金属断裂

金属的断裂机件的三种主要失效形式：磨损、腐蚀、断裂。

其中断裂的危害最大。

断裂：又可分为完全断裂和不完全断裂。

完全断裂：在应力（或兼有热或介质）作用下，金属材料被分成两个或几个部分。

不完全断裂：只是内部存在裂纹。

研究金属断裂的宏、微观特征、断裂机理（裂纹的形成与扩展）、断裂的力学条件及影响断裂的内外因素，对于设计和材料工作者进行机件安全设计与选材十分必要。

一、断裂的类型：断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段。

按照不同的分类方法，将断裂分为以下几种：1）按宏观塑性变形程度：韧性断裂、脆性断裂。

2）按裂纹扩展途径：穿晶断裂、沿晶断裂。

3）按断裂机理分类：纯剪切断裂、微孔聚集型、解理断裂。

4）按断裂面取向分类：正断；切断光滑拉伸试样断面收缩率<5%为脆断；> 5%为韧断。

韧性与脆性随条件改变，韧性与脆性行为也将随之变化。

1）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）断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45°角。

3）断口呈纤维状，灰暗色。

4）典型宏观断口特征呈杯锥状。

如：中、低强度钢光滑圆柱试样在室温下的静载拉伸断裂。

格雷菲斯公式：（1）对长为2a 的中心穿透裂纹计算所得的断裂应力公式。

（2）对长为a 的表面半椭圆裂纹也适用，此时式中的a即为裂纹长度。

但是，格雷菲斯公式：只适用于脆性固体，如玻璃、金刚石、超高强度钢等，即那些裂纹尖端无塑性变形情况。

对工程用金属材料（钢）：裂纹尖端产生较大塑性变形，要消耗大量塑性变形功，其值远比表面能大，为此格雷菲斯公式需要进行修正。

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。

金属断裂机理
金属断裂是指金属材料在外力作用下发生破裂或断裂的过程。

金属的断裂机理主要包括以下几种：
1. 脆性断裂：脆性断裂是指金属材料在受到外力作用下几乎没有可见的塑性变形就突然破裂。

脆性断裂主要由金属的晶体结构和缺陷引起，如晶界的弱化、镍效应等。

常见的脆性断裂包括贝氏体断裂、冷脆断裂等。

2. 韧性断裂：韧性断裂是指金属材料在受到外力作用下先经历一定的可见塑性变形，然后发生破裂。

韧性断裂主要由金属的晶体结构、析出物和晶界等因素影响。

常见的韧性断裂模式包括韧突型断裂、韧性断裂等。

3. 疲劳断裂：疲劳断裂是指金属材料在长时间受到周期性应力作用下发生的破裂。

疲劳断裂主要由金属的晶间滑移、晶界变形和微观裂纹的扩展等因素引起。

疲劳断裂常发生在受振动或循环应力作用下的金属构件中。

4. 腐蚀断裂：腐蚀断裂是指金属材料在受到腐蚀介质作用下发生的破裂。

腐蚀断裂主要由金属与环境介质之间的电化学反应引起，如应力腐蚀断裂、氢脆断裂等。

总之，金属断裂机理是一个复杂的过程，受到多种因素的综合影响。

为了提高金属材料的断裂强度和韧性，需要通过合理的合金设计、热处理和表面处理等方法来改善金属的断裂性能。

工程材料力学期中作业班级成型2班姓名陶帅学号20113650论述金属的断裂一、基本介绍概念：金属材料在外力作用下断裂成两部分的现象。

磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以断裂的危害最大。

在应力作用下（有时还兼有热及介的共同作用），金属材料被分成两个或几个部分，称为完全断裂；内部存在裂纹，则为不完全断裂。

实践证明，大多数金属材料的断裂过程都包括裂纹形成与扩展两个阶段。

对于不同的断裂类型，这两个阶段的机理与特征并不相同。

二、断裂的基本类型弹性变形→塑性变形→断裂1，根据材料断裂前产生的宏观塑性变形量的大小来确定断裂类型，可分为韧性断裂和脆性断裂。

2，多晶体金属断裂时，按裂纹扩展路径可以分为穿晶断裂和沿晶断裂。

3，根据应力类型可分为纯剪切断裂和微孔聚集型断裂、解理断裂。

三、具体分析1，韧性断裂韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。

韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45º角。

用肉眼或放大镜观察时，端口呈纤维状，灰暗色。

纤维状是苏醒变形过程中微裂纹不断扩展和相连造成的，灰暗色则是纤维断口表面对光反射能力很弱所致。

中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂，其宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。

当光滑圆柱拉伸试样受拉伸力作用，在试验力达到拉伸力-伸长曲线最高点时，便在试样局部区域产生缩颈，同时试样的应力状态也由单向变为三向，且中心轴向应力最大。

在中心三向拉应力作用下，塑性变形难于进行，致使试样中心部分的夹杂物或第二相质点本身碎裂，或使夹杂物质点与基体界面脱离而形成微孔。

微孔不断长大和聚合就形成显微裂纹。

早期形成的显微裂纹，其端部产生较大塑性变形，且集中于极窄的高变形带内。

这些剪切变形带从宏观上看大致与径向呈50º~60º角。

金属断裂的微观机理与典型形貌金属断裂是指金属材料在受到应力作用下发生破裂现象。

金属断裂的微观机理和典型形貌是金属材料断裂过程中所呈现出的微观变化和破裂形态。

本文将从金属断裂的微观机理和典型形貌两个方面进行探讨。

一、金属断裂的微观机理在金属断裂的微观机理中，主要涉及到晶体的变形、晶界滑移和裂纹扩展等过程。

1. 晶体的变形金属材料的断裂是由于晶体内部发生了塑性变形。

当金属受到外力作用时，晶体内的原子会发生位移和重排，导致晶体的形状发生变化。

晶体的变形过程中，会产生位错，即晶格中的原子出现错位。

位错的运动和积累是金属材料塑性变形和断裂的基础。

2. 晶界滑移金属材料由多个晶粒组成，晶粒之间存在晶界。

晶界是晶粒内部晶格的不连续区域。

当金属受到应力作用时，晶界处的原子会沿着晶界面滑移，从而使晶粒发生形变。

晶界滑移是金属材料塑性变形和断裂的重要机制之一。

3. 裂纹扩展裂纹是金属材料中的缺陷，是断裂的起始点。

当金属受到应力作用时，应力集中在裂纹处，导致裂纹的扩展。

裂纹扩展的机理主要包括塑性扩展和脆性扩展两种形式。

塑性扩展是指裂纹周围发生塑性变形，裂纹沿着塑性区域扩展；脆性扩展是指裂纹周围没有发生塑性变形，裂纹直接沿着晶体的晶面或晶界扩展。

二、金属断裂的典型形貌金属断裂的典型形貌是指金属材料断裂后所呈现出的形态特征。

根据金属断裂的不同性质和机理，金属材料的断裂形貌可以分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂等。

1. 韧性断裂韧性断裂是指金属材料在受到较大应力时，发生大量的塑性变形和能量吸收，最终以拉伸断裂为主。

韧性断裂的断口面平滑，有明显的塑性变形迹象，断口两侧呈现出韧带状的纹理。

韧性断裂通常发生在具有良好延展性的金属材料中，如钢材、铝合金等。

2. 脆性断裂脆性断裂是指金属材料在受到较小应力时，发生较少的塑性变形和能量吸收，最终以断裂为主。

脆性断裂的断口面光洁平整，没有明显的塑性变形迹象，断口两侧呈现出晶粒状的纹理。

脆性断裂通常发生在具有较低延展性的金属材料中，如铸铁、高碳钢等。

金属材料的断裂行为分析金属材料在实际应用中经常面临着受力情况，而断裂行为是其中一个重要的因素。

本文将对金属材料的断裂行为进行分析，探讨其原因和影响因素。

一、断裂行为的定义金属材料的断裂行为指的是在外部作用力的作用下，材料发生断裂的过程。

断裂是材料失去载荷传递能力的结果，其破坏表现为断口形成。

二、断裂行为的原因1. 内部缺陷：金属材料内部可能存在各种缺陷，如气孔、夹杂物、晶界、位错等。

这些缺陷会集中应力，导致断裂的发生。

2. 外部影响：金属材料在使用过程中，承受着多种外部作用力，如拉伸、压缩、弯曲、挤压等。

这些作用力会引起金属的应力集中，进而导致断裂。

三、断裂行为的影响因素1. 材料的强度：金属材料的强度越高，其抵抗断裂的能力也就越强。

因此，金属的强度是断裂行为的一个重要影响因素。

2. 温度：温度对金属材料的断裂行为有着显著的影响。

在高温下，金属易于软化和熔化，从而导致断裂；而在低温下，金属脆性增加，也容易发生断裂。

3. 加载速率：加载速率是指外部作用力施加的速度。

在较高的加载速率下，金属材料容易发生动态断裂；而在较低的加载速率下，金属更容易发生静态断裂。

四、断裂行为的分析方法1. 断裂力学：通过断裂力学的理论和方法，可以定量分析金属材料的断裂行为。

其中，最常用的方法包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学和韧性断裂力学。

2. 断口分析：通过观察金属材料的断口形貌，可以初步判断断裂的类型和原因。

常见的断口形貌有韧性断口、脆性断口等。

3. 数值模拟：利用有限元方法等数值模拟手段，可以模拟金属材料在受力下的断裂行为。

通过数值模拟可以更加准确地分析和预测金属材料的断裂行为。

五、断裂行为的应用对金属材料的断裂行为进行分析可以为材料的选用、设计和使用提供重要的依据。

通过了解材料的断裂性能，可以避免在实际应用中出现断裂导致的事故和损失。

六、结论金属材料的断裂行为是一个复杂而重要的问题。

内部缺陷和外部作用力是断裂行为的主要原因，而材料的强度、温度和加载速率是断裂行为的关键影响因素。

金属的断裂应变全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：金属的断裂应变主要包括静态应变和动态应变两种类型。

静态应变是指金属在受力作用下产生的变形，通常发生在金属受到持续不断的外力作用或受到变形限制时。

动态应变则是指金属在受到瞬时或周期性外力冲击时产生的变形，通常表现为金属发生瞬间的拉伸、挤压或扭曲。

不同金属材料在受到外力作用时会表现出不同的断裂应变特性，其表现形式也有所不同。

金属的断裂应变受到多种因素的影响，其中最主要的是金属的性质和材料结构。

金属的性质包括硬度、韧性、延展性、强度等因素，这些性质决定了金属在受到外力作用时的变形和断裂特性。

材料结构则包括晶粒结构、晶界、缺陷等因素，这些结构特征对金属的强度和断裂应变也有着重要的影响。

金属的断裂应变是由金属内部的原子结构和晶粒结构决定的。

金属材料的原子结构呈现出一定的有序性，原子之间通过金属键相互连接形成结晶结构。

在金属材料的晶粒结构中，晶界是金属原子排列的分界线，其特性决定了金属材料的断裂强度和韧性。

金属材料中的缺陷，如气孔、夹杂物、晶界间的错位等也会影响金属的断裂应变特性。

在金属的断裂应变中，除了金属的性质和结构外，外力的大小、作用方向和加载速度也会对金属的断裂应变产生影响。

外力作用越大，金属的断裂应变越容易发生；外力的作用方向不同，金属的断裂形式也会有所不同；加载速度的快慢则会影响金属的断裂速度和特性。

金属的断裂应变在工程实践中具有重要的意义。

了解金属的断裂应变特性可以帮助设计人员选择合适的金属材料，确保工程结构的安全可靠性。

对金属的断裂应变进行研究可以指导材料的加工和处理工艺，提高金属材料的机械性能和使用寿命。

对金属的断裂应变进行研究还可以为材料科学的发展提供重要的参考和理论基础。

金属的断裂应变是金属材料在受到外力作用时产生的变形和断裂现象。

金属的断裂应变受到多种因素的影响，包括金属的性质、结构、外力大小和加载速度等。

了解金属的断裂应变特性对于材料的设计和选用具有重要意义，可以指导工程实践和科学研究。

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。

金属脆断裂的三个阶段
第一阶段：应力集中
当金属受到外力作用时，应力会在金属内部逐渐积累和集中。

这种积累和集中的过程并不是均匀进行的，而是在金属内部某些微小区域发生。

这些区域往往是金属中的缺陷或弱点，比如晶界、夹杂物、裂纹等。

应力集中会导致这些区域的应力远远超过周围区域，从而形成应力集中区域。

第二阶段：裂纹扩展
在应力集中区域形成后，金属内部的应力会导致这些区域发生微小的裂纹。

这些裂纹会在应力的作用下逐渐扩展，并沿着金属的晶界或其他弱点传播。

裂纹的扩展会导致金属内部的应力进一步集中，从而形成一个恶性循环。

随着裂纹的扩展，金属的强度会逐渐下降，直到达到临界点。

第三阶段：断裂
当金属的裂纹扩展到一定程度时，金属的强度会降低到一个无法承受外力的程度，从而发生断裂。

这个过程往往是突然发生的，金属会以裂纹为起点，迅速断裂成两个或多个部分。

断裂的过程伴随着巨大的能量释放，往往会发出巨大的声响和光亮。

断裂后的金属表面常常呈现出毛糙、不平整的形态。

金属脆断裂的三个阶段中，应力集中是导致断裂的起始阶段，裂纹
扩展是导致断裂的主要过程，而断裂则是结果。

了解金属脆断裂的三个阶段对于工程和材料科学领域的研究和应用具有重要意义。

只有深入了解金属脆断裂的机理和特点，才能更好地设计和制造出更安全可靠的金属材料。

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。

金属的各种断裂形式有：
1.韧性断裂：韧性断裂又称为延性断裂或塑性断裂，其特征是断
裂前发生明显的宏观塑性变形，断裂过程中吸收了较多的能量，一般是在高于材料屈服强度条件下的高能断裂。

2.脆性断裂：工程构件在很少或不出现宏观塑性变形情况下发生
的断裂称作脆性断裂。

由于脆性断裂大都没有事先预兆，具有
突发性，对工程构件与设备以及人身安全常常造成极其严重的
后果。

完全脆性断裂和完全韧性断裂是极少见的。

通常，脆性
断裂前也产生微量塑性变形。

3.疲劳断裂：金属材料在交变应力作用下，经过一定的循环次数
后发生的断裂叫做疲劳断裂。

疲劳断裂是交变应力和时间共同
作用的结果。

金属断裂的微观机理与典型形貌金属断裂是指金属材料在受到外力作用下发生破裂的现象。

金属断裂具有微观机理与典型形貌，这些机理与形貌的研究对于金属材料的设计和应用具有重要意义。

金属材料的断裂主要有两种机制：韧性断裂和脆性断裂。

韧性断裂是金属材料在外力作用下发生塑性变形后断裂，具有较大的断口伸长率和断口收缩面积。

脆性断裂则是金属材料在外力作用下发生无明显塑性变形而迅速断裂，具有较小的断口伸长率和断口收缩面积。

金属材料的断裂机理与其晶体结构和微观缺陷密切相关。

金属材料的晶体结构是由原子通过原子键结合而成的，其中包含晶粒、晶界和位错。

当金属材料受到外力作用时，原子之间的键会受到拉伸、剪切等力的作用，从而导致晶界滑移、位错运动等塑性变形。

当外力继续增大时，晶界和位错可能无法继续运动，从而导致金属材料的断裂。

金属材料的断裂形貌可以通过金属断口的观察来研究。

金属断口通常包括拉伸断口、韧窝和脆窝等不同形貌。

拉伸断口是金属在拉伸过程中发生断裂后的断口形貌，通常呈现出光洁的平面面貌。

韧窝是金属在韧性断裂过程中形成的圆形凹陷，它是由于金属在拉伸过程中发生局部塑性变形而形成的。

脆窝则是金属在脆性断裂过程中形成的不规则凹陷，它是由于金属在受到外力作用下迅速断裂而形成的。

金属断裂的微观机理与典型形貌对于金属材料的设计和应用具有重要意义。

通过研究金属断裂机理，可以了解金属材料在外力作用下的变形和破裂行为，从而指导金属材料的合理设计和使用。

同时，通过观察金属断口的形貌，可以评估金属材料的断裂韧性和脆性，为金属材料的选择和应用提供依据。

金属断裂具有微观机理与典型形貌。

金属材料的断裂机理与其晶体结构和微观缺陷密切相关，包括晶粒、晶界和位错等。

金属材料的断裂形貌可以通过金属断口的观察来研究，包括拉伸断口、韧窝和脆窝等不同形貌。

金属断裂的微观机理与典型形貌对于金属材料的设计和应用具有重要意义，可以指导金属材料的合理设计和使用。

通过研究金属断裂机理和观察金属断口的形貌，可以评估金属材料的断裂韧性和脆性，为金属材料的选择和应用提供依据。