脆性断裂

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我看到一个断口是脆性的，都有哪些因素会造成此种失效
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! {# n8 w, I" N+ C8 V  A5 v1 P% D[ 本帖最后由 1135026 于 2009-1-21 15:17 编辑 ]

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有应力集中的也有疲劳断裂的，也有可能是氢脆的，还要看是什么材料等等

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不清楚是什么材料，一般脆性断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后, 断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏。
钢材/钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果,主要是以下几方面:
(1) 钢材质量差：碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高，晶粒较粗，夹杂物等冶金缺陷严重，韧性差等。
' r# u0 ^* i9 |(2) 结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
/ C" z) ^7 {" Q( `9 O+ R* ](3) 制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错,焊接缺陷大,残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
# M% W3 @& z% X  F: w3 T(4) 结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。随着加荷速度增大,屈服点将提高而韧性降低。特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时,材料的脆性将显著增加。
: `' Y( D+ V: A' B( z5 p  (5) 在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。这种性质称为低温冷脆。不同的钢种，向脆性转化的温度并不相同。同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。所以,这里所说的"低温"并没有固定的界限。钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的。
  (6) 组织缺陷：对于一些高碳钢、马氏体钢等类型，由于轧后冷却不当产生淬火组织（马氏体等），又没有采取退火等措施，导致钢材韧性、塑性极差产生脆性断裂。
  (7) 疲劳断裂：
# x  w; B+ p0 G& z3 O+ x2 g钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度时，也可能发生突然破坏。疲劳破坏是经过长时间的发展过程才出现的，其破坏过程可分为三个阶段：裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、最后迅速断裂而破坏。高强度钢很容易产生疲劳断裂（氢致断裂）。

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断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。
. y+ b- `% t4 P& v9 S: F4 R+ |根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。
        多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。
5 Q; {; D, s/ }5 R        按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。    对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。
' n/ I" |$ C3 {3 g2 [        通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。
剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。
        根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。
        按受力状态、环境介质不同，又可将断裂分为静载断裂(如拉伸断裂、扭转断裂、剪切断裂等)、冲击断裂、疲劳断裂；根据环境不同又分为低温冷脆断裂、高温蠕变断裂、应力腐蚀和氢脆断裂；而磨损和接触疲劳则为一种不完全断裂。
4 E4 I, g* u4 k        常用的断裂分类方法及其特征见下。
/ B5 _  I0 J4 @  d% H! ]& b( ]由于脆性断裂是一种“爆发病”，常导致灾难性后果，而绝大多数的断裂又因疲劳而引起。

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断裂分类及其特征

分 类 方 法	名     称	特      征
根据断裂前塑性变形大小分类	脆性断裂	断裂前没有明显的塑性变形，断口形貌是光亮的结晶状 % Z3 E: d$ X. X
	韧性断裂	断裂前产生明显的塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维状
根据断裂面的取向分类	正断	断裂的宏观表面垂直于σmax方向
	切断	断裂的宏观表面平行于τmax方向 # }" {1 y0 T; @9 b1 D1 U/ M) F9 O0 o
根据裂纹扩展的途径分类	穿晶断裂	裂纹穿过晶粒内部 " X! Q/ D. _' r. A; C
	沿晶断裂	裂纹沿晶界扩展
根据断裂机理分类	解理断裂	无明显塑性变形 沿解理面分离，穿晶断裂 & K) D) [  v- R8 \5 J7 T4 y
	微孔聚集型断裂	沿晶界微孔聚合，沿晶断裂 在晶内微孔聚合，穿晶断裂
	纯剪切断裂	沿滑移面分离剪切断裂（单晶体） 通过缩颈导致最终断裂（多晶体、高纯金属）

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脆性断裂是按宏观特征（有无明显塑性变形）判定的。

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也有可能跟金属本身的组织结构有关。而且对于一些特殊的合金，感觉宏观断口形貌在说明是脆性断裂还是韧性断裂上有时候会遇到一些问题。