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脆性断裂的微观机理及形貌特征

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:脆性断口有解理断裂和准解理断裂两类。因此,可根据河流花样的流向,判断解理裂纹在微观领域内的扩展方向。解理舌也是解理断裂的典型微观形貌特征之一。准解理断裂 准解理属于解理断裂,但有以下特点。准解理断裂其断裂基本过程一般在一个个小断面内进行,称该小断面为准解理小断面。准解理断裂的裂纹源常来自小断面内部的微观结构缺陷,如孔洞、夹杂等。因此,准解理断裂比解理断裂具有较明显的塑变。

脆性断裂的微观机理及形貌特征

脆性断口有解理断裂和准解理断裂两类。

(1)解理断裂 解理(包括准解理)断裂在金属断裂故障中是经常遇到的,解理断裂不产生或很少产生塑变。典型的解理断口电子显微照片见图5-4,其特征如下:

1)解理面与解理台阶。解理断裂很少沿一个晶面开裂;多数情况下,解理裂纹跨越若干个相互平行的解理面,且以不连续的方式开裂。如果解理断裂是沿着一族相互平行(具有相同晶面数)、位于不同高度的晶面扩展,则在不同高度的平行解理之间可能形成解理台阶(图5-4中A处);当解理裂纹由一个晶粒向相邻晶粒扩展时,两晶粒的交界处也将形成台阶。

2)河流花样。解理裂纹扩展过程中,众多交汇的台阶便形成“河流花样”。这是解理断口最重要的微观形貌特征。通常,河流花样起源于晶界和孪晶界处。河流花样在裂纹扩展时倾向于合并(图5-4中B处):在其“上游”的许多较小的台阶汇合成较大的台阶;而到“下游”较大的台阶又汇合成更大的台阶。河流的流向正好与裂纹扩展的方向一致。因此,可根据河流花样的流向,判断解理裂纹在微观领域内的扩展方向。并且在解理裂纹由一个晶粒向相邻晶粒扩展穿过晶界时,如晶粒的位向相差不大,即解理裂纹前沿穿过晶界时变化不大,如越过倾斜晶界时,河流花样仍呈连续变化,仅由一个晶粒延伸到下一个晶粒,如图5-5a所示;但解理裂纹穿过扭转晶界时,扭转作用使相邻晶界面出现某一角度的位向差,这使裂纹不能简单地越过晶界,而必须重新形核并沿着新组成的解理面扩展区,致使台阶激增,河流线增多,如图5-5b所示。

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图5-4 解理断口电子显微照片

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图5-5 河流花样与倾斜及扭转晶界的关系

a)倾斜晶界 b)扭转晶界

3)解理“舌”状花样。解理舌也是解理断裂的典型微观形貌特征之一。如图5-4中CD处所示。它是解理裂纹沿形变孪晶—基体界面扩展时发生的;而形变孪晶又是当解理裂纹以很高扩展速度(并常在低温条件)下发生的。

4)二次裂纹。它几乎在所有解理断口(电子金相图)上呈现。如图5-4中E处所示,二次裂纹是与主裂纹面呈某一角度的裂纹分枝。(www.xing528.com)

(2)准解理断裂 准解理属于解理断裂,但有以下特点。

1)准解理小断面。准解理断裂其断裂基本过程一般在一个个小断面内进行,称该小断面为准解理小断面。而解理断裂则以河流花样等形态穿晶界扩展,不呈现这种小断面。

2)裂纹源在准解理小断面内部。准解理断裂的裂纹源常来自小断面内部的微观结构缺陷,如孔洞、夹杂等。而解理断裂常起源于解理面的边界。准解理小断面内裂纹源可不止一个。

3)裂纹扩展呈放射状。准解理断裂的裂纹源扩展,常由小断面内部呈放射但不连续河流状向小断面边界扩展。当多裂源扩展时,几条放射线相互连接时撕裂而形成许多撕裂棱,并使准解理小断面稍向内凹。因此,准解理断裂比解理断裂具有较明显的塑变。

准解理断裂在回火马氏体钢中常可发现,其准解理小断面的取向不一定沿铁素体的解理面断裂,也不沿马氏体针方位扩展延伸,而是在多个方向散射解理,但总是在各自的小断面内进行。

准解理断裂典型形貌如图5-6所示。

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图5-6 准解理断裂典型形貌

a)照片图 b)示意图

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