斷口分析資料講解

1、此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除1.彈性不匹配的裂紋形核：晶粒間由于取向，化學(xué)成分不同，彈性模 量是不一樣的，外部施加的應(yīng)力或內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力在兩個經(jīng)理內(nèi)產(chǎn)生 不同的彈性應(yīng)變，從而可能導(dǎo)致局部的高應(yīng)力，并通過形成裂紋加以 釋放。2,結(jié)晶固體中的塑性形變引起的裂紋形核： 低溫下的結(jié)晶材料，如金 屬和陶瓷，會發(fā)生剪切形變。從微觀結(jié)構(gòu)的層次來看，這是由單個位 錯的滑動（滑移）或大批的位錯協(xié)調(diào)移動（局部形變字生）引起的晶體 內(nèi)或晶粒內(nèi)的剪切形變。由此產(chǎn)生的剪切應(yīng)力可能局限在一個窄帶內(nèi)。 當(dāng)剪切帶遇到障礙，例如晶界或者第二相粒子，在剪切帶尖上會產(chǎn)生 很大的局部應(yīng)力，這就引起了裂紋形核。材料的晶體結(jié)

2、構(gòu)及外加應(yīng)力 的方向決定了滑移面或李生面的方向以及剪切發(fā)生的方向。裂紋形核的平面與材料的晶體結(jié)構(gòu)和“障礙”界面的強度密切相關(guān)。由于結(jié)晶 解理，裂紋產(chǎn)生在同一晶粒的剪切帶中。當(dāng)然裂紋也可能會產(chǎn)生在“障 礙”處，或者在材料中弱界面處，沿界面形成。高應(yīng)力集中也可能會 通過普通的塑性形變而不是裂紋形核釋放出來。 裂紋是否產(chǎn)生取決于 多個不同變量，包括剪切應(yīng)力大小、障礙的強度、形變動力學(xué)以及滑 移系的幾何性質(zhì)等。有些材料比較易碎，容易產(chǎn)生裂紋，是因為無法 釋放由于塑性形變所產(chǎn)生的高的應(yīng)力集中。3 .塑性孔洞聚合引起的裂紋形核：這種機制多發(fā)生于很多含有剛性顆 粒的延性固體中，具體細節(jié)取決于固體的微觀結(jié)構(gòu)。

3、當(dāng)受力變形時， 延性基體通過兩種方式產(chǎn)生形變：晶體材料的滑移，或者在非晶和半 結(jié)晶體材料中更為普遍的剪切過程，但其中的堅硬顆粒不會發(fā)生形變。此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除因此，隨著顆粒周圍產(chǎn)生的許多塑性孔洞，顆粒和基體開始分離。而 一旦形核，由于基體的進一步剪切或高溫下的擴散過程， 塑性孔洞會 不斷擴大。最終，不斷變大的塑性孔洞的應(yīng)力場會彼此交互作用，基 體剪切應(yīng)力逐漸集中到顆粒之間的區(qū)域， 導(dǎo)致其與基體的分離而形成 裂紋。裂紋是由不規(guī)則排列的多個聚集的塑性孔洞構(gòu)成的。這說明， 裂紋可能是由許多較小的裂紋形成的，在本例中指的就是剛性顆粒與 基體界面間的小裂紋。4

4、.界面滑移產(chǎn)生的裂紋形核：在足夠高的溫度下，多晶材料，或者更 準(zhǔn)確地說，球狀半結(jié)晶聚合物的形變原因是這些相對來說呈剛性的晶 體之間的滑移。由于熱活化過程的作用，材料在發(fā)生形變前，晶?；?者球晶會發(fā)生晶界弛豫，所以整個滑移過程就成為形變的主要模式。 當(dāng)三相點的晶粒棱角導(dǎo)致滑移過程中斷時， 材料上就會出現(xiàn)楔形裂紋。 在滑移過程中，位于晶界上的剛性顆?？赡軙?dǎo)致塑性孔洞的形核。這些塑性孔洞不斷擴展和聚集，在晶界上形成裂紋，這個原理和的塑 性孔洞的道理類似。5,交變應(yīng)力（機械疲勞）產(chǎn)生的裂紋形核：以上所述的裂紋形核的示例 都是由單調(diào)加載引起的。在單調(diào)加載條件下，當(dāng)施加循環(huán)應(yīng)力時，盡 管應(yīng)力尚未達到裂紋

5、產(chǎn)生和擴展的臨界水平，也會導(dǎo)致機械疲勞。循環(huán)應(yīng)力導(dǎo)致較小的形變，逐漸累積并最終產(chǎn)生裂紋。一般來說，滑動 或滑移是在一個主滑移面上進行的，而循環(huán)應(yīng)力則會導(dǎo)致其在幾個相 互緊鄰的平行平面的狹窄區(qū)域或窄帶內(nèi)來回滑動， 該區(qū)域被稱為永久 滑移帶。這時，由于晶體的滑動，表面上就會出現(xiàn)鋸齒和像裂紋一樣此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除的線，導(dǎo)致應(yīng)力逐漸集中，并最終在滑移帶內(nèi)的平面上產(chǎn)生裂紋。6 .導(dǎo)致試樣變形或產(chǎn)生其他裂紋前，就達到了使裂紋擴展的臨界應(yīng)力 值，裂紋就會擴展并產(chǎn)生斷裂，這時就應(yīng)該使用斷裂力學(xué)。如果情況 相反，則應(yīng)該使用損傷力學(xué)。這兩者的界定經(jīng)常會互相重疊。損傷力 學(xué)

6、中，如果研究的是單個裂紋在局部應(yīng)力環(huán)境下的擴展， 而非對所有 的應(yīng)力的擴展時，斷裂力學(xué)中的很多內(nèi)容是可以應(yīng)用到損傷力學(xué)中的。7 .隨著裂紋的擴展，應(yīng)力場也不斷變化，斷裂路徑保持平滑連續(xù)。對于脆性材料，由于裂紋的擴展方向垂直于局部最大拉應(yīng)力， 同時應(yīng) 力場也沒有應(yīng)力分量垂直于某個自由面，所以裂紋會以直角相交接 .8 .層狀復(fù)合材料的層間剪切斷口和巖石的宏觀剪切破壞-“梯形裂紋”； 各種化學(xué)和物理收縮過程產(chǎn)生的應(yīng)力-“泥裂”（陶器的釉質(zhì)層和油畫 涂料的脆性薄膜）。9 .解理面上形成的臺階是由于裂紋穿過螺型位錯造成的。10 .臺階合并與它對擴展中的裂紋前端的外形影響有關(guān)。在臺階上會產(chǎn)生新的平面，這個

7、過程需要消耗能量，導(dǎo)致臺階上產(chǎn)生對裂紋前段 的曳力，這樣裂紋就逐漸在臺階處彎曲擴展。11 .斷口表面形貌特征是由應(yīng)力場的條件而不是微觀結(jié)構(gòu)決定的。河 流花樣臺階形成于第二箱粒子和夾雜處。12 .大部分材料并不會呈現(xiàn)出鏡面光滑的表面特征。這主要是由兩個原因造成的：首先是微觀結(jié)構(gòu)特點，例如晶界、第二相粒子和增 強顆粒等，會使裂紋偏轉(zhuǎn)到不規(guī)則的路徑上；其次，由于不存在尖銳 的原生裂紋，或者原有裂紋因形變和微損傷過程致鈍，這樣，斷裂在此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除較高的應(yīng)力條件下才會發(fā)生，并釋放出大量的能量。13 .擴展裂紋前端的微裂紋形核和擴展：在擴展的裂紋周圍有一個高

8、 應(yīng)力場，這個高應(yīng)力場會造成微裂紋在裂紋前方的材料中萌生。這些微裂紋會各自生長并逐漸與主裂紋相連通。隨著應(yīng)力強度的增加，材料的體積也隨之增大，相應(yīng)的，損傷區(qū)的范圍也會擴大。由于在主裂 紋面以外二次裂紋的形核范圍不斷擴大， 材料斷口表面也越來越粗糙。14 .當(dāng)裂紋的速度和固體中的應(yīng)力波速度相差不遠時，裂紋周圍的應(yīng) 力分布就會改變。原本垂直作用于裂紋平面裂尖處的最大拉伸應(yīng)力， 會和裂紋平面之間形成一個角度， 結(jié)果就導(dǎo)致了裂紋分叉。通過對裂 紋分叉現(xiàn)象額觀察和分析，產(chǎn)生了一個新的概念“終端速度”限制， 有顯示，對于運動中的裂紋，當(dāng)其速度低于終端速度時，會受到幾種 不同的不穩(wěn)效應(yīng)的作用，利用這些不穩(wěn)效

9、應(yīng)，就可以解釋在實驗中觀 察到的現(xiàn)象。即在玻璃質(zhì)固體中，裂紋擴展速度較低的情況下，斷口 會出現(xiàn)粗糙表面。15 .單晶體雖然是均質(zhì)的，但是其物理和機械性質(zhì)中還是存在不同程 度的各向異性，例如彈性模量、剪切強度及最重要的解理強度。16 .材料各向異性對于斷裂行為的主要影響在于晶體中的解理可能在 平行于某個并不垂直于最大拉應(yīng)力方向的晶面上發(fā)生。（在對稱性較低的晶體上更為明顯一云母類層晶材料）。17 . 一個晶面能否沿某個特定的晶面開裂或解理，可以用這些晶面的 低表面能來解釋，而這種表面能又取決于原子鍵的強度和性質(zhì)。18 .密排六方（hcp）材料的延性取決于是否存在某種滑移系和李晶系，此文檔僅供學(xué)習(xí)和

10、交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除其位移向量不在基面內(nèi)。19 .當(dāng)裂紋擴展過程中與李晶相遇，裂紋穿過李晶會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時 解理面也會傾斜相應(yīng)的角度。裂紋擴展產(chǎn)生的應(yīng)力場也可能會形成李 晶，雖然李晶的生長決定于外加應(yīng)力的大小， 但裂尖的局部應(yīng)力可能 導(dǎo)致李晶的產(chǎn)生。在裂紋擴展的過程中，形成于裂紋前端的李晶會導(dǎo) 致裂紋的傾斜；在擴展裂紋旁邊產(chǎn)生的李晶會慢慢生長， 并和裂紋平 面相互影響，這樣也會使表面傾斜。在前者的情況下，斷口的兩個表 面都會傾斜，而在后者的情況下，只有裂紋所在的表面會發(fā)生傾斜。20 .裂紋鈍角相交，裂紋彼此交疊，臺階處產(chǎn)生細條；銳角相交，在 銳角交疊的分離處具有不規(guī)則刻

11、面的端口表面（方解石）。21 .解理斷裂是在正應(yīng)力作用產(chǎn)生的一種穿晶斷裂，即斷裂面沿一定 的晶面（即解理面）分離。解理斷裂常見于體心立方和密排六方金屬 及合金，低溫、沖擊載荷和應(yīng)力集中常促使解理斷裂的發(fā)生。面心立 方金屬很少發(fā)生解理斷裂。解理斷裂通常是宏觀脆性斷裂，它的裂紋 發(fā)展十分迅速，常常造成零件或構(gòu)件災(zāi)難性的總崩潰。22 .沿晶斷裂：當(dāng)金屬或合金沿晶界析出連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀脆性相 時，在外力的作用下，這些網(wǎng)狀脆性相將直接承受載荷，很易于破碎 形成裂紋并使裂紋沿晶界擴展，造成試樣沿晶界斷裂，它是完全脆性 的正斷。金屬材料中的裂紋沿晶界擴展而產(chǎn)生的一種斷裂。當(dāng)沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時又稱晶間

12、顆粒斷裂。 多數(shù)情況下沿晶斷裂屬于脆 性斷裂，但也可能出現(xiàn)韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。23 .剪切作用在薄橋?qū)由细菀装l(fā)生，如果橋?qū)雍穸鹊陀谂R界尺寸，此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除它會因剪切應(yīng)力而斷裂，而不發(fā)生解理。由于體心立方金屬材料的位 錯運動相對較為容易，因此橋?qū)訑嗔汛蟛糠质怯杉羟袘?yīng)力造成的。24 .解理裂紋沿著李晶-基體界面發(fā)生偏移，產(chǎn)生“舌狀結(jié)構(gòu)”。25 .當(dāng)兩個晶粒共享一個晶界時，當(dāng)解理裂紋在第一個晶粒內(nèi)擴展遇 到晶界時，可能會發(fā)生三種情況：第一種，裂紋會停止下來，不會繼 續(xù)擴展，或者說這些裂紋發(fā)生鈍化，變得不活躍；第二種。裂紋在晶 界處停止下來，由于裂

13、尖的高應(yīng)力，導(dǎo)致在相鄰晶界中產(chǎn)生一個新裂 紋，新裂紋的方向與老裂紋不同。在這種情況下，兩個裂紋在某一處 相交，材料要整體斷裂，需要在晶界處發(fā)生其他的斷裂過程（塑性撕 裂或者細尺度解理），晶界處大范圍的破壞使得多晶材料中裂紋擴展 的阻力增大了 ；第三種情況是一種特殊情況，即在第二個晶粒內(nèi)的解 理平面僅相對于第一個晶粒內(nèi)的解理平面發(fā)生親寫，裂紋連續(xù)擴展， 穿過晶界。26 .“準(zhǔn)解理”常用于形容精細尺度聚合的多相材料的脆性解理斷裂。27 .當(dāng)裂紋在外加載荷的影響下擴展時，裂紋會穿過由反射波產(chǎn)生的 復(fù)雜區(qū)域，這可能會引起斷裂路徑和裂紋速度的明顯變化， 并由此影 響到斷口表面的形貌。反射應(yīng)力波的重要性取

14、決于裂紋和應(yīng)力波的相 對速度，以及測試部件的尺寸。28 .瓦納線是由于在裂紋擴展過程中，垂直于裂紋所在平面的一些微 擾動造成的，這些擾動是由裂紋產(chǎn)生的應(yīng)力波引起的。29 .較長尺度的原生尖裂紋。當(dāng)逐漸加載時，位于裂紋尖端的應(yīng)力不 斷增加。這可能導(dǎo)致某些局部發(fā)生塑性形變， 形變的程度取決于微觀此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除形變過程的難易程度以及載荷增加的速度（還有一些其他的因素）?？?以假設(shè)有三種可能：第一，沒有產(chǎn)生塑性形變，裂紋尖端保持原子尺 度的尖銳。斷裂處的載荷和 Kc值較低。第二，有一些塑性形變或者 微觀裂紋破壞發(fā)生，裂尖鈍化。斷裂載荷不斷增加直到應(yīng)力高到一

15、定 程度使得塑性區(qū)產(chǎn)生尖裂紋，從而導(dǎo)致裂紋的加速擴展，Kc值較高。第三，塑性形變導(dǎo)致形變控制的裂紋擴展，通常也稱為“穩(wěn)態(tài)”裂紋 擴展。裂紋擴展所需載荷比非穩(wěn)態(tài)擴展時所需的載荷要小。最終，裂 紋的長度會達到臨界值，使得裂紋尖端的應(yīng)力大到足夠引發(fā)非穩(wěn)態(tài)擴 展。30 .在原子尺度，當(dāng)一個區(qū)域的溫度為熔點溫度的3/10倍時，就會發(fā) 生表面擴散導(dǎo)致的局部重排。因此，較高溫度形成的斷口表面與較低 溫度相比，更容易受到重構(gòu)的影響。（掃描電子顯微鏡，入射電子束 會產(chǎn)生大量的熱量，可能導(dǎo)致原位表面重構(gòu)，通過使用低溫載物臺可 以使問題最小化）31 .如果材料中含有在周圍環(huán)境下不穩(wěn)定的相或其他組分時，材料的斷裂會使不穩(wěn)定相暴露出來并發(fā)生分散，從而在表面上留下小孔。這種相的影響并不總是很