断口分析.ppt

菲利浦公司生产的TECNAI-20 眼或借助放大镜或用低倍显微镜），可以说明是脆性性裂的，另外还能够找到断裂的起源—平滑板材断口上人字纹的尖头方向指向断裂源，相反的方向为裂纹的扩展方向。 河流花样穿过扭转晶界时将产生河流的激增。扭转界面又称为孪晶界，两侧晶体以晶界为公共界面旋转了一个角度。因此解理裂纹不能简单的穿过晶界，必须重新形核后才能沿新的解理面扩展。 当解理裂纹扩展到大角度晶界（大多数晶界属于大角度晶界）时，由于晶界结构复杂两晶粒之间缺乏连续性，晶粒之间的位向差又很大，这些都使解理裂纹无法连接通过这时裂纹需要重新生核进而扩展，因此有可能在新的晶粒中出现大量的河流，而且河流台阶的高度差很大，这也有可能使原来的河流消失。 下图为Fe-Cr-Al耐热合金（1300℃保温100h，炉冷）的冲击断口，在解理断口上显示出解理断裂穿过扭转晶界时河流花样的变化：裂纹由左向右扩展，中间斜交界线为晶界，由于扭转角度较大，在右边晶粒内产生较大台阶，使得裂纹继续扩展。 河流通过较大角度扭转晶界 舌状花样是在解理面上出现“舌头”状的断裂特征。并不是在所有材料的解理断裂中都能看到舌状花样。体心立方晶体在低温和快速加载时及密排立方金属材料中由于孪生是主要形变形式，断口上经常可见到舌状花样。 2.舌状花样 舌状花样 3.扇形花样 当解理裂纹起源于晶界附近的晶内时，河流花样以扇形的方式向外扩展。根据扇形花样可以判断裂纹源及裂纹局部扩展方向。 A3钢的扇形河流花样 4.鱼骨状花样 在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}[100]和{112}[110]解理所引起的花样。 5.瓦纳（Wallner）线 在非常脆的金属或金属间化合物的断口上，会产生一种叫作瓦纳线的花样。瓦纳线是根据第一位描述玻璃材料断裂图像的作者命名。在这些材料中，不产生塑性变形，而是在弹性范围断裂，开裂方式与晶体结构无关。 瓦纳线是裂纹前沿以缺陷为中心的球形冲击波交互作用形成的图像。图中A表示裂纹源，O为缺陷处。当裂纹前沿线与O点缺陷发生的弹性波相遇时，其交点轨迹就是Wallner线花样。 6.二次裂纹 在解理断口上经常可以看见二次裂纹。 二次裂纹 扇形解理花样 §4.4 解理裂纹的萌生 解理裂纹萌生的理论基础是位错和孪生变形。材料塑性变形受阻时在强烈变形区域产生应力集中，通过萌生微裂纹释放应力。微裂纹逐渐长大，裂纹长度达到格里菲斯临界长度时发生裂纹扩展导致材料断裂。主要有以下几种萌生方式。 1.位错塞积机制 滑移面上的位错运动受到晶界、孪晶界、第二相或夹杂等障碍物阻碍时，位错将在阻碍物前塞积，当若干个塞积位错在障碍物前产生的应力达到材料的理论断裂强度σm时，在滑移面下方最大张应力平面上出现微裂纹。 位错单向塞积形成裂纹 位错反应机制 2.位错反应机制 为了解释体心立方金属α-Fe沿（001）面发生解理断裂的原因，柯垂尔提出了位错反应机制。 体心立方晶体中滑移面是（110），滑移方向是[111]。如果沿两个正交的滑移面（101）和（101）上各有布氏矢量为a/2(111)和a/2(111)的平行位错在交线上相遇，即可形成一个新的位错a(001)其反应式为： 形成的新位错是不运动的。新位错对随后滑来的a/2(111)和a/2(111)两列位错起着阻碍作用造成它们塞积。由于塞积不断增加，产生应力集中导致沿晶体（001）面解理开裂，形成裂纹。 3.其他机制 （1）孪生作用机制：体心立方晶体低温形变时，后生孪晶与先生孪晶相碰撞，产生应力集中出现微裂纹。 （2）位错交叉滑移：滑移带相交形成不完整的位错墙，产生应力集中引起裂纹。 （3）刃型位错合并：几个同号刃型位错，在外力作用下合并引起裂纹成核。 §4.5 解理裂纹的扩展 解理裂纹的扩展用格里菲斯裂口理论进行解释。格里菲斯理论的出发点是材料中存在着显微裂纹，然后从系统能量变化的角度求的材料实际断裂强度的表达式。 固体在外力作用下具有整体弹性应变能，当裂纹扩展变宽时裂纹表面增加，形成新表面要吸收能量。在裂纹扩展过程中弹性能为推动力，表面能为阻力。当裂纹变宽引起的弹性能的减少大于增加裂纹长度需要的表面能时，就出现裂纹失稳扩展。这种扩展所需的条件格里菲斯表达式为： 当外力超过σc时，裂纹就会自动扩展导致断裂。裂纹扩展后上式中C变大σc相应下降，因此材料在一定外载荷下，解理裂纹的扩展一旦开始就迅速的扩展，其扩展速度可以达到声音在材料中的传播速度，导致零件突然断裂。 按