仿真笔记——材料的断裂解析

1. 材料完全破断为两个部分以上的现象，叫断裂。断裂是材料的三大失效形式之一。（三大失效形式：断裂、腐蚀、磨损）

2. 断裂的过程：裂纹的萌生—>裂纹的扩展—>断裂

   

   

断裂的分类

 

按照不同的分类方法，将断裂分为以下几种：

 

1.按塑性变形程度：韧性断裂、脆性断裂。

2.按断裂机理分类：纯剪切断裂、微孔聚集型、解理断裂。

3.按裂纹扩展途径：穿晶断裂、沿晶断裂。

4.按断裂面取向分类：正断、切断。

   

   

脆性断裂与韧性断裂

脆性断裂：材料断裂前基本不产生明显宏观塑性变形，无明显预兆，表现为突然发生的快速断裂，故具有很大危险性。

特点：断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。 

矩形截面板状试样脆性断口可见“人字纹花样”，其尖顶指向裂纹源。

一般来说光滑拉伸试样断面收缩率 <5%为脆断；> 5%为韧断。

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）断口呈纤维状，灰暗色。 

3）典型宏观断口特征呈杯锥状。

   

   

穿晶断裂与沿晶断裂

   

   

纯剪切与微孔聚集型断裂、解理断裂

剪切断裂：金属材料在切应力作用下，沿滑移面滑移分离而造成的断裂。分为纯剪切断裂和微孔聚集型断裂。

纯剪切断裂：(滑断)完全由滑移流变造成断裂，某些纯金属尤其是单晶体金属可产生。

微孔聚集型断裂：通过微孔形核、长大聚合而导致材料分离，是韧性断裂的普遍方式。

断裂特点：断裂前产生明显宏观变形；过程缓慢。

宏观断口：常呈现暗灰色、纤维状。

微观断口特征：则是断口上分布大量“韧窝”。韧窝形貌取决于应力状态。分为等轴韧窝、撕裂韧窝、拉长韧窝。

解理断裂：裂纹沿解理面形核、扩展而导致的脆性断裂。解理断裂常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和应力集中常促使解理断裂的发生。

解理面：一般是低指数或表面能最低的晶面。

宏观断口：平齐光亮，常呈放射状或结晶状；

微观断口特征：解理台阶、河流花样、舌状花样。微观断口由许多大致相当于晶粒大小的解理面集 合而成的。

解理台阶是因为裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面。

河流花样则是当台阶高度足够大形成。

舌状花样解理裂纹沿孪晶界扩展留下的舌状凹坑或凸台。

   

   

穿晶断裂与沿晶断裂

穿晶断裂：裂纹穿过晶内，可韧性断裂、也可脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多为脆断。当晶粒粗大时呈冰糖状；当晶粒细小时，断口呈细小颗粒状，断口颜色较纤维状断口明亮，其产生原因晶界上有脆性第二相薄膜或杂质元素偏聚。

沿晶断裂

   

   

典型断口照片

材料：35CrMn

工艺情况：铸造状态，低温冲击试验

组织说明：低温冲击端口，典型的河流花样，河流的流向为裂纹扩展方向，属解理断裂，低温有利于解理断裂。

试样：42CrMo

热处理工艺：调质处理

断口：冲击试验断口

说明：理解断口微观形貌

SEM：JSM2 5600LV

材料：Q195

工艺情况：正火

组织说明：拉伸断口，图中呈方向性的条纹为蛇形滑移，此为韧性断裂的一种特征。当材料沿滑移面发生时行程这种花样，通常在铁素体的大晶粒中易观察到。