典型的金属沿晶断裂的微观断口
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
3第三讲 断裂
单向静拉伸实验标定的性能指标
• 弹性模量、比例极限、弹性极限、弹性比 功、屈服强度、抗拉强度、应变硬化指数、 断裂强度、真实断裂强度、断后伸长率、 断面收缩率等。
Thank you! See you next time!
走向 沿晶断裂 裂纹沿晶界扩展
断裂 机理
解理断裂 无明显塑性变形，沿解理面分离，穿晶断裂
微孔聚集 沿晶界微孔聚合，沿晶断裂 型断裂 在晶内微孔聚合，穿晶断裂
解理型断口
微孔聚合型断口
沿晶断裂
穿晶断裂
a沿晶脆断 b 解理断裂 c 准解理断 d 韧窝断裂
第一章 小结
材料静拉伸条件下的力学响应和失效行为：三个过程
大量韧窝，内 含夹杂物或第 二相，为微孔 萌生处。
• 韧窝的形状取决于应力状态； • 韧窝的大小和深浅取决于第二相的数量分布以及
基体的塑性变形能力。
• 韧窝大而深，塑性好； 大而浅，加工硬化能 力强。
四、非金属材料的断裂
• 陶瓷：几乎或完全不能发生滑移，无塑性。沿大 间距密排结晶面发生解理破坏，断口光滑，无特 征判定裂纹源。
第三讲 材料的断裂
张友法
机件主要失效形式
断裂磨损失效腐蚀断裂实例 生活中影响正常生活， 甚至人身安全。
断裂实例 生产中
影响生产 和安全。
断裂实例 重要产品
灾难！！！
断裂的危害最大！！！
一、断裂类型
1. 韧断与脆断
• 韧断：断前及断时有明显塑变，裂纹扩展耗能。 断口：呈纤维状，灰暗色。断面收缩率>5%。
BCC、HCP滑移系少，位错塞积造成应力集中，使 裂纹成核。 FCC金属滑移系多，不易产生。
4. 正断与切断
正断：裂纹与正应力垂直。 切断：平行。
金属断口常见的四种形貌
金属断口常见的四种形貌
金属在断裂过程中会产生不同的形貌，常见的四种形貌如下：
1. 韧窝：韧窝是由于金属在断裂前发生塑性变形而形成的一种微小凹陷，形状多呈半圆形或椭圆形。
2. 断口沿晶腐蚀：断口沿晶腐蚀是金属在受到应力作用下，沿晶组织发生腐蚀而形成的不规则形貌，表面常呈黑褐色。
3. 断口沿晶裂纹：断口沿晶裂纹是由于金属在受到应力作用下，沿晶组织发生裂纹而形成的一种不规则形貌，表面常呈条纹状。
4. 断口呈韧窝状同时伴有沿晶腐蚀或沿晶裂纹：这种形貌是前面三种形貌的结合体，即在金属断裂时，既发生了韧窝，又伴随着沿晶腐蚀或沿晶裂纹。
1/ 1。
金属材料断口分析-精彩部分
2．特点 (1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和 航空都获得了一定程度的发展。 (2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式， 一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的 联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
二、水运与航空
1．水运 (1)1872年,
轮船正招式成商立局，标志着中国新式航运业的诞生。
(2)1900年前后，民间兴办的各种轮船航运公司近百家，几乎都是
在列强排挤中艰难求生。
2．航空
(1)起步：1918年，附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始
研制 。
(2)发展水：上1飞918机年，北洋政府在交通部下设“
金属材料断口分析-精彩部分
有关断口分析的基本概念介绍---
1
宏观断口分析：
用肉眼或20倍放大镜分析断口;
微观断口分析：
采用扫描电镜或电子顕微镜分析断口;
断裂形成过程：
裂纹形成→裂纹缓慢扩展→裂纹快速扩展→断裂
在唇区;
断口特征：
裂纹起点（裂纹源）→纤维区（撕裂区）→快
速撕裂区（放射区）→唇区（破断区）
[串点成面·握全局]
一、近代交通业发展的原因、特点及影响 1．原因 (1)先进的中国人为救国救民，积极兴办近代交通业，促 进中国社会发展。 (2)列强侵华的需要。为扩大在华利益，加强控制、镇压 中国人民的反抗，控制和操纵中国交通建设。 (3)工业革命的成果传入中国，为近代交通业的发展提供 了物质条件。
有关断口分析的基本概念介绍---2;
材料力学性能考试题
一、名词解释Ak：冲击吸收功，表示冲击试样变形及断裂消耗的功。
KIC：断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
KⅠ：应力场强度因子，表示裂纹尖端应力场的强弱。
△Kth：疲劳裂纹扩展门槛值，表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能。
NSR：静拉伸缺口敏感度，金属材料的缺口敏感性指标，缺口试样的抗拉强度σbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值。
ψ：断面收缩率，是试样拉断后，颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，反映了材料局部变形的能力。
σ-1：疲劳极限，试样经无限次循环也不发生疲劳断裂，将对应的应力称为σ-1。
σ0.2：屈服强度，对于无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形（0.2%）时的应力，作为该钢的屈服强度。
στt：持久强度极限，材料在规定温度（t）下，达到规定的持续时间（τ）而不发生断裂的最大应力。
σtε:蠕变极限，在规定温度（t）下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率（ε）不超过规定值的最大应力。
σtδ/τ：蠕变极限，在规定温度（t）下和规定的试验时间（τ）内，使试样产生的蠕变总伸长率（δ）不超过规定值的最大应力。
E：弹性模量，表征材料对弹性变形的抗力。
σs：屈服点，呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力。
σbc：抗压强度，试样压至破坏过程中的最大应力。
δ：断后伸长率，是试样拉断后标距的长度与原始标距的百分比。
G：切变模量，在弹性范围内，切应力与切应变之比称为G。
σbc：抗压强度，试样压至破坏过程中的最大应力。
σbb：抗弯强度，指材料抵抗弯曲不断裂的能力。
GI：裂纹扩展力，表征裂纹扩展单位长度所需的力。
σp：比例极限，应力与应变成直线关系的最大应力。
σe：弹性极限，由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。
弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
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.。
金属断裂
金属多晶材料的断裂，通过空洞核的形成、长大和相互连接的过程进行,这种断裂称为韧窝断裂(dimple fracture)。
韧窝断裂是属于一种高能吸收过程的延性断裂。
其断口特征为：宏观形貌呈纤维状，微观形态呈蜂窝状（图2d）,断裂面是由一些细小的窝坑构成,窝坑实际上是长大了的空洞核，通常称为韧窝，它是韧窝断裂的最基本形貌特征和识别韧窝断裂机制的最基本依据。
系统的观察表明，韧窝的尺寸和深度同材料的延性有关，而韧窝的形状则同破坏时的应力状态有关。
由于应力状态不同，相应地在相互匹配的断口偶合面上，其韧窝形状和相互匹配关系是不同的。
如图3所示:a为等轴型韧窝，韧窝形成的应力状态为均匀应变型；b 为同向伸长韧窝，伸长方向平行于断裂方向,其应力状态为拉伸撕裂型；c为异向伸长型韧窝，伸长方向平行于断裂方向，其应力状态为刃滑动型；d为同向伸长韧窝,但伸长方向垂直于断裂方向，其应力状态为螺滑动型。
除了上述四种基本的韧窝形状外,还存在混合应力状态下所形成的韧窝,理论分析表明，最低限度有14种,其中8种已从实验观察到。
断口分析
由于韧窝的形状与应力状态密切相关，故对断口耦合面上相啮合部位的韧窝形状、尺寸和深度进行分析，就可以确定断裂时所在部位的应力状态和裂纹扩展的方向，并对材料的延性进行评价。
还有其他断裂的机制如：疲劳、蠕变和应力腐蚀断裂等。
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。
金属材料的断裂和断裂韧性课件
4.4.3 裂纹扩展的能量释放率GI和断裂韧性GIc
➢分析原理：能量法
应变能释放率
扩展 临界
裂纹扩展需要吸 收的能量率
稳定
dU GI dA
裂纹临界条件：G准则
G Ic
dS dA
40
金属材料的断裂和断裂韧性课件
K与G的关系
G
Gc Ic
1K E
1 2
E
2 c
K
2 Ic
41
金属材料的断裂和断裂韧性课件
断裂力学和断裂韧性
➢ 为防止裂纹体的低应力脆断，不得不对其强度——断裂抗
力进行研究，从而形成了断裂力学这样一个新学科。
➢ 断裂力学的研究内容包括裂纹尖端的应力和应变分析；建
立新的断裂判据；断裂力学参量的计算与实验测定，其中 包括材料的力学性能新指标——断裂韧性及其测定，断裂 机制和提高材料断裂韧性的途径等。
随第二相体积分数的增加，钢的韧性都下降，硫化物比碳化物 的影响要明显得多。
➢ 2 基体的形变强化
基体的形变强化指数越大，则塑性变形后的强化越强烈，其结
* Kepn
果是各处均匀的变形。微孔长大后的聚合，将按正常模式进行， 韧性好；相反地，如果基体的形变强化指数小，则变形容易局
部化，较易出现快速剪切裂开。这种聚合模式韧性低。
断裂前无明显的塑性变形，吸收的能量很少，而裂纹的 扩展速度往往很快，几近音速，故脆性断裂前无明显的 征兆可寻，且断裂是突然发生的，因而往往引起严重的 后果 。
➢ 在工程应用中，一般把Ψk <5％定为脆性断裂， Ψk =5％定
为准脆性断裂， Ψ k >5％定为韧性断裂。
➢ 材料处于脆性状态还是韧状态并不是固定不变的，往往因
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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。
六、结论
金属沿晶断裂是金属材料断裂中常见的一种形式，其微观断口特征对
材料的力学性能和断裂机制有重要影响。
深入研究金属沿晶断裂的微
观特征和影响因素，有助于提高金属材料的力学性能和断裂韧性。
以上是关于典型的金属沿晶断裂的微观断口的相关内容，希望对您有
所帮助。
金属材料是目前工程领域中被广泛应用的一种材料，其力学
性能和断裂行为对于工程结构的安全性和可靠性至关重要。
而沿晶断
裂作为金属材料断裂过程中的一种常见现象，其微观断口形貌与金属
材料的力学性能密切相关。
接下来，我们将深入探讨金属沿晶断裂的
特征、影响因素和典型案例分析。
在金属材料断裂行为中，沿晶断裂一般是由于外部作用下金属材料的
微观结构导致的。
金属材料的微观组织通常由晶粒组成，而晶粒之间
的结合处就是晶界。
沿晶断裂就是指裂纹沿着晶粒边界扩展，而不是
穿过晶粒内部。
晶界处的位错和局部应力集中往往会引发裂纹的扩展，形成沿晶断裂。
在观察金属沿晶断裂的微观断口特征时，可以发现其断口形貌呈现出
沿晶晶粒界面扭曲、剥离的特征。
在断口上会出现明显的晶粒边界和
晶界气孔，这些特征直接反映了沿晶断裂的过程和机制。
由于沿晶断
裂是在晶粒边界处发生的，其形成与晶界的取向、结构和清晰度等特
征有关。
外界加载条件对金属沿晶断裂的影响也非常显著，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。
金属
材料的化学成分也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。
进一步分析金属沿晶断裂的典型案例会使我们对其特征和影响因素有
更深入的理解。
在一些金属材料中，沿晶断裂导致了该材料在特定加
载条件下的脆性断裂，这对工程结构的可靠性提出了严峻挑战。
但在
一些材料中，沿晶断裂也被认为是一种良好的韧性断裂形式，具有一
定的断裂韧性。
通过对这些案例的分析，可以更好地理解沿晶断裂的
机理，为金属材料的应用和设计提供可靠的理论依据。
为了更好地理解金属沿晶断裂的微观特征和影响因素，科学家们通常
会采用现代材料表征技术，如高分辨率电镜、扫描探针显微镜等来观
察其微观断口特征和结构。
通过这些先进的表征技术，可以更加深入
地研究沿晶断裂的机理和特征，为金属材料的性能优化提供科学依据。
综合以上所述，金属沿晶断裂是金属材料断裂过程中重要的一种形式，在工程实践中具有重要的意义。
通过对其微观断口特征、影响因素和
典型案例分析的深入研究，可以帮助我们更好地理解金属材料的力学
性能和断裂行为，为优化材料设计和工程应用提供重要的参考和指导。
通过对金属沿晶断裂的深入探讨和研究，我们相信在未来能够进一步
提高金属材料的力学性能和断裂韧性，为工程领域的发展做出更大的
贡献。
希望本文的内容能够为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供一定的参考和帮助。