机械装备缺陷与失效分析：金属断裂的类型有哪些？ / 开普饭

失效分析基础知识丨金属断裂的类型

根据不同的特征将断裂分为以下几类。

1．韧性断裂与脆性断裂断裂

按照材料断裂前所产生的宏观塑性变形量大小,断裂类型通常分为韧性断裂和脆性

（1）韧性断裂

韧性断裂又称为延性断裂或塑性断裂,断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形。在工程结构中,韧性断裂一般表现为过载断裂,即零件危险截面处所承受的实际应力超过了材料的屈服强度或抗拉强度而发生的断裂。韧性断裂有一个缓慢的撕裂过程,在裂纹扩展过程中不断消耗能量,断裂面一般平行于最大切应力方向并与主应力成45°角,用肉眼或低倍显微镜观察时其断口呈暗灰色、纤维状,如低碳钢拉伸试样的杯状断口。纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的,而暗灰色泽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口是典型的韧性断裂,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,这三个区域实际上是裂纹形成区、裂纹扩展区和剪切断裂区,通常称它们为断口三要素,如图1所示。

图1 单向断口三个区域的示意图

对于同一种材料,韧性断口三区域的形态、大小和相对位置,因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。一般来说,材料强度提高,塑性降低,则放射区比例增大;试样尺寸加大,放射区增大明显,而纤维区变化不大。因此,试样塑性的好坏根据这三区域的比例就可以确定。如放射区较大,则材料的塑性低,因为这个区域是裂纹快速扩展部分,伴随的塑性变形也小。反之,对于塑性好的材料,必然表现为纤维区和剪切唇占很大比例,甚至中间的放射区可能消失。

(2)脆性断裂

脆性断裂的特征是断裂前基本上不发生明显的塑性变形,没有明显征兆,因而危害性很大。脆性断裂时承受的工作应力很低,一般低于材料的屈服强度,因此,人们把脆性断裂又称为低应力脆性断裂。脆性断裂通常在体心立方和密排六方金属材料中出现,而面心立方金属材料只有在特定的条件下才会出现脆性断裂。

脆性断裂的裂纹源总是在内部或表面的宏观缺陷处,温度降低时脆性断裂倾向增大。脆性断裂的断口平齐而光亮,常呈结晶状或放射状,且与正应力方向垂直。这些放射状条纹汇聚于一个中心,这个中心区域就是裂纹源,断口表面越光滑,放射条纹越细,这是典型的脆性断裂形貌。光滑圆形试样的放射区一般都是从某边缘处起始而遍布整个断面,如图2所示。如果是无缺口的板状矩形拉伸试样,则其放射区呈人字形花样,人字的尖端指向裂纹源,如图3所示。