材料力学性能第一章3a王晨

第五 节 断 裂断裂 固体材料在力的作用下分成几个部分的 现 象。断裂的危害？（与其它失效方式比 较 ） 彻 底失效一、断裂的 类 型及宏 观 断口特征断裂的分 类 有很多种：1、按照断裂前有无明 显 的塑性 变 形分 为 ： 韧 性断裂 (ductile fracture) 、脆性断裂 (brittlefracture)。2 、按晶体材料断裂 时 裂 纹扩 展的途径分 为 ： 穿晶断裂、沿晶断裂 。1第五 节 断 裂3、按照微 观 断裂机理分 为 ：解理断裂、剪切断裂（ 纯 剪切断裂、微孔聚集型断裂）。4、按作用力的性 质 和断裂面的取向分 为 ， 正断、切断 。断裂 过 程包括 裂 纹 形成 和 裂 纹扩 展 。断裂的表面 断口 ，可提供断裂原因、条件、断裂机理等信息，在失效分析及材料科学研究中很重要。23第五 节 断 裂正断 混合断 切断第五 节 断 裂1 韧 性断裂与脆性断裂韧 性断裂定 义 断裂前及断裂 过 程中 产 生明 显 宏观 塑 变 的断裂 过 程。韧 性断裂特点 断裂 过 程 较 慢，消耗大量的塑性变 形能。断口的特征 纤维 状（众多 细 微裂 纹 不断 扩 展和相互 连 接造成）、暗灰色（ 纤维 状断口 对 光的反射能力很弱） 。4第五 节 断 裂韧 性断裂断口5第五 节 断 裂韧 性断裂断口6第五 节 断 裂典型断口的宏 观 特征 一般包括三个区域： 纤维 区、放射区和剪切唇区。断口特征三要素7第五 节 断 裂脆性断裂定 义 断裂前及断裂 过 程中基本上不 产 生明 显 宏 观 塑 变 的断裂 过 程。脆性断裂特点 没有明 显预 兆，裂 纹的 扩 展速度往往很快，具有很大的危 险性。断口的特征 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。89第五 节 断 裂第五 节 断 裂容易 发 生 韧 性断裂 的材料 塑性 较 好的金属材料和高分子材料。容易 发 生 脆性断裂 的材料 淬火 钢 、灰 铸铁 、陶瓷、玻璃。10第五 节 断 裂2 穿晶断裂与沿晶断裂穿晶断裂与沿晶断裂示意 图11第五 节 断 裂穿晶断裂定 义 断裂 过 程中 裂 纹 穿 过晶粒内部 的断裂 过 程。穿晶断裂特点 可以是 韧 性断裂，也可以是脆性断裂。断口的特征 穿晶断裂的微 观 机理有多种，所以断口的特征也很复 杂 ，除了典型的 韧窝 和 解理花 样 外 还 有多种混合断口如 准解理 ， 疲 劳 断口 等。12第五 节 断 裂沿晶断裂定 义 断裂 过 程中裂 纹 沿晶界 扩展 的断裂 过 程。沿晶断裂特点 绝 大多数 为 脆性断裂。断口的特征 一般呈 结 晶状（冰糖状）。沿晶断裂的原因大致有： 晶界存在 连续 分布的脆性第二相， 微量有害 杂质 元素在晶界上偏聚， 由于 环 境介 质 的作用 损 害了晶界，如 氢 脆、 应 力腐 蚀 、 应 力和高温的复合作用在晶界造成 损伤 。13第五 节 断 裂沿晶断裂14第五 节 断 裂容易 发 生 沿晶断裂 的材料晶界上存在断 续 或 连续 脆性第二相薄 层的合金、高温下晶界 结 合力 较 弱的金属、共价 键 陶瓷等。容易 发 生 穿晶断裂 的材料大部分塑性 较 好的金属材料和离子 键结合的陶瓷材料。15第五 节 断 裂3 剪切断裂与解理断裂剪切断裂与解理断裂是两种不同的 微 观 断裂方式 ，是材料断裂的两种重要机理。剪切断裂：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。可分 为纯 剪切断裂和微孔聚集型断裂。1617第五 节 断 裂断裂断口呈 锋 利的楔形（ 单 晶体材料）纯剪切断口呈刀尖型（多晶体材料的完全韧 性断裂）第五 节 断 裂微孔聚集型断裂 是 韧 性断裂的普遍方式。No断裂 过 程包括微孔的形核（第二相碎裂与基体界面脱离）、 长 大（大量位 错进 入微孔）、聚合（相 邻 微孔 连 接部分内 缩颈 的断裂形成微裂纹 ）直至断裂（微裂 纹 在尖端 应 力集中作用下与主裂 纹连 通）。微孔也可 产 生于晶界，或 孪 晶 带 等 处 ，只是相 对 地 说 微孔萌生 较迟 些。18第五 节 断 裂形核长 大聚合微孔 长 大聚合示意 图19第五 节 断 裂微孔聚集型断裂 断口的特征 宏 观 上常呈暗灰色、 纤维状，微 观 上 则为 大量的 韧窝 。韧窝 大小取决与第二相的大小及 间 距，一般来 说间 距小， 韧窝 也小。 韧窝 的深度取决与材料的塑性好坏，一般来 说 ，塑性好， 韧窝较 深。20第五 节 断 裂典型的 韧窝 微 观 形貌断口 SEM照片2122第五 节 断 裂三种 应 力状 态 下的 韧窝 形 态a)等 轴韧窝 b)拉 长韧窝 c)撕裂 韧窝23第五 节 断 裂a)等 轴韧窝 c)撕裂 韧窝三种 应 力状 态动 画b)拉 长韧窝第五 节 断 裂解理断裂的特点：1 主裂 纹 清晰；2 晶粒内无 变 形；3 裂 纹 多萌生于晶界；24表面能最小 的晶面，且往往是 低指数 的晶面。解理断裂 定 义 在正 应 力的作用下，由于原子 间结 合 键 的破坏引起的沿特定晶面 ？发 生的 脆性穿晶断裂 称 为 解理断裂。第五 节 断 裂解理断裂的微 观 断口 应该 是极平坦的 镜面，但是 实际 的解理断口是由 许 多大致相当于 晶粒大小的解理面集合而成 的。这 种大致以晶粒大小 为单 位的解理面称为 解理刻面 。断口的特征 解理台 阶 、河流花 样 和舌状花 样 。2526第五 节 断 裂成台 阶解理裂 纹 与螺位 错 相交形 二次解理和撕裂形成台阶 (a)次生解理 (b)撕裂第五 节 断 裂当 汇 合台 阶 足 够 高 时 ，便形成 河流花 样河流 ”的流向与裂 纹 的 扩 展方向一致河流花 样 是判断 是否 为 解理断裂 的重要微 观 依据27第五 节 断 裂扭 转 晶界和大角度晶界两 侧 解理面方向各异河流花 样