断裂失效分析 续 图文.doc

理化检验 -物理分册 　　　　　　 P TCA (PA R T :AP H YS. TEST. 　　　　　 20045年 第 41卷 　 8
专题讲座
断裂失效分析 (续
FRAC TU R E FA IL U R E ANAL Y在强光下转动时 , 可见到闪闪发光的特 征 。 图 2为解理断口上见到的小刻面特征 。 在多晶 体中 , 由于每个晶粒的取向不同 , 尽管宏观断口表面 与最大拉伸应力方向垂直 , 但在微观上每个解理小 刻面并不都是与拉力方向垂直 。
典型的解理小刻面上有以下微观特征 :解理台 阶 、 河流花样 、 舌状花样 、 鱼骨状花样 、
扇形花样及瓦

图 2　 解理断口上的小刻面
Fig. 2　 Facets in the cleavage f racture
纳线等 。 图 3中 A 区域以及 B 区域所指的河流花
样中的每条支流都是解理台阶 。 弄清解理台阶的特
征及其形成过程 , 对于理解与解释解理断裂的主要 微观特征 — — — 河流花样 , 是非常重要的
。
　 解理小刻面的微观形貌
A — — — 台阶 　 B — — — 河流花样
Fig. 3　 Micro appearance of cleavage facets
(1 解理台阶 　 解理裂纹与螺位错相交割而形
成台阶 。 设晶体存在一个螺位错 , 当解理裂纹沿解
理面扩展时 , 与螺位错交截 , 产生一个高度为柏氏矢 量的解理台阶 , 如图 4所示
。
(a 　 裂纹 AB 向螺位错 CD
　　　 扩展
　 (b 　 裂纹与螺位错 CD 　
　　 交割 , 形成台阶
图 4　 解理台阶的形成过程示意图
ig. 4　 Schematic diagram of cleavage step s forming process
解理台阶形成的途径主要有两种 :一种是解理 台阶在裂纹扩展过程中 , 要发生合并与消失或台阶 高度减小等变化 , 如图 5所示 。 其中图 5a 表示具有 相反方向的解理台阶 , 合并后解理台阶消失 ; 图 5b 表示具有相同方向的解理台阶 , 合并后解理台阶增 加 ; 另一种是通过次生解理撕裂的方式形成台阶 。 两个相互平行但处于不同高度上的解理裂纹可通过 次生解理或撕裂的方式互相连接而形成台阶 , 如图 6所示 。
(2 河流花样 　 解理裂纹扩展过程中 , 台阶不
断地相互汇合 , 便形成了河流花样 , 如图 3所示 。 河
流花样是解理断裂的重要微观形貌特征 。
在断裂过程中 , 台阶合并是一个逐步的过程 。
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理化检验 -物理分册 钟培道 :断裂失效分析 (续

(a 　 异号台阶汇合 　　 (b 　 同号台阶汇合
图 5　 解理台阶相互汇合示意图
Fig. 5　 Schematic diagram of cleavage step s
converged each other
(

(b 　 通过撕裂而形成台阶
图 6　 通过次生解理或撕裂而形成台阶
Fig. 6　 The cleavage step s is formed by secondary cleavaging or tearing
许多较小的台阶 (即较小的支流 到下游又汇合成较 大的台阶 (即较大的支流 , 见图 7所示 。河流的流 向恰好与裂纹扩展方向一致 。 所以根据河流花样的 流向 , 判断解理裂纹在微区内的扩展方向 。
图 7　 河流花样形成示意图
Fig. 7　 Schematic diagram of the river pattern is formed
(3 舌状花样 　 解理舌是解理面上的典型特征 之一 , 它的显微形貌为舌状 , 见图 8。
解理舌的形成与解理裂纹沿变形孪晶与基体之 间的界面扩展有关 。 此种变形孪晶是当解理裂纹以 很高的速度向前扩展时 , 在裂纹前端形成的 。 (4 其它花样 　① 扇形花样 , 在很多材料中 , 解理面并不是等轴的 , 而是沿着裂纹扩展方向伸长 , 形成椭圆形或狭长形的特征 , 其外观类似扇形或羽 毛形状 ; ②鱼骨状花样 , 在解理面上 , 有时可以见到 类似于鱼骨状花样

。
图 8　 舌状花样
Fig. 8　 Tongues
3. 2
。准解理的形成过程如图 9所 示 。 首先在不同部位 (如回火钢的第二相粒子处 , 同时产生许多解理裂纹核 , 然后按解理方式扩展成 解理小刻面 , 最后以塑性方式撕裂 , 与相邻的解理小 刻面相连 , 形成撕裂棱

。
图 9　 准解理裂纹形成机理示意图
Fig. 9　 Schematic diagram of f