《金属力学性能测试》课件——静载荷下断口的宏观形貌特征.pptxVIP

静载荷下断口的宏观形貌特征《金属力学性能测试》

静载荷下断口的宏观形貌特征

光滑圆柱试样的拉伸断口断口特征三要素纤维区放射区/辐射区剪切唇区

纤维区往往位于断口的中央，呈粗糙的纤维状圆环形花样。光滑圆柱试样的拉伸断口（一）纤维区裂纹起源于纤维区，并在此区中缓慢地扩展，当达到一定尺寸后，裂纹开始快速扩展（或称失稳扩展）而形成放射区，最后由于有效截面减小，至试样表面附近时，裂纹前端应力状态由三向应力逐渐变为平面应力状态，所以在试样表面形成了属于韧性断裂的剪切唇。整个断口呈杯锥状，故常称为杯锥状断口。

光滑圆柱试样的拉伸断口（一）纤维区纤维区所在平面（即裂纹扩展的宏观平面）垂直于拉伸应力方向，仔细观察断口上的纤维区，常可看到显微空洞和锯齿状形貌，其底部的晶粒被拉长像纤维一样。

光滑圆柱试样的拉伸断口（二）放射区有放射花样特征放射线平行于裂纹扩展的方向，而且垂直于裂纹前端（每一瞬间）轮廓线，并逆指向裂纹起始点。放射花样也是由材料的剪切变形所造成的。这时材料的宏观塑性变形量很小，表现为脆性断裂。但在微观局部区域，仍有很大的塑性变形。所以放射花样是剪切型低能量撕裂的一种标志。沿晶断裂或解理断裂一般也包括在快速破坏的放射区内。材料越脆，放射线越细。

光滑圆柱试样的拉伸断口（三）剪切唇区剪切唇区在断裂过程的最后阶段形成，其表面平滑，与拉应力方向约呈45°角，通常称为“拉边”。在剪切唇区域内属于韧性断裂区。当试样形状、尺寸和材料性能不同，以及试验温度、加载速度和受力状态不同时，断口三个区域的形态、大小和相对位置都会发生变化。一般来说，材料强度增加，塑性降低，则放射区所占比例增大；试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大；缺口的存在不但改变了断口中各区所占比例，而且裂纹成核位置也将发生改变。

缺口圆柱试样的拉伸断口带缺口的圆柱试样，由于缺口处的应力集中，裂纹直接在缺口或缺口根部产生。其纤维区沿圆周分布。裂纹将从该处向试样内部扩展。若缺口较钝，则裂纹仍可首先在试样中心形成。但由于试样外表受到缺口的约束而大幅度抑制了剪切唇的形成。最终断裂区一般较其他部位的断口表面要粗糙得多。

缺口圆柱试样的拉伸断口由于试样或构件在缺口处的应力集中，约束增大而造成的脆断，称为缺口脆性。若缺口试样的裂纹以不对称的方式由缺口向内部扩展时，断口形态较为复杂。初始阶段可能是纤维状的，第二阶段则可能是放射状的。当初始阶段与第二阶段相交接时，它便停止发展。放射线及最终破断区明显可见。

矩形试样的宏观断口正方形试样的裂纹源位置与试样表面相对称，其纤维区呈圆形。但矩形扁平试样的中央纤维区变成椭圆形，而放射区则变为“人字形”花样。这是由于试样几何形状的改变，使裂纹主要沿宽度方向扩展的缘故。人字形花样的尖端指向裂纹源。最后破坏区仍为剪切唇区。

矩形试样的宏观断口实际构件的断口，其人字纹并不完全是直线状的，而是弯曲的。它是由一系列从板的中心向外发射的撕裂棱线所组成的，人字纹的顶点是裂纹源，人字的两撇表示裂纹扩展的方向。人字纹花样是脆性断裂的最主要宏观特征。

断口的宏观形貌特征

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