如何阅读材料裂纹和断裂分析

断裂是工程材料的主要破坏模式之一。 工程结构或部件的破裂会造成重大的经济损失甚至人员伤亡。 如何提高材料的抗破裂能力，避免破裂事故仍然是人们广泛关注的话题。

任何破裂过程都由裂纹产生和扩展两个过程组成。 破裂的研究主要集中于破裂过程的机理及其影响因素。 目的是在了解破裂过程的基础上制定合理的措施，实现有效的破裂控制。

如何理解材料的裂纹和断裂分析，小编为您整理了一些知识点。

裂纹和断裂的性质

01裂纹

不稳定缺陷是完整金属的个别薄弱部分在偏转作用下发生局部断裂而引起的。

直接破坏材料的连续性

挠度集中（大多数裂纹有尖锐的末端）

▶在实际的金属零件中，各种类型的微裂纹是不可避免的。

▶可能在加工或使用过程中形成，并在特定负荷或环境条件下逐渐形成和生长。 一旦膨胀到临界规格，该部件将被完全破坏——破裂！ 通过无损检测，内部裂纹或缺陷超过根据破裂热理论估计的临界规格的零件应该报废！

02 骨折

金属预制构件在偏转作用下分离成两个或多个不相连的部分。 断裂处暴露的自然表面（即裂纹所扫过的区域）称为断裂。

直接记录破裂过程相关信息

确定失败原因的有力证据

金属材料的破裂过程：

裂纹萌生 ➡ 裂纹扩展 ➡ 断裂

破裂失效模式的分类

金属预制构件在制造、成型或使用阶段可能会破裂或引发裂纹。 受不同环境诱因和承载条件的影响，裂纹可能扩展直至破裂。

按塑性变形程度分类

硬度裂纹

材料破裂之前和破裂过程中发生显着宏观塑性变形的破裂。

1、断口上产生许多杯状多孔凹坑钢结构脆性断裂，称为韧窝，故又称“韧窝断裂”（微）；

2、断口呈杯状、锥状。 杯锥底面垂直于主挠度，工件平行于最大剪切挠度并与主挠度成45°；

3、断口呈纤维状，颜色发暗（宏观）；

延性断裂

材料破裂前基本不发生明显的宏观塑性变形钢结构脆性断裂，表现为突然破裂。

1、材料或预制构件存在宏观裂纹为“源”；

2、中低硬度钢的脆性断裂事故通常发生在较低湿度（10~15℃以下）下，而高硬度钢则没有明显的温度影响；

3、断口平整、光亮、与正偏转方向垂直。 断口表面常有人字纹或放射状纹（宏观）。

一般来说，材料的断面收缩率小于5%为硬度断裂，大于5%为韧性断裂。

按破裂机理分类

剪切断裂

金属材料在剪切挠度作用下沿滑移面滑动分离而引起的断裂。 分为纯剪切断裂和多孔团聚断裂。

纯剪切破裂

完全由滑流引起的断裂可以在单个纯银金属中形成，尤其是单晶金属。

多孔骨料破裂

1、断裂前形成显着的宏观变形，且过程平缓；

2、宏观断口：常呈暗红色、纤维状；

3、显微断口：断口上分布有大量“韧窝”。 凹痕形态取决于偏转状态。

解理断裂

由裂纹沿解理面形核和扩展引起的延性断裂。 常见于体心立方和六方密排金属和合金中。

1、解理面通常是折射率低或表面能最低的晶面；

2、宏观断口：平坦、光亮，常呈放射状或结晶状；

3、显微断口：解理台阶、河流纹、舌状纹。 微观断口由许多大致相当于碳化物尺寸的解理面组成。

根据裂纹扩展路径

穿晶破裂

裂纹穿过晶体，可以是硬的，也可以是延展的。

沿晶断裂

裂纹沿氢键扩展，多为脆性断裂。 碳化物粗时，如山竹； 当碳化物较小时，断口呈细颗粒状，断口颜色较纤维状断口明亮。 其形成的原因是氢键上的韧性第二相膜或杂质元素的偏析。