金属脆性断口微观形貌特征
发布:hj9411 | 发布时间: 2008年5月4日1、解理断口
解理断裂常发生于低温、高应变速率、应力集中及粗大晶粒的条件下,裂纹一经形成,便会迅速扩展。因为解理的存在取决于晶体结构,并且它沿着十分确定的原子面扩展,所以,宏观观察解理断口是十分平滑的,相邻的区域没有塑性变形,而在电镜下观察每一个解理小刻面,发现这些小刻面并不是一个单一的解理面。金属解理断口的微观形貌最主要特征是河流花样。
河流花样的形成是因为解理并非沿单一的结晶学平面进行,而是沿着相互平行的许多平面以不连续的方式开裂的。不在一个平面上的解理裂纹在向前扩展时,通过二次解理或与螺型位错相交时产生割阶,即解理台阶。解理台阶在裂纹扩展过程中逐渐会合,直至最后断裂。河流花样就是裂纹扩展中的解理台阶在微观断口上的表现。裂纹源在河流的上游,顺流方向即裂纹扩展方向。
晶界常使解理断口呈现更复杂的形态。当解理裂纹通过小角度倾斜晶界时,由于小角度晶界由刃型位错组成,其两侧晶体仅相互倾斜一小角度,且有公共交截线,则它们对河流花样的穿过不产生多大影响,裂纹能穿过晶界,“河流”能连续地延伸到相邻晶粒内。
当解理裂纹通过扭转晶界时,因晶界由螺位错组成,其两侧晶体以边界为公共面转动一小角度,使两侧解理面存在位向差,故裂纹不能连续通过晶界而必须重新形核,在晶界处形成新的“河流”,产生河流激增。当裂纹穿过大角度晶界时也形成大量“河流”。
解理断裂的另一微观特征是舌状花样,因其在电子显微镜下类似人的舌头而得名。在体心立方金属中,在主解理面{100}上扩展的裂纹与孪晶面{112}相遇时,裂纹在孪晶处沿{112}面产生二次解理(即二次裂纹),而孪晶以外的裂纹仍沿{100}扩展,二次裂纹沿孪晶面扩展,超过孪晶再沿{100}面继续扩展。因此,获得形似舌头的特征花样。
2、准解理断口
这种断口常出现在淬火回火的高强度钢中,有时也出现在贝氏体组织的钢中。其微观形貌特征具有河流花样、小解理刻面,以及由隐蔽裂纹扩展接近产生塑性变形所形成的撕裂棱,有时也有舌状花样。因此。准解理裂纹即具有解理断口的形貌特征,又具有韧性断口的形貌特征(韧窝、撕裂棱),故其断口的微观形貌是介于解理断口与韧性断口之间的一种断口形貌。
准解理断口与解理断口的区别表现在:准解理裂纹多萌生于晶粒内部的空洞、夹杂物、硬质点处,而解理裂纹则萌生在晶粒的边界或相界面上。
裂纹传播的路径不同,准解理是裂纹向四周扩展,裂纹的扩展从解理台阶逐渐过渡向撕裂棱,相对于解理裂纹要不连续得多,而且多是局部扩展。解理裂纹是由晶界向晶内定向扩展,表现出河流走向。
准解理小刻面不是晶体学解理面。调质钢的准解理小刻面的尺寸比回火马氏体的尺寸要大得多,与原奥氏体晶粒尺寸相近。解理与准解理之间的主要区别见下表。
解理与准解理断裂的区别
| 名 称 | 解 理 | 准 解 理 |
| 形核位置 | 晶界或其他界面 | 夹杂、空洞、硬质点、晶内 |
| 扩展面 | 标准解理面 | 不连续、局部扩展、碳化物及质点影响路径、非标准解理面 |
| 连续 | 二次解理面解理、撕裂棱 | 撕裂棱、韧窝 |
| 断口形态尺寸 | 以晶粒为大小,解理平面 | 原奥氏体晶粒大小,呈凹盆状 |
3、沿晶断口
沿晶脆性断裂是沿晶粒界面所发生的断裂,断口的微观特征是晶界面上相当平滑,整个断面上多面体感很强,没有明显塑性变形,具有晶界刻面(小平面)的“冰糖状”断口形貌,冰糖块状恰好反映出晶粒这种多面体的特征。
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