冲击断裂的宏观与微观特征分析

4340 钢（类似国内40CrNi2Mo）常温与低温冲击断裂样品的断口形貌见图2-56 与图2-57。

图2-56　4340 钢室温21 °C V 形缺口样品冲击断口宏观与微观形貌照片（冲击功66 J）[4]

图2-57　4340 钢室温－40 °C V 形缺口样品冲击断口宏观与微观形貌照片[4]

从宏观形貌照片可以看到，不论低温冲击还是常温冲击，裂纹源均在缺口根部表面处。常温冲击样品在裂纹源区域与裂纹扩展区域，微观形貌均是韧窝状形貌，说明断裂机制属于微孔聚合机制。当温度降低到－40 °C，冲击功大幅度降低，说明处于脆性转变温度之下，这时在裂纹源处仍然是韧窝状断口，说明裂纹形成仍然是微孔聚合机制，但是在裂纹扩展区域，微观断口形貌发生明显变化，形成解理与微孔聚合混合断裂机制。因为裂纹形成后快速扩展时，裂纹尖端处于三向应力状态，容易脆性断裂。对比宏观与微观断口形貌得到以下信息：

（1）冲击功可认为是裂纹的启裂功与裂纹扩展功之和。温度降低冲击功下降的原因是裂纹扩展功降低。扩展功降低的原因是：裂纹扩展时微观机制变化，从微孔聚合机制转变为解理＋微孔聚合混合机制。

（2）常温冲击的宏观断口与微观断口比较，一个明显的区别是常温断口的剪切唇面积较大。如果韧性材料制备的零部件，失效时发现类似冲击断口，且剪切唇较小，可以怀疑处于低温服役或内部有微裂纹。同时可以推测裂纹扩展机制是混合机制。(www.xing528.com)

采用 50CrVA 材料制备成冲击试验样品；处理工艺860 °C×30 min 油冷＋470 °C×60 min 回火，空冷冲击功21 J。冲击断口宏观形貌见图 2-58。对裂纹源与裂纹扩展区域进行微观形貌观察，结果见图2-59。

图2-58　50CrVA 材料淬火＋回火冲击试样断口照片

图2-59　50CrVA 材料淬火＋回火冲击试样断口微观形貌照片

对比图2-57、图2-58、图2-59 可以看到，由于材料成分不同，处理工艺不同，冲击韧性产生差别，导致断口微观形貌有明显差别。