《金属断口分析》
第一章金属的断裂
第一节断裂分类
失效形式：过大的弹性变形；塑性形变；断裂；材料变化。其中危害最大的是破裂特别是断裂。通过对断口形貌特征进行分析从而获得金属断裂机理。一，宏观脆性断裂与延伸断裂
从宏观上看，断裂分为脆性断裂和延性断裂
脆性断裂指以材料表面、内部的缺陷或是微裂纹为源，在较低的应力水平下（一般不超过材料的屈服强度），在无塑性变形或只有微小塑性变形下裂纹急速扩展。在多晶体中，断裂时沿着各个晶体的内部解理面产生，由于材料的各个晶体及解理面方向是变化的，因此断裂表面在外观上呈现粒状。脆性断裂主要沿着晶界产生，称为晶间断裂。其断口平齐。
延性断裂是在较大的塑性变形产生的断裂。它是由于断裂缓慢扩展而造成的。其断口表面为无光泽的纤维状。延性断裂经过局部的颈缩，颈缩部位产生分散的空穴，小空穴不断增加和扩大聚合成微裂纹。
二，穿晶断裂和沿晶断裂
依据裂纹扩展途径不同，断裂分为穿晶断裂和沿晶断裂，或二者兼有。
穿晶断裂是指裂纹穿过晶体内部的途径发生的；穿晶断裂可能是延性的，也可能是脆性的。若断裂是穿过晶体沿解理面断开，但无明显塑性变形为脆性断裂。若穿晶断裂时出现塑性变形则为延性断裂。
沿晶断裂指以裂纹沿着晶界扩展的方式进行。沿晶断裂多为脆性断裂，，但也有延性的。应力腐蚀断口，氢脆断口都是沿晶断裂的脆性断裂。三，韧窝、解理、准解理、沿晶和疲劳断裂
这主要是根据微观断裂机制上而言
四，正断和切断
根据断面的宏观取向与最大正应力交角，断裂方式分为正断和切断
正断性断裂是指宏观断面的取向与最大正应力相垂直，如解理断裂
切断性断裂指宏观断面的取向与最大切应力方向相一致，而与最大正应力成45度
第二节材料的韧性与断裂力学
第二章断口分析技术
第一节裂纹源位置的判别
进行断裂分析首要任务是从碎片中找出最初的断裂部分，然后在其上找出裂纹源，逐步分析产生断裂的原因和性质。寻找裂纹源的方法：
1.T型法
如果有两条相交的裂纹构成“T”型，通常横穿整个试样的裂纹为主裂纹，另一条为二次裂纹，
2.分叉法
样品断裂中，产生许多分叉，裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向，扩展的反方向为裂源位置。
【注】T型法和分叉法是判别脆性断裂的主裂纹和裂纹源
3.变形法
延性断裂的样品，在断裂过程中发生变形后碎成几块，将碎片拼合后变形量大的部位为主裂纹，裂纹源在主裂纹所在的断口上
4.因环境因素引起的断裂的样品，如应力腐蚀、氢脆。裂纹源位于腐蚀或是
氧化最严重地方
5.断口为放射状，其收敛处为裂纹源；断口有人字纹，无应力集中时人字纹
尖端指向裂纹源。反之
6.断口上有粗糙的纤维状区域，裂纹源位于纤维区中央
第三节断口分析技术
1.宏观分析
用肉眼或是低倍显微镜观察断口，确定断裂的性质、受力状态、裂纹源
位置、裂纹扩展方向
根据断口表面粗糙度和反光情况可以判断断裂性质。解理断裂断口表面光滑平整，断口颜色有金属光泽。韧窝断口表面呈纤维状粗糙不平，表明颜色灰暗无结晶颗粒无金属光泽。疲劳断口有海滩状花样，脆性材料瞬断区为结晶状，韧性材料断口为纤维状和剪切唇断口。
观察断口有无塑性变形、剪切唇。毛刺、台阶以判断样品受力情况。脆性断口在断口附近没有宏观塑性变形，无剪切唇，断口与正应力垂直。
韧性断口有明显塑性变形，断口成45度。
2.光学显微镜断口分析
通过金相显微镜下观察材料的显微组织、裂纹形态、夹杂物等
3.电镜断口分析
透射电镜在断口分析的应用
（1）观察断口形态
（2）分析断口上夹杂物或是第二相质点，并结合能谱分析
（3）为搞清楚断裂原因，将断口上切取金属薄膜进行透射电镜分析，研究引起断裂的质点形态、大小、分布及与母相间位向关系扫描电镜应用
扫描电镜放大倍数大，无需另外制样可用：
观察断口相貌
观察与断口成一定角度的剖面组织，研究断口形貌与显微组织之间的对应关系、裂纹走向、断裂机理。
配合能谱分析可进行断口夹杂物。第二相。微区成分分析
第三章延性断裂
延性断裂为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。延性断裂分两种，一种是韧窝-微孔聚集型断裂；另一种是滑移分类断裂。一些高强度材料其裂缝扩展阻力较小，对裂纹十分敏感，较小的裂纹
即可使其产生宏观脆性的低应力断裂，其断口为韧窝状，断裂机制是微孔聚
集型。
第一节韧窝断口的宏观形貌特征
微孔聚集型断裂：钢铁材料在外力作用下，因强烈滑移位错堆积，在变形大
的区域产生许多显微空洞，或者因为夹杂物破碎，夹杂物与基体金属界面的
破碎而形成许多微小孔洞。孔洞在外力作用下，不断长大、聚集形成裂纹直
至分离，其断口为韧窝断口。
韧窝断口是由纤维区、放射区、剪切唇（由内向外）。纤维区位于断口中央，
粗糙不平，纤维区由无数纤维状小峰组成，小峰的小斜面和拉伸轴成45度。
此外，高强度马氏体钢纤维区还有环状花样特征。
第二节韧窝断口的微观形貌特征
韧窝断口的微观特征是一些大小不等的圆形或是椭圆形的凹坑（即韧窝）
在韧窝内经常看到夹杂物或是第二相粒子。
凹坑形状有等轴韧窝、剪切韧窝和撕裂韧窝三种，其形状与应力状态。
等轴韧窝是圆形微坑，在拉伸正应力作用下形成的。应力在整个断口表面分布均匀。
剪切韧窝呈抛物线形，在剪切应力下显微孔洞沿剪切方向被拉长。剪切韧窝在
两个相匹配的断口表面上方向相反。剪切韧窝出现在拉伸或是冲击断口的剪切唇
部位。
