韧性断裂的断口及其分析

　　韧性断裂又称为延性断裂、塑性断裂，是指断裂前发生明显宏观塑性变形的 断裂。当韧性较好的材料所承受的载荷超过了该材料的强度极限时，就会发生韧 性断裂。杯锥状宏观断口的微观形貌为韧窝断口。对某些单晶体，拉伸是可沿滑 移面分离而导致剪切断裂，如图3-5所示。这种断裂是在切应力作 用下位错沿滑移面滑移，最终沿滑移面断裂，则断裂的表面是金 属的滑移面。这种韧断过程与空洞的形核长大无关，故在断口上 看不到韧窝。对高纯金属多晶体，产生缩颈后试样中心三向应力 区空洞不能形核长大，故通过不断缩颈使试样变得很细（圆柱试 样或薄板试样），最终断裂时断口接近一个点或一条线。

　　韧性材料光滑圆柱拉伸试样断裂的宏观形貌为杯锥状断口， 这种断口一般由纤维区、放射区及剪切唇三部分构成，如图3-6 所示。纤维区、放射区、剪切唇通常称为断口的三要素。韧性材料光滑圆柱拉伸试 样拉伸时，材料屈服后产生宏观的塑性变形，就会出现缩颈，由于缺口效应产生 应力集中，并在试样中出现三向应力，从而导致孔洞在夹杂或者第二相边界处形 核、长大和连接。在试样中心形成很多很小的裂纹，它们扩展并互相连接就形成 锯齿状的纤维区。中心裂纹向四周放射状的快速扩展就形成放射区。在放射区中 往往存在平行于裂纹扩展方向的放射线（如材料韧性好则不在放射区）。当裂纹 快速扩展到试样表面时，由于试样剩余厚度很小，变为平面应力状态，从而剩余 的表面部分剪切断裂，断裂面沿最大剪切应力面，故与拉伸轴成45。。对板状试 样，中心纤维区呈椭圆，放射区呈人字花样，其尖端指向裂纹源，最外面是45。 的剪切唇。如存在缺口，孔洞和微裂纹就从缺口处形核，试样中心则是断裂区， 这时不可能获得理想的杯锥状断口。
　　孔洞形核长大并连接就导致韧断，在断口上就显示出韧窝结构，如图3-7所 示。对实际的材料，往往存在夹杂、碳化物和第二相，空洞择优在这些粒子处形 核，故在断口上有很多韧窝的底部存在这些粒子。微空洞也可在基体上形核，这 时韧窝的底部就不存在第二相，韧窝的形状、大小和深浅受很多因素的影响，如 成核粒子的大小及分布，材料的形变能力以及外界因素，如应力大小、温度、变 形速度等。