1 金属的断裂综述
断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。
根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。
多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。
按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。
通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。
剪切断裂是金属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，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。
根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成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下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。
按受力状态、环境介质不同，又可将断裂分为静载断裂(如拉伸断裂、扭转断裂、剪切断裂等)、冲击断裂、疲劳断裂；根据环境不同又分为低温冷脆断裂、高温蠕变断裂、应力腐蚀和氢脆断裂；而磨损和接触疲劳则为一种不完全断裂。
常用的断裂分类方法及其特征见下。
断裂分类及其特征
2 微孔聚合断裂机制
2.1相关概念
定义：微孔聚合型断裂过程是在外力作用下，在夹杂物、第二相粒子与基体的界面处，或在晶界、孪晶带、相界、大量位错塞积处形成微裂纹，因相邻微裂纹的聚合产生可见微孔洞，以后孔洞长大、增殖，最后连接形成断裂。
微孔萌生的时间：若材料中第二相与基体结合强度低，在颈缩之前；反之，在颈缩之后。
微孔萌生成为控制马氏体时效钢断裂过程的主要环节
微孔聚合型断裂形成的韧窝有三种：
1）拉伸型等轴状韧窝；
2）剪切型伸长韧窝；
3）拉伸撕裂型伸长韧窝。
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，如第二相较少、分布均匀且基体塑性变形能力又强，那么韧窝大而深；若基体的加工硬化能力很强，韧窝大而浅。
2.2 断口形貌特征
A种(15 mA cm2)变体钢断裂面的形貌---兼有微孔聚合断裂和解理断裂
B (30 mA cm2)种变体钢断裂面形貌---兼有韧窝和二次裂纹
以上图片是对“800 C–Mn–Si超强度钢（TRIP 800 steels）”的A、B两种变体钢试样进行拉伸试验的断口形貌，括号中标注的是实验具体使用的电流密度值。
本实验研究氢含量对TRIP 800 steels性质和断口形貌的影响，上面图2-1说明氢含量高使得断口表现出了较多较浅的韧窝，韧窝浅因为氢脆效应降低了材料的塑性变形能力。另外，图2-2是在加入了氢吸收促进剂之后的断裂形貌，除了有韧窝出现，还有了二次断裂，并且产生于夹杂物（即氢吸收促进剂）旁边。
2.3 微孔聚合断裂机制
微孔聚集断裂为剪切断裂的一种形式，微孔聚集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”，微孔聚集断裂过程包括微孔形核、长大、聚合直至断裂。
微孔聚合断裂过程
由于应力状态或加载方式的不同，微孔聚合型断裂所形成的韧窝可有三种类
型：(1)拉伸型的等轴状韧窝。裂纹扩展方向垂直于最大主应力σ
max ，σ
max
是均
匀分布于断裂平面上，拉伸时呈颈缩的试样中心部分就显示这种韧窝状。(2)剪切型的伸长韧窝。在拉伸试样的边缘，两侧均由剪应力切断，显示这种韧窝形状，韧窝很大如卵形，其上下断面所显示的韧窝，其方向是相反的。(3)拉伸撕裂的伸长韧窝。产生这种韧窝的加载方式有些和等轴状韧窝类似，但是等轴状韧窝可以认为是在试样中心加拉伸载荷的，而拉伸型韧窝是在试样边缘加载的，因而σ
max
不是沿截面均匀分布的，在边缘部分应力很大，裂纹是由表面逐渐向内部延伸的，好像我们把粘着的两张纸，从一端把它们逐渐撕开一样故称拉伸撕裂型。表面有缺口的试样或者裂纹试样，其断口常显示这种类型。这种类型的韧窝，韧窝小而浅，裂纹扩展快，故在宏观上常为脆断，所以不要把微孔聚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统一之处。
SPA-H集装箱板断口形貌700×
上图为拉伸断口形貌，断裂全部为韧性断裂，断口呈韧窝状，夹杂物少。2.4 断口形貌分析
图4与图5分别给出了复合材料室温和高温拉伸后试样的断口形貌。可以看出，室温条件下，TMC1 为韧性断裂，其断口有许多较浅的韧窝，而TMC2 为典型脆性断裂，其断口存在河流花样以及脆性解离面。与等轴组织较浅的韧窝相比，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
层片组织对源自增强体断裂的裂纹具有很好的阻碍作用。同样，从断口来看，层片组织的TMC2 较等轴组织的延性要略好，这些结果与力学性能是一致的。高
温条件下，两种热处理下的TMCs 都表现出明显的延性断裂特征，并且温度越
高韧窝越深。而由于层片组织不利于协调变形，因而塑性韧窝不易聚集长大，故表现出的相对细小的韧窝。
不同组织的复合材料室温拉伸的扫描电镜断口形貌
不同组织的复合材料高温拉伸的扫描电镜断口形貌
3 解理断裂
3.1 形貌特征
解理断裂的端口形貌是河流状花样。解理台阶、河流花样以及舌状花样都是解理断裂的基本微观特征。
3.2 形成原理
解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，断裂面沿一定的晶面发生的，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。
第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台，故在匹配断口上“舌头”为黑白对应的。
42CrMo钢的冲击试样断口的解理断口微观形貌
3.3解理断口形貌特征
3.3.1 河流花样（riverpattern）
解理断口电子图像的主要特征是“河流花样”，河流花样中的每条支流都对应着一个不同高度的相互平行的解理面之间的台阶。解理裂纹扩展过程中，众多的台阶相互汇合，便形成了河流花样。在河流的“上游”，许多较小的台阶汇合成较大的台阶，到“下游”，较大的台阶又汇合成更大的台阶。河流的流向恰好与裂纹扩展方向一致。所以人们可以根据河流花样的流向，判断解理裂纹在微观区域内的扩展方向。
3.3.2 舌状裂面
解理裂纹与孪晶(见孪生)相遇时可沿孪晶面形成局部裂纹，它发展到一定程度后与解理面上的裂纹相连通，形成像躺在解理面上的舌状裂面。这种裂面在低温高速加载的条件下最易发生。
3.3.3 解理扇
台阶状解理裂纹不能直接通过晶界扩展到相邻晶粒中去，只能在晶界附近相邻晶粒内某些区域形成一些新裂缝，它们在传播过程中汇集成河流状花样并形成扇面形向四周扩展。“河流”上游即解理扇，扇柄处是裂纹源，扇面下游即裂纹扩展方向。
3.4 准解理
准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。准解理与解理的共同点：都是穿晶断裂；有小解理面；有台阶或撕裂棱及河流状花样。不同点：准解理小刻面不是晶体学解理面；真正解理裂纹常源于晶界，而准解理裂纹则常源于晶内硬质点，形成从晶内某点发源的放射状河流花样。
它是另一种型式称准解理断裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是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撕裂而形成的撕裂岭。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聚合的混合机制，它常见于淬火回火钢中。
4沿晶断裂
4.1概念
沿晶断裂是指裂纹在晶界上形成并沿晶界扩展的断裂形式。
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。
钼的沿晶断裂
4.2形成原因
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。
4.2.1晶界上有脆性沉淀相
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
分裂型断裂。
4.2.2晶界有使其弱化的夹杂物
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。
Ni原本是穿经断裂，加入S元素后就变为沿晶断裂
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。
由于淬火工艺不当，产生淬火裂纹，使弹簧在使用时发生断裂。断口经扫描电镜观察，裂源区为具有沿晶断裂特征的淬火裂纹。弹簧在工作时，淬火裂纹的尖端成为应力集中区，疲劳裂纹起始于淬火裂纹的尖端。图中具有冰糖状特征区为淬火裂纹区，其余区域为疲劳区。
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) 和A7050-(b) 的穿晶断裂
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。
4.3断裂过程
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。
4.4断口宏观形貌
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。
4.5 预防方法
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。
5金属疲劳性断裂
5.1 疲劳原理：
金属疲劳过程的应力状态和应变状态决定了金属材料的组织和性能的变化规律。在静载单向拉升的变形条件下，金属在宏观上呈现均匀变形，滑移线沿金属试样表面均匀分布，只有在较大变形量时，变形才集中于试样某一局部区域。在交变荷载作用下，当应力超过该材料的疲劳极限（小于屈服点）时，应力循环达到一定次数后，通过金相显微镜和X-射线的实验观察，可以发现在试样表面上应力水平较高的区域或较软的部位，产生了集中滑移，形成了式样的不均匀塑性形变。这种不均匀的塑性变形形成了通常所说的表面挤出峰和挤入槽。挤出峰和挤入槽是金属弱化部位滑移层见无规则滑移构成的滑移带。挤入槽构成了试样
的表面裂纹。所以挤出峰和挤入槽是金属疲劳过程导致损伤的滑移条纹，而且也是疲劳过程中组织结构变化的典型特征。
5.1金属的疲劳断裂：
金属的疲劳断裂过程可以分为疲劳裂纹的形成、疲劳裂纹的扩展和瞬时断裂三个阶段。
金属疲劳破坏的起源常在于它的自由表面或它内部的缺陷处，例如表面刀痕或夹杂物等，这种区域的应力较高，常引起不均匀的塑性变形，进而形成微裂纹，这就是疲劳破坏的第一个阶段。接着，在循环应力的作用下，微裂纹缓慢断续地扩展，这是疲劳破坏的第二个阶段。最后，当裂纹扩展到一定程度时，留下的连续截面已不胜所加的载荷，就出现突发性断裂。
起源于金属自由表面的疲劳破坏比源于金属内部缺陷的可能性大。因此，除了合理的设计能减少表面应力集中点，也能有效防止或延迟裂纹的产生和扩展。
5.2疲劳裂纹的形成
疲劳裂纹最容易在应力最高、强度最弱的部位，以及存在应力集中的地方形成。例如键槽、刀痕、变断面处和油孔等。
形成疲劳裂纹的方式有：滑移带开裂、夹杂物和基体界面开裂和孪晶、晶界开裂。
5.2.1 滑移带开裂
在交变载荷作用下，金属表面将产生滑移线，随着循环次数增加，滑移线逐渐变粗而形成滑移带的独特结构与静载荷条件下的不同，它的分布极不均匀，随着塑性应变的增大，滑移带数目不是在所有的晶面上平均增加，只是其中个别滑移带逐渐变宽而成为粗大的滑移带，在金相显微镜下，可以明显看到这些滑移带。
由滑移引起的疲劳裂纹，可以认为是驻留滑移带上的挤入和挤出现象的结果。在交变荷载的继续作用下，挤入部分向滑移带纵深扩展，从而形成最初的疲劳裂纹，然后裂纹沿滑移带方向扩展，并穿过晶粒，直至转化成宏观裂纹。
由滑移引起的疲劳断裂——挤入、挤出示意图
机械工程使用的金属材料中，都存在非金属杂物。另一方面，为了提高材料强度的目的，又常引入第二相。这样的非金属夹杂物或第二相，将与基体形成界面。在交变应力作用下，夹杂物和第二相微粒在界面处与基体分离。此外，夹杂物和第二相质点本身在交错应力下也可能发生断裂。这两种情况都能导致疲劳断裂。
夹杂物与基体界面开裂过程示意图
夹杂物造成断裂实物图
多晶金属的晶界常数是疲劳裂纹成核的区域。在低应力循环荷载下，裂纹很容易在晶界上形成。当滑移带到达晶界时受阻，在交变荷载继续作用下，滑移带在晶界上引起的应变将不断增加，从而在晶界前造成位错塞积。当这种位错塞积形成的应力增大到断裂强度时，晶界即开裂而形成微裂纹。金属的晶粒越粗，晶界上的应变量越大，位错塞积也大，应力集中增高，易于形成裂纹。
晶界开裂机理示意图
5.3疲劳裂纹的扩展
纹萌生时开始，经过一定条件下的不断扩展，直到发生瞬时断裂为止的整个过程，一共可以分成微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展和瞬时断裂三个阶段。
第I阶段：微观裂纹扩展。疲劳裂纹形成后，能沿着与拉应力成45°角的最大切应力方向扩展。不过这一阶段的扩展速度很低，深度很浅，只有当裂纹扩展到一定程度后，才转入第II阶段。
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扩展，它的扩展速度和深度都大于第I阶段。
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，应力则不断增大。当应力超过材料的静强度指标，即强度极限时，最终发生瞬时断裂。疲劳断裂的宏观断口具有脆性特性，无明显的塑性变形。
疲劳扩展过程示意图
5.4 金属疲劳断裂宏观断口
疲劳断裂宏观疲劳断口可以分为三个区，即源区、扩展区与瞬时断裂区。源区一般位于试样表面，尤其是存在应力集中的部位，一般比较光亮。疲劳扩展区紧靠源区，也很光亮、平滑，而且可看到呈贝纹线或海滩花样，即存在一些类似同心圆的弧线包围源区，它是应力发生突变和材料组织变化使裂纹改变方向时留下的裂纹前沿线痕迹。最后是瞬时断裂区，它是由于疲劳裂纹扩展至临界长度后，剩余截面上的真实应力超过材料抗拉强度而发生的静载断裂，它的断口特征和存在严重应力集中的低应力脆性断口相似，多出现放射花样。
疲劳断口示意图
疲劳破坏过程和断口形状，与零件的工作载荷类型、应力大小和应力集中条件等有很大关系。
不同工作载荷对断口的影响
1.高应力下的反复弯曲；
2.低应力下的反复弯曲；
3.高应力下的旋转弯曲；
4.低应力下的旋转弯曲；
5.高应力和低应力集中系数下的旋转弯曲；
6.低应力和低应力集中系数下的旋转弯曲；
7.高应力和高应力集中系数下的旋转弯曲；
8.抵应力下的位—压
6 防止金属脆性断裂失效的途径
6.1材料的设计与制造
防止脆性断裂应控制下列因素来进行合理结构设计，即材料的断裂韧性水平、构件的工作温度和应力状态、载荷类型及环境因素等。
温度是引起构件脆断的重要因素之一，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）。若所设计的构件工作温度低于Tc时，则必须降低设计应力水平，使应力低于不会发生裂纹的扩展。若其设计应力不能降低，则应更换材料，选择韧性更高，Tc更低的材料。在选择材料时，应保证材料具有
良好的强韧性，良好的工艺性能。
从减少构件脆性断裂上，在进行构件设计时，应使缺陷所产生的应力集中减少到最低限度，如减少尖角及结构尺寸的不连续性，合理布置焊缝的位置。冶金生产方面要减少钢中的夹杂物、气孔及钢材的表面缺陷。结构加工后不应存在缺口、凹槽、过深的刀痕等缺陷。焊接时要防止裂纹、焊瘤、未焊透等缺陷，减小和消除钢结构中的残余应力，尤其在条件允许的情况下焊接结构应尽量消除焊接残余应力，这对于防止低温脆断具有非常重要的意义。
6.2 调整化学成分
钢的化学成分中的有益元素含量在合金设计中应给以重视，而C、N、H、O、P等有害夹杂含量增加均会提高脆性转变温度，降低冲击韧性，所以应减少其含量。要对脆断事故进行分析，首先应该要看是否含量超标，不超标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（如Mn/C比），其工艺性能或使用性能上达不到要求并引起失效的事例是很多的，如在设计钢的成分时应尽可能地控制一些对钢的回火脆性影响较大元素的配比，使钢的回火脆性不致过大，以及向回火脆性敏感性较大的钢中添加钼和钨，对回火脆性敏感性较大的铬镍钢，铬锰钢、硅锰钢、铬钒钢等加钼便是如此。
镍被认为是降低钢的脆性转变温度作用最大的元素。低碳钢的脆性转变温度因镍量增加而降低，淬火后低温回火的镍钢含4.5%镍，高温回火的钢含2.5％镍时，脆性转变温度可降到最低。在合金结构钢中，铜的作用与镍相似。
锰对钢的脆性转变温度的影响因含量不同而异。低碳钢含锰在1.5％以下
时可使脆性转变温度降低，所以，降碳增锰可以减少钢中的碳化物、细化晶粒，有利于低碳钢获得较高的低温冲击韧性，但含锰高时又使钢的脆性转变温度提高。
此外，钢中偏析、夹杂物。白点、微裂纹等缺陷越多，韧性越低。
综上所述，碳、氮、磷。硅等元素增大钢的冷脆性倾向，镍、少量锰、铜等元素有利于钢获得较高的低温冲击韧性。由于合金元素对钢的冷脆性的影响很
复杂，加之还要受其他方面因素的影响，还需具体分折。总之，调整合金元素，
降低杂质含量，提高钢的纯净度是降低材料脆断的有效途径。
6.3 细化晶粒
细化晶粒是控制材料韧性．避免脆断的重要手段。粗晶粒的钢脆性转变温度较细晶粒的为高，如粗晶粒的中碳钢的脆性转变温度，可较细晶粒的钢高40℃。
细晶粒强化符合Hall-Petch关系，当晶粒越细，晶界面积就越大，晶界对位错
运动的阻碍也越大，从而使强度升高。此外，晶粒越细，在一定体积内的晶粒数
目越多，在同样变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近
的应变度相差较小，变形较均匀，相对来说引起应力集中减小，使材料在断裂之
前能承受较大的变形量，因而有较好的塑性；又因为晶粒越细，晶界的曲折越多，
越不利于裂纹的传播。从而在断裂过程中可吸收更多的能量，表现出较高的韧性；
当晶粒细小时，晶界面积增加。又使晶界杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。
在铸造生产中可通过加大过冷度，在铸铁中加入硅铁或硅钙合金，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等)，阻止加热时对
晶粒长大，从而细化晶粒提高韧性。
7 断裂实例分析
左图为一种用于制备高分子材料的拉模板，
它是由一种新型合金制成，但其在实验使用过
程中，仅加热了30分钟，便发生了断裂；用其
他样品测试也发生了类似情况。这是其中的一
个样品，对其进行分析，以确定开裂的原因。
化学分析鉴定为模切板材料是金属粉末冶金制
得的马氏体不锈钢工具钢，其结构的设计是为
实现良好的耐磨性。
分析过程
图1是拉模板的俯视图，从图中可以看出，
这个裂口起始在外边缘，之后向内延伸，
接触到了挤孔的，并沿着其圆周面发生了
一定的偏折。
图1
图2是拉模板的侧面度，显示了断裂的宽度，这一宽度说明了这部分有着很大的残余应力
图2
图3是拉模板入口处（图1的背面）的照片，
可以发现断裂是由螺丝孔和加热孔之间的窄带
出开始的。
图3
图4是局部放大图，可看到，螺丝孔与加热
孔之间的距离很小。
图4
图5 图6
图5,6使用立体显微镜（65倍）对其他加热孔和螺丝孔的观察，得到其低倍的
放大图像，发现全部的窄带部分都出现了不同程度的裂缝
因为断口的表面已经被严重氧化，
为了方便下一步的分析，特地将其从
横断面抛开。图7标注出了窄带的位
置
图7
刚剖开的断口处尚未被氧化，可以
很好地展现出断裂的表面情况。清洁
试样后，用SEM对其进行观察和分析
图8是低倍SEM像，原始的裂纹轮廓被标记了出来。断裂面是由于实验室中为剖开试
样，而应力过载造成的
图8
通过使用背散射电子（BSE）来增加SEM的放大倍数，从而得到了图9，显示了原
始裂纹表面已被氧化
图9
图10是继续增大SEM的放大倍数所得到的图像，可以看到原始断裂面的边界处有渗氮层。对其进行形貌分析，得出结论，裂纹是由右上方的V型角开始，这个角由于不完整的螺纹牙底（应力集中最高处）
图10
图11 图12
图11是高放大倍数的渗氮层的剖面图。表面应经氮气被氧化了，这正是断口的
真正特征。图12渗氮层的内侧也已经被氮气高度氧化了
图13实验室中的新开的断口，可以看到，这一端口上没有渗氮层，只有一个韧
窝的结构，没有被氧化，说明这是个韧性断裂，内部材料并没脆化
图13
对图6中观察得到细微的裂纹进
行横切面的金相分析。首先，要对这
一内侧的表面进行抛光处理，去除大
约0.002英尺的厚度，使其达到ASTM
E3-01的金相分析标准。图14是低倍
光镜下窄带的照片，该窄带最窄处只
有721.9μm。还可以观察到多出裂纹。
图14 对裂纹处进一步放大可看到氧化了的线形裂纹，该裂纹是在V型螺纹的边缘处，其中白色颗粒是碳化物，可以看出碳化物分密度很高。（图15）
图15
试样的表面被磨平抛光大于635
μm的厚度，之后再对其微观结构进
行检测。图16是0.025英寸下的横断
面光镜图像，可以很明显观察到一层
渗氮层。
图16
提高光镜放大倍数，显示出螺丝孔V型凹
口处的表面（还有一些小裂纹）
图17
对同一位置，在腐蚀去表层之后，得到了
图18，显示出了黑色的氮化物扩散区域。另外，白色的球状颗粒是碳化物。
图18
图19是高倍放大后的氮化物层。白色的球状颗粒是碳化物。沿着晶界的狭长白色网状结构是氮化铁和碳氮化合物，这是一层很脆的结构组织。
图19
对螺丝孔的纵向横截面进行金相分析，图20在螺纹上也有明显渗氮层
图20
图21的高倍放大图像揭示了渗氮层内部氮化物与碳化物相互交织的网络
图21
图22，,23的许多裂纹显示了这一结构的脆性。
图24
对表层下微裂纹进行显微努氏硬度测试，测试中对其施加500g的载荷，并将所得结果转换为洛氏硬度HRC。得到的结果是：渗氮层的硬度极高，达到了81-84HRC，这也说明了，这一部分具有极大的脆性。而拉模板核心部分的硬度仅为44HRC。
核心材料硬度较低，加之氮化的影响，这些极大地降低了材料的耐磨性能。
分析结果
结果表明脆性渗氮层盖，螺丝孔和加热器入口之间的狭窄窄带的横截面面积太小，而导致破坏模具板。断裂由螺丝孔开始，快速地传播到加热器孔，之后快速地超越该孔，而传播到毗邻的过薄的窄带。加热器的加热引起了热应力这造成了非常硬而脆的渗氮层的开裂该合金由于具有一个很高的碳含量，所以其耐磨性极佳。而且其中掺杂了钒的碳化物（耐磨常用工具钢的碳化物），因为防止了氮化，所以具有了优异的性能。元件若发生氮化，则其耐腐蚀性降低和基体的硬度会有所降低。
建议改进措施
1.为防止拉模板被氮化，因该在其退火之后立即在700°F下两倍回火；
2.加大螺丝孔和加热器孔的距离，从而增大二者的厚度；
3.在起始阶段，应缓慢加热，这样可以降低热应力。
名词解释 延性断裂：金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。 蠕变：金属长时间在恒应力，恒温作用下，慢慢产生塑性变形的现象。 准解理断裂：断口形态与解理断口相似，但具有较大塑性变形（变形量大于解理断裂、小于延性断裂）是一种脆性穿晶断口 沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。 解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。 应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断 疲劳辉纹：显微观察疲劳断口时，断口上细小的，相互平行的具有规则间距的，与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。 正断：断面取向与最大正应力相垂直（解理断裂、平面应变条件下的断裂） 韧性：材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小，是材料强度和塑性的综合反映。 冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。 位向腐蚀坑技术：利用材料腐蚀后的几何形状与晶面指数之间的关系研究晶体取向，分析断 裂机理或断裂过程。 河流花样：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。其形状类似地图上的河 流。 断口萃取复型：利用AC 纸将断口上夹杂物或第二相质点萃取下来做电子衍射分析确定这些 质点的晶体结构。 氢脆：金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断。 卵形韧窝：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。 等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。 均匀分布于断口表面，显微洞孔沿空间三 维方向均匀长大。 第一章 断裂的分类及特点 1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。 脆性断裂裂纹源：材料表面、部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与正应力相垂直 ，人字纹或放射花纹。延性断裂裂纹源：孔穴的形成和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成45o . 2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。 穿晶断裂：裂纹穿过晶粒部、可能为脆性断裂也可 能是延性断裂； 沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多属脆断。应力腐蚀断口，氢脆断口。 3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理（及准解理）、沿晶和疲劳断裂 4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分：正断、切断 正断：断面取向与最大正应力相垂直（解理断裂、平面应变条件下的断裂） 切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45o交角（平面应力条件下的撕裂） 根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为三类裂纹变形： 裂纹开型、边缘滑开型（正向滑开型）、侧向滑开型（撒开型） 裂纹尺寸与断裂强度的关系 Kic ：材料的断裂韧性，反映材料抗脆性断裂的物理常量（不同于应力强度因子，与K 准则 相似） a Y K c c πσ?=1
1、什么是延迟裂纹 延迟裂纹是冷裂纹的一种，是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。延迟裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的。延迟裂纹主要发生在低合金高强钢中，主要与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储备有关，是三个因素中的某一因素与相互作用的结果。焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。 所谓“有延迟裂纹倾向的材料”，就是焊后容易出现焊接冷裂纹的材料，也即是可以焊接的低合金高强度钢。用低合金换取高强度，当然好;但随着合金元素增加，强度的升高，也带来了延迟裂纹倾向问题，增加了焊接难度，拖延了无损检测时间。所谓“增加了焊接难度”，用老的焊接术语说，这些材料的可焊性较差或差;用今天的术语来说，这些材料属于焊接难度较难或难的等级。 2、延迟裂纹的产生机理 对于确定成分的母材和焊缝金属，塑性储备一定，产生延迟裂纹的孕育期长短，取决于焊缝金属中的扩散氢及接头所处的应力状态。同理相应于某一应力状态，焊缝含氢量高，裂纹孕育期短，裂纹倾向大。当应力状态恶劣，即使含氢量低，在很短孕育期内会产生裂纹。但是决定延迟裂纹产生与否，存在一个临界含氢量与临界应力值。若氢低于临界含氢量，拉应力低于强度极限，则孕育期将无限长，实际上不产生延迟裂纹。 现代的延迟裂纹理论认为，焊缝金属中的含氢量、接头承受的应力水平以及接头金属的塑性储备，三者对延迟裂纹产生的作用是相互联系的。焊缝高含氢量在低应力下就会诱发出裂纹，而低含氢量需要高应力下才达到诱发裂纹状态。含氢量及应力都低时，在长时间才能达到裂纹产生条件。材料的塑性储备起到调节作用，当材料的变形能力高，缺口敏感性低时，只有在更高应力更多含氢量下才能产生延迟裂纹。 在焊接接头中，由于焊缝一般含碳量低，缺口敏感性小，而近缝区由于晶粒粗大，过饱和空位浓度高，应力集中程度高等不利条件，使近缝区易于产生延迟裂纹。 3、怎样判断哪些材料是“有延迟裂纹倾向的材料”？ 目前流行的，有两种方法: 1)合金元素的碳当量法
材料疲劳裂纹扩展研究综述 摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。 关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展 1 前言 19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。 经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模
型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。 2 疲劳裂纹扩展研究现存问题 如今，人们在分析材料裂纹扩展问题时最常用到的是“塑性钝化模型”和裂纹尖端因“反向塑性区”等原因导致的“裂纹闭合效应”理论。而它们是否正确，却一直在人们的验证和争论之中。 根据现有的研究结果，有学者提出，若按照“塑性钝化模型”理论，强度高的材料应具有较低的裂纹扩展速率，但实验结果却不能证实这一预测。另外，该“模型”认为的“裂纹尖端的钝化是在拉应力达到最大值时完成的”这一观点在理论上不妥，也与实测结果不符。观察结果表明，裂纹尖端钝化是一个渐进的过程，钝化半径与外载荷大小成正比。 而疲劳裂纹在扩展过程中的“裂纹闭合效应”在什么情况下存在，能否对材料的裂纹扩展速率产生重要影响，考虑“裂纹闭合”的实验室数据能否用于工程中等问题也一直在人们的争论之中。由于“裂纹闭合效应”理论推出的结论是:“对载荷比的依赖性不是材料的内在行为，而是源于裂纹表面提前闭合后应力强度因子幅(△K) 的变化”，所以早在1984年S.Suresh等人就指出[1]，“裂纹闭合”不是一个力学参数，它受构件形状、载荷、环境和裂纹长度等因素的影响。因此，除非在实际使用过程中测量构件的裂纹闭合情况，否则在实验室里做出来的试验结果不能用来预测构件中的裂纹扩展速率。1970年，Ritchie研究钢中裂纹扩展的近门槛值时发现:在真空环境下，应力比R对门槛值几乎没有影响，首度质疑了裂纹闭合的存在性和所起的作用。在前人研究的基础上，美国海军实验室的
金属的断裂条件及断口 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。
机器零件断裂后不仅完全丧失服役能力，而且还可能造成不应有的经济损失及伤亡事故。断裂是机器零件最危险的失效形式。按断裂前是否产生塑性变形和裂纹扩展路径做如下分类。 韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，用肉眼或低倍显微镜观察时，断口呈暗灰色纤维状，有大量塑性变形的痕迹。脆性断裂则相反，断裂前从宏观来看无明显塑性变形积累，断口平齐而发亮，常呈人字纹或放射花样。 宏观脆性断裂是一种危险的突然事故。脆性断裂前无宏观塑性变形，又往往没有其他预兆，一旦开裂后，裂纹迅速扩展，造成严重的破坏及人身事故。因而对于使用有可能产生脆断的零件，必须从脆断的角度计算其承载能力，并且应充分估计过载的可能性。. 金属材料产生脆性断裂的条件 （1）温度任何一种断裂都具有两个强度指标，屈服强度和表征裂纹失稳扩散的临界断裂强度。温度高，原子运动热能大，位错源释放出位错，移动吸收能量；温度低反之。 （2）缺陷材料韧性裂纹尖端应力大，韧性好发生屈服，产生塑性变形，限制裂纹进一步扩散。裂纹长度裂纹越长，越容易发生脆性断裂。缺陷尖锐程度越尖锐，越容易发生脆性断裂。 （3）厚度钢板越厚，冲击韧性越低，韧-脆性转变温度越高。原因：（A）越厚，在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大，
虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际焊接生产中并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头“等强性”等。由于铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质（如Al 2 O3的熔点为2050℃，MgO熔点为2500℃），加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属中夹杂物。同时，氧化膜（特别是有MgO存在的，不很致密的氧化膜）可以吸收较多水分而常常成为焊缝气孔的重要原因之一。此外，铝及其合金的线胀系数大，导热性又强，焊接时容易产生翘曲变形。这些也都是焊接生产中颇感困难的问题。下面，对在试验过程中产生比较严重的裂纹进行深入的分析。 1铝合金焊接接头中的裂纹及其特征 在铝合金焊接过程中，由于材料的种类、性质和焊接结构的不同，焊接接头中可以出现各种裂纹，裂纹的形态和分布特征都很复杂，根据其产生的部位可分为以下两种裂纹形式：（1）焊缝金属中的裂纹：纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、发状或弧状裂纹、焊根裂纹和显微裂纹（尤其在多层焊时）。 （2）热影响区的裂纹：焊趾裂纹、层状裂纹和熔合线附近的显微热裂纹。按裂纹产生的温度区间分为热裂纹和冷裂纹，热裂纹是在焊接时高温下产生的，它主要是由晶界上的合金元素偏析或低熔点物质的存在所引起的。根据所焊金属的材料不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同，热裂纹又可分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹3类。热裂纹中主要产生结晶裂纹，它是在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足不能及时填充，在凝固收缩应力或外力的作用下发生沿晶开裂，这种裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝和某些铝合金；液化裂纹是在热影响区中被加热到高温的晶界凝固时的收缩应力作用下产生的。 在试验过程中发现，当填充材料表面清理不够充分时，焊接后焊缝中仍存在较多的夹杂和少量的气孔。在三组号试验中，由于焊接填充材料为铸造组织，其中夹杂为高熔点物质，焊接后在焊缝中仍将存在；又，铸造组织比较稀疏，孔洞较多，易于吸附含结晶水的成分和油质，它们将成为焊接过程中产生气孔的因素。当焊缝在拉伸应力作用下时，这些夹杂和气孔往往成为诱发微裂纹的关键部位。通过显微镜进一步观察发现，这些夹杂和气孔诱发的微观裂纹之间有明显的相互交汇的趋势。然而，对于夹杂物在此的有害作用究竟是主要表现为应力集中源从而诱发裂纹，还是主要表现为脆性相从而诱发裂纹，尚难以判断。此外，一般认为，铝镁合金焊缝中的气孔不会对焊缝金属的拉伸强度产生重大影响，而本研究试验中却发现焊缝拉伸试样中同时存在着由夹杂和气孔诱发微裂纹的现象。气孔诱发微裂纹的现象是否只是一种居次要地位的伴生现象，还是引起焊缝拉伸强度大幅度下降的主要因素之一，亦还有待进一步的研究。 2热裂纹产生的过程 目前关于焊接热裂纹理论，国内外认为较完善的是普洛霍洛夫理论。概括地讲，该理论认为结晶裂纹的产生与否主要取决于以下3方面：脆性温度区间的大小；在此温度区间内合金所具有的延性以及在脆性温度区间金属的变形率大小。 通常人们将脆性温度区间的大小及在此温度区间内具有的延性值称为产生焊接热裂纹的冶金因素，而把脆性温度区内金属的变形率大小称为力学因素。焊接过程是一系列不平衡的工艺过程的综合，这种特征从本质上与焊接接头金属断裂的冶金因素和力学因素发生重要的联系，如焊接工艺过程与冶金过程的产物即物理的、化学的与组织上的不均匀性、熔渣与夹杂物、气体元素与处于过饱和浓度的空位等。所有这些，都是与裂纹的萌生与发展有密切联系的冶金因素。从力学因素方面看，焊接热循环特定的温度梯度与冷却速度，在一定的拘束条件下，将使焊接接头处于复杂的应力-应变状态，从而为裂纹的萌生与发展提供必要的条件。 在焊接过程中，冶金因素和力学因素的综合作用将归结为两个方面，即是强化金属联系还是弱化金属联系。如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低，反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联 铝合金焊接接头产生裂纹特征及产生机理分析 谢辉 （广东省第二农机厂，广东广州512219） 摘要：近40年来，由于焊接技术的进步，高效率和高性能的焊接方法得到了推广，铝及铝合金在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械、低温工程和宇航工业等各种结构方面的应用在不断扩大，但国产化的铝合金和铝合金焊接材料均还存在着一定的差距。对铝合金焊接接头产生裂纹的特征及产生机理进行了分析，提出了几点防范措施。 关键词：铝合金；焊接接头；裂纹；机理 —116—
温度裂缝产生机理及特征 混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 2.影响因素和防治措施 混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，
水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。 对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。 2．1 混凝土原材料及配合比的选用 (1) 尽量选用低热或中热水泥，减少水泥用量。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。 (2) 掺加掺合料大量试验研究和工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，从而改善了可泵性。特别重要的效果是掺加原状或磨
焊接热裂纹产生机理影响因素及防治措施 一、结晶裂纹 1、产生机理 1）、产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝内部颁在两树枝状晶体之间。 对于低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在焊缝上。 某些高强钢，含杂质较多的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。 2）、分析熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向 焊缝金属结晶过程中，晶界是个薄弱地带，由金属结晶理论可知，先结晶的金属比较纯，后结晶的金属杂质多，并集富在晶界，并且熔点较低，这些低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓《液态薄膜》，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。 产生结晶裂纹原因：①液态薄膜②拉伸应力 液态薄膜—根本原因。拉伸应力—必要条件以碳钢焊接为例，分析研究一下，在熔池结晶过程中什么阶段产生结晶裂纹的倾向最大。 如图3-77 ①液固阶段：熔池开始结晶时，液相多，固相少，液态金
属在晶粒间处于自由流动状态，有拉应力存在时，拉开后有液体随之补充，不易产生裂纹。（1区） ②固液阶段：固相多，晶粒之间相互接触，液相少，（低熔点共晶）在拉应力作用时产生微少缝隙，液态填充少，产生裂纹，这一区也称为“脆性温度区”即图3-77上a、b 之间的温度范围？ ③固相阶段：完全结晶完毕，成为整体固态金属，拉应力作用时，因无液态薄膜受力均匀，不易产生裂纹。 T b—称为脆性温度区，在比区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属, T b小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属T b 大，产生裂纹的倾向也大。 3）产生结晶裂纹的条件？图3-78 如图3-78纵座标表示温度，横坐标表示由拉伸应力所产生的变形（e）和金属的塑性（P），脆性温度区的范围用T b表示上限是固液温度开始下限固相线附近，或低于固相线一段温度。 在脆性温度区内焊缝的塑性用P表示，是温度的函数，=，当在某一瞬时温度时有一个最小的塑性值（P min）PΦ ) (T （出现液态薄膜时） 受拉伸应力所产生的变形用e表示，也是温度的函数？ ①如果拉伸应力所产生的变形随温度T按曲线（1）变化，
金属断裂机理完整版Newly compiled on November 23, 2020
金属断裂机理 1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。
浅析混凝土裂缝产生机理及防治措施 发表时间：2019-06-18T10:16:03.460Z 来源：《建筑细部》2018年第23期作者：钱涛 [导读] 运用混凝土裂缝产生机理等相关理论进行阐述、分析，为工程实例提供参考。 武汉市汉阳市政建设集团公司湖北武汉 430000 摘要：本文以混凝土裂缝的产生原因为基础，运用混凝土裂缝产生机理等相关理论进行阐述、分析，为工程实例提供参考。 关键词：裂缝产生机理；温度裂缝；收缩裂缝；防治措施 前言 目前，中国正处于城市化加速和工业化时期，建筑业将在较长时期内保持快速发展。混凝土作为建筑材料的一种，具备原材料来源广泛、抗压强度较高、耐久性良好、可塑性及浇筑性好等优势，广泛运用于土木、水利、桥梁、隧道工程中。但是，作为影响混凝土结构的适用性、安全性和耐久性的重要因素之一——混凝土裂缝，当裂缝数量和尺寸达到一定程度时，其性能指标都会相应的降低，从而影响混凝土的安全和使用，所以混凝土材料防裂问题需要加强足够的重视。 针对混凝土裂缝的研究，也有不少研究成果：许多科研人员已经对混凝土裂缝分类、产生的机理及成因有了完善系统的总结[1-4]，同时，对于裂缝发展的稳定性及建筑物结构安全影响、查找裂缝的方法、预防及处理裂缝的措施等方面研究较为深入[5-7]。大量工程实践表明，混凝土材料的裂缝主要由温度、干缩及不均沉降所引起的变形引起的，以下将从这几方面对混凝土变形裂缝的产生机理进行探讨，并提出相应的防治措施，提高混凝土施工的质量。 1.混凝土裂缝分类 （1）按裂缝形成形状划分 纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝、网状裂缝以及不规则裂缝等。 （2）按裂缝形成深度划分 表面裂缝、深层裂缝和贯通裂缝。表面裂缝是指混凝土表面形成较浅且细微的裂缝，这类裂缝对结构的承载力影响不大，但影响其外观质量；深层裂缝是指混凝土表层形成深而长的裂缝，并易扩展为贯穿裂缝；贯通裂缝是指裂缝穿透了整个结构断面，结构整体性收到破坏，后两类裂缝严重影响到混凝土结构的安全及使用性能。 （3）按裂缝表现形式划分 静止裂缝、发展中裂缝和活动裂缝，静止裂缝是指对于其尺寸大小、形态和数量的发展趋势保持不变，发展中裂缝是指其形态、尺寸和数量还在发展，活动裂缝是指其形态、尺寸和数量易受到荷载和非荷载因素影响，而始终不能达到稳定状态。 （4）按裂缝形成原因划分 荷载裂缝和变形裂缝，荷载裂缝是指由于混凝土材料的非均质性，在荷载作用下，在某些部位产生大于材料所能承受的拉应力并逐渐有裂缝的产生。直接应力裂缝和次应力裂缝作为两种主要的荷载裂缝形式。同时，由于施加在混凝土的荷载可形成直接和次生应力，在此两种应力作用下所产生的裂缝分别称为直接应力裂缝和次应力裂缝。变形裂缝的种类有自身变形裂缝和结构变形裂缝，变形裂缝是由于温度变化、收缩变形、不均匀沉降等引起的裂缝。 2.混凝土裂缝的产生机理 在实际工程中，变形裂缝是混凝土裂缝中较为常见的一类裂缝，变形裂缝的形成机率相对于荷载裂缝更高，为了更好地采取适宜的预防措施，下文将对温度、干缩、不均匀沉降三种变形裂缝的产生机理进行分析。 2.1温度引起的变形裂缝分析 温度引起的变形裂缝是由于混凝土随着温度的变化而产生的膨胀或收缩，并受到自身或者外部约束，当混凝土的抗拉强度低于其内部产生的温度应力时，便有温度裂缝的形成。水泥的水化热、比热容、导温系数、导热系数等热性能参数，和环境介质的温度可决定混凝土的温度变化情况。作为引起大体积混凝土结构温度改变的重要因素——水泥水化热，由于混凝土材料在凝结硬化过程中，伴随着水化反应所产生的大量水化热量快速提高混凝土内部的温度。由于材料本身较低的导热系数及体积较大，水化热量短时间内无法全部释放，因此混凝土内外温度差异变得较大，形成温度应力和温度变形裂缝。 2.2收缩引起的变形裂缝分析 混凝土的收缩主要由干缩和凝缩两部分组成。凝缩是指混凝土在初凝前，其表面水分蒸发导致内部水分由内向外逐渐转移，形成体积收缩变形，该变形发生在混凝土的塑形阶段，因此称作塑形收缩。在高温度及低湿度的施工条件下，内部向外转移的水分不足以抵抗外界的蒸发，混凝土表面就会因失水干缩形成收缩裂缝。干燥收缩是指水泥水化产生具有大量的微细孔隙的硅酸钙胶体，混凝土内部孔隙水消耗时引起的毛细管引力，毛细孔内由于外部水供给不到位形成负压现象，受压缩的孔隙使混凝土的干燥收缩加重，形成干燥裂缝。 2.3不均匀沉降引起的变形裂缝分析 当地基基础承载力不均匀或混凝土结构在不同部位的荷载悬殊时，就会导致混凝土结构不均匀沉降，从而引起其约束变形，一旦内部拉应力超过允许抗拉应力时，就会形成不均匀沉降裂缝。不均匀沉降裂缝多为深层或贯穿裂缝，呈现宽度大、数量少的形态。 3.混凝土裂缝的预防和治理措施 3.1混凝土裂缝的预防 （1）合理选择混凝土原材料。依据设计要求，尽可能选择高标号水泥，减少水泥用量，选取中热、低热水泥，达到减少干燥收缩和降低水化热效果；按需选择适当减水剂、膨胀剂等外加剂，减少水泥用量和用水量；选择粉煤灰、矿渣等掺合料取代部分水泥用量，从而降低水泥用量，减少水化热。 （2）优化混凝土材料的配合比设计。骨料（粗、细）及砂率的选择要合理；由于混凝土的干燥收缩在相同的水泥用量下正比于水的用量，因此在施工中，混凝土用水量要降低。
金属塑性变形与断裂集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因： （1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的组织，回火温度低，易产生此类断裂。 （2）、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同。 （3）、构件的薄弱环节处处于平面应变状态。 （4）、材料的尺寸比较粗大。 （5）、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出。 准解理断裂往往开始是因为碳化物，析出物或者夹杂物在外力作用下产生裂纹，然后沿某一晶面解理扩展，之后以塑性变形方式撕裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是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撕裂而形成的撕裂岭。准解理断裂面不是一
微裂纹的分形分布及损伤演化过程的分形机理 考虑一弹性体包含N T条相互平行、半长为c、宽为W的椭圆型微裂纹，并承受边界应力σ(见图1)。 假设由微裂纹之间相互作用而引起的弹性能可以忽略不计，这N T个体积单元中的微裂纹是彼此独立的困。这样对应于损伤区发育初期，由这N T条裂纹构成的裂纹群所引起的自由能变化为: ΔF = N T W ( -B2 σ2
纹半长(假设为常量)，c l为最大裂纹半长。以 材料的疲劳性能一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随 1 /2； min） 2 应力； ②不对称循环：σm≠0，-1 ④波动循环：σm>σa，0 ②疲劳破坏属于低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命的预测显得十分重要和必要； ③疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）将降低材料的局部强度。二者综合更加速疲劳破坏 出现两个疲劳源。 （2）疲劳裂纹扩展区（亚临界扩展区）? 疲劳裂纹扩展区特征为断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢），远 金属材料的断裂韧性 摘要不同的金属材料的断裂韧性是不一样的，对不同金属材料的断裂韧性进行研究并找出影响的因素对提高金属材料断裂韧性具有非常重要的意义。根据影响金属材料断裂韧性因素的不用，可以总体上概括为两个部分的因素，分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素，本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析，以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。 关键词金属材料；失效；断裂韧性；影响因素 0引言 随着现代社会经济的不断发展，对金属材料的使用也大大的增加，在工程构件设计和使用的过程中，最为严重的就是金属材料的断裂，金属材料一旦发生断裂就会发生生产安全事故，同时也会造成一定的经济损失。通过对以往发生的大量的金属材料的断裂事件的分析，得出构件的低应力脆断是由宏观裂纹扩展引起的，其中最为主要的是金属材料的断裂纹，裂纹一般是在金属加工和生产的过程中引起的[1]。 根据影响金属材料断裂韧性因素的不用，可以总体上概括为两个部分的因素，分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素，本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析，以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。 1影响金属材料断裂韧性的外部因素 1.1几何因素的影响 几何因素是影响金属材料断裂韧性的一个最为重要的外部因素。几何因素主要包括两个方面的内容，分别是试样厚度和试样取向等因素，下面对这两个因素进行分析： 1）试样厚度 目前在对金属材料的断裂韧性进行研究的过程中发现，不同厚度的金属材料会对会对裂纹前端的应力约束产生较大的影响，同样也会对金属材料的断裂韧性有一定的影响，所以我们分别用不同厚度的同一个金属材料进行断裂韧性的实验，在实验的过程中发现厚试样的断裂韧性值明显的比薄试样的断裂韧性值要低，换而言之，不同厚度的金属材料，其自身的断裂韧性也不同，厚度也是影响金属材料断裂韧性的一个重要的因素[2]。 2）试样的取向 在对金属材料进行取样测试的时候，试样的去向业余金属材料的断裂韧性之 核用Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹产生机理研究 霍树斌，陈佩寅，陈燕，吴伟 （哈尔滨焊接研究所，哈尔滨 150080） 摘要：针对国际上核用Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹问题，利用扫描电镜、俄歇电子分析等方法对微裂纹断口微观组织形貌、特征点的成分进行研究。结果表明，Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹主要是结晶裂纹，原因是由S、P在晶界偏析引起的低熔点共晶物。通过对结晶裂纹的产生机理和影响因素的系统研究，指出Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹主要是由S、P引起的结晶裂纹，而不是只有DDC裂纹，通过定量分析S、P与裂纹关系，提出了防止微裂纹产生的条件，并制造出无微裂纹的HS690、HS690M焊丝。 关键词：Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹S+P含量判据 HS690 HS690M 中图分类号：TG116 文献标识码：A 0 序言 镍基合金焊接微裂纹问题，尤其是核电用镍基焊接材料微裂纹问题是行业内公认的难题与顽症，主要表现为长度小于0.5mm的结晶裂纹和高温低塑性裂纹（简称DDC），如图1所示。Inconel 690焊丝的微裂纹问题尤为突出，虽然研究者众多，却没有彻底解决问题。 图1 Inconel 690焊接微裂纹 美国SMC公司至今仍在进行Inconel 690焊丝的改进，从90年代开发出FM52焊丝，2003年推出FM52M焊丝，2009年又推出FM52MSS，其研究的重点一直是如何解决焊接微裂纹问题，但他们认为焊接微裂纹是DDC。 从国内应用的情况看，除SMC和Sandivk公司的产品比较理想外，其它公司的690焊丝都存在焊接微裂纹，例如WEL-TIG-52焊丝。早期的Sannicro 68HP的微裂纹倾向比较严重，经过改进后有明显改善，但在国内某骨干企业的产品焊接中仍然存在问题。就是FM52和FM52M 焊丝在产品焊接时也不是完全没有问题，在TIG堆焊的边缘，偶尔也出现个别微裂纹，说明顽症并没有被根除。 我们从2003年开始研究Inconel 690焊丝，2006年《Inconel 690配套焊接材料和焊接工艺研究》项目通过鉴定，技术水平为国际先进，但没有彻底解决焊接微裂纹问题，经过四年的努力，终于发现了问题的本质、产生的原因和条件，并研究出了解决问题的方法。 1 试验方法 试验焊丝采用研制的所有Inconel 690焊丝，成分范围如表1所示。 对铆接疲劳裂纹产生机理的探讨 【摘要】自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生，这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。本文对接疲劳裂纹产生机理进行了探讨研究。 【关键词】自冲铆接；微裂纹；裂纹扩展；疲劳强度 0.引言 自冲铆接技术是采用一个铆钉连接两个或更多部件的方法，它实行冲铆一次完成。半空心铆钉自冲铆接工艺的铆接过程铆钉在冲头的作用下，穿透上层板料，在凹模和铆钉外形共同作用下空心铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状。自冲铆接除了可连接上述点焊所难于连接的材料外，自冲铆接和点焊相比还具有许多点焊所不具备的优点：能连接不同材料，能和粘接复合连接，无发光，发热少，疲劳强度较高，快捷等。 1.自冲铆接疲劳破坏方式 自冲铆接的疲劳扩展最易在铆接孔处扩展，且在宏观上裂纹扩展方向垂直于载荷方向，且裂纹宏观方向通过铆接孔中心，在裂纹扩展末期的瞬断时形成剪切唇，剪切唇与载荷成大约45o，这其实是由于强度不足所致。 有的时候自冲铆接疲劳裂纹不在铆接孔发生，而有可能在铆接孔附近靠近铆钉头部的地方萌生和扩展，这主要由于铆钉在受载时会对板料有一个弯曲作用。在有的时候，比如自冲铆接和粘接复合连接时，或材料缺陷情况下，疲劳萌生和扩展还可能发生在板料的其他部位。 2.自冲铆接微裂纹的产生 铆钉可用钢材或硬铝等制作，一般经热处理来适当提高其韧、硬度，这主要取决于被铆接材料特性如强度、硬度、厚度等。被铆接的材料常有钢板、铝板或铝合金、塑料、铜或铜合金、高分子材料及复合材料等，一般其硬度不能太高，否则铆钉将难刺穿上板料，若采用更高硬度的铆钉，但这样铆钉在刺入板料和张开时易开裂，且增大了刺入力。 由于铆钉刺进板料时，板料内部强度、硬度、结构、相分布、原子结合力不均，晶粒、晶界性状不一等原因导致板料的铆钉孔孔壁有毛刺、微裂纹，这些将是导致自冲铆接失效的重要扩展源。 下面阐述裂纹不在铆接孔中产生的情况。金属中常见的有面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格等多种结构，它们具有多种滑移系和滑移方向，晶体是各向异性的。在其受力时可沿着受载最大或最弱的、抗力最小的晶面和晶向滑 金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 （1）宏观断口分析 断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。 （2）微观断口分析（需要深入研究） 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征： （1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。 金属断裂机理 1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属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，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成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下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。材料的疲劳性能
金属材料的断裂韧性
核用Inconel690焊丝TIG焊微裂纹产生机理研究
对铆接疲劳裂纹产生机理的探讨
金属材料的断裂认识
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