性和强度有着直接的影响。
4. 关系密切
解理和断口之间存在着密切的关系。
岩石中的解理通常是岩石中的弱面或者裂隙面，在受到外力作用下很容易发生断裂。
而断口的形成也会对岩石中的解理产生影响，断口的形成会使得岩石中的解理更加明显。
总之，解理和断口是岩石学中的两个重要概念，它们之间存在着密切的关系。
解理是岩石中存在的天然裂隙或者层状结构，而断口则是岩石在受到外力作用下发生的断裂现象。
两者之间的关系需要在实际的地质勘探和岩石工程中加以考虑和分析。
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。
河流把戏：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构造。
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。
均匀分布于断口外表，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：材料外表、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〕：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〕。
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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。
5 瓦纳线
现象：在非常脆的金属或金属间化合物的断口上，会产生一种叫做瓦纳线的花样。
在这些材料中，不能产生塑性变形，在弹性变形范围内断裂，开裂方式与晶体结构无关。
机理：裂纹前沿线与以缺陷为中心的球形冲击波交互作用形成的图像。
6 二次裂纹
现象：与主裂纹垂直的小裂纹
7 解理裂纹的另一个主要微观特征：对宏观脆性的解理断裂而言，其断口附近的晶粒中仍可看到塑性变形的痕迹——滑移线。
在更低的温度下则可以看到形变孪晶。
三解理裂纹的萌生与扩展
1 解理裂纹的萌生
萌生机制
1）位错塞积机制
2）位错反应机制
3）滑移机制。