金属断裂机理

金属的断裂综5％5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是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断裂分类及其特 断裂的宏观表面垂直于σmax断裂的宏观表面平行于τmax类裂纹穿过晶粒微孔沿滑移面分离剪切断裂（单晶体通过缩颈导致最终断裂（多晶体、高纯金属微孔聚合断裂机相关概拉伸型伸长韧窝断口形貌特A(15mAcm−2)B(30mAcm−2)以上是对“800C–Mn–Si超强度钢（TRIP800steels”的A、B两种TRIP800steels2-1说明氢含量高使得断口了较多较浅的韧窝韧窝浅因为氢脆效应降低了材了有韧窝出现，还有了二次断裂，并且产生于夹杂物（即氢吸收促进剂）微孔聚合断裂机微孔断裂为剪切断裂的一种形式，微孔断裂是材料韧性断裂的普遍形式，其断口在宏观上常呈现暗灰色、纤维状，微断口特征花样则是端口上分布大量“韧窝，微孔断裂过程包括微孔形核、长大、聚合直至断裂。拉伸的伸长韧窝。产生这种韧窝的加载方式有些和等轴状韧窝类似，但合型的微观机制都归之为韧断，这也是宏观和微观不能完全之处。SPA-H断口形貌分45出，室温条件下，TMC1TMC2为典TMC1的层片状组织的增强体附件韧窝相对较深且较细小，这主要是因为层片组TMC2两种热处理下的TMCs都明显的延性断裂特征，并且温度越高韧窝越深。解理断形貌特形成原通过二次解理或形成。的金属会产生较大的塑性变形结果由于塑性而形成台阶称为棱晶界。42o钢的冲击试样断口的解理断口微观形解理断口形貌特河流花样较大的台阶，到“下游”，较大的台阶又汇更大的台阶。河流的流向恰舌状裂解理近相邻晶粒内某些区域形成一些新裂缝它们在过程中汇集成河流状花样并断口上存在由于几个地方的小裂纹分别扩展相遇发生塑性而形成的岭。准解理断裂面不是一个严格准确的解理面，有人认为准解理断裂是解理和微孔沿晶断概金属材料中的裂纹沿晶界扩展而产生断裂。当沿晶断裂断口形貌呈粒状时又称晶间颗粒断裂。多数情况下沿晶断裂属于脆性断裂，但也可能出现韧性断裂，如高温蠕变断裂。在多晶体变形中，晶界起协调相邻晶粒变形的作用。但当晶界收到损伤，其变形能力被削弱，不足以协调相邻晶粒的变形时，便形成境界开裂。裂纹扩展总是沿阻力最小的路径发展，遂表现为沿晶断裂。形成原产生沿晶断裂一般有如下原因：(1)晶界上存在有脆性沉淀相；(2杂质和合金元素在晶界偏析，致使晶界弱化；(3)热应力作用；（4）环境引起的沿晶蚀用；（5）晶界有弥散相析出。晶界上有脆性沉淀如果脆性相在晶界面上覆盖得不连续，例如AIN粒子在钢的晶界面上的分布，将产生微孔聚合型沿晶断裂；如果晶界上的脆性沉淀相是连续分布的，例如奥氏体Ni—Cr钢中形成的连续碳化物网状，则将产生脆性薄层型断裂。晶界有使其弱化的夹杂如钢中晶界上存在P、S、As、Sb、Sn等元素。有害元素沿晶界富集，降低了晶界处表面能，使脆性转变温度向高温推移，明显提高了材料对温度和加载速率的敏感性，在低温或动载条件下发生沿晶脆断。热应力作材料在热加工过程中，因加热温度过高，造成晶界熔化，严重减弱了晶界结合力和晶界处的强度，在受载时，产生早期的低应力沿晶断裂。环境作环境因素与晶界相互作用造成的晶界弱化或脆化，例如高温蠕变条件下的晶界弱化，应力腐蚀条件下晶界易于优先腐蚀等，均促使沿晶断裂产生。A7075-(a)A7050-(b)晶界上有弥散相析如奥氏体高锰钢固溶处理后，再加热时沿晶界析出非常细小的碳化物，从而改变了晶界层材料的性质，这也属于晶界受损伤的情况，虽尚有一定的塑性变形能力，但一经变形后，沿晶界形成微孔型开裂。断裂过沿晶断裂的过程包括裂纹的形成与扩展。晶界受损的材料受力变形时，晶内的运动位错受阻于晶界，在晶界处造成应力集中，当集中应力达到境界强度时，变将晶界挤裂。这个集中应力与位错塞积群中的位错数目和滑移带长度有关，因此沿晶断裂强度与晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。断口宏观形沿晶脆性断裂断口宏观形貌一般有两类：(1)晶粒特别粗大时形成石块或冰糖状断口；(2)晶粒较细时形成结晶状断口。沿晶断裂的结晶状断口比解理断裂的结晶状断口反光能力稍差，颜色黯淡。预防方预防沿晶断裂的方法：将金属进行提纯、净化晶界、防止杂质原子在晶界偏聚或脱溶(见固溶处理)、防止第二相在晶界上析出、改善环境因素等，均可减少金属发生沿晶脆性断裂的倾向。金属疲劳性断疲劳原理X-射线的实验观察，可以发现在试样表面金属的疲劳断裂金属疲劳破坏的常在于它的表面或它的缺陷处例如表面刀痕于金属表面的疲劳破坏比源于金属缺陷的可能性大。因此，除疲劳裂纹的形滑移带开夹杂物和基体晶面开晶界开

疲劳裂纹的扩I45°II第II阶段：宏观裂纹扩展。在这一阶段中，裂纹将向垂直于拉应力的方向I第III阶段：瞬时断裂。随着裂纹的不断扩展，残留的截面积不断缩小，应金属疲劳断裂宏观断1.2.低应力下的反复弯曲；3.高应力下的旋转弯曲；4.低应力下的防止金属脆性断裂失效的途材料的设计与制温度是引起构件脆断的重要因一设计者必须考虑使构件的工作温度高于材料的脆性转变温度（Tc）Tc应更换材料，选择韧性更高，Tc调整化学成P量。要对脆断事故进行分析，首先应该要看是否含量，不时也要考虑合金配比是否合适，因为成分落在牌号规范内，但配比不合适（Mn/C），其因镍量增加而降低，淬火后低温回火的镍钢含4.5%镍，高温回火的钢含2.5％镍1.5％以下细化晶，细化晶粒是控制材料韧性．避免脆断的重要。粗晶粒的钢脆性转变温40℃Hall-Petch晶粒数目越多，在同样变形量下，变形分散在的晶粒内进行，晶粒和晶折越多，越不利于裂纹的。从而在断裂过程中可吸收的能量较在铝合金中加入钛、锆、钒等或在合金钢中加入碳化物形成元素（Ti、V，断裂实例分分析过

左图为一种用于高分子材料的拉模图3是拉模板（图1的背面的，可以发现断裂是由螺丝孔和加热孔之间的窄带图 图图5,6使用显微镜（65倍）对其他加热孔和螺丝孔的观察，得到其低倍横断面抛开。图7标注出了窄带的位析8是低倍SEM原始的裂纹轮

10SEMV图 图1112图13中的新开的断口，明这是个韧性断裂，材料并没脆

60.002ASTME3-0114光镜下窄带的，该窄带最窄处只V635μm

孔V型凹口处的表面（还有一些小裂

18，显示出了黑色的