用肉眼或放大倍数一般不超过30倍的放大镜及实物显微镜来观察断口的分析方法称为宏观断口分析。断口的宏观分析,能够了解断裂的全过程,有助于确定断裂过程和构件几何结构间的关系,并有助于确定断裂过程和断裂应力间的关系。其任务在于判定断口的特征、形貌(划分几个性质不同的区域)、裂纹源的位置以及可能破坏的原因等。

实际构件受力状态复杂,断裂原因也多种多样,因此宏观断口形貌也比较复杂。观察际构件的宏观断口时,应注意观察断口是否存在放射花样或人字纹,它表征裂纹在该区作不稳定地、快速地扩展,沿着人字纹尖顶可找到裂纹源位置。根据放射区与纤维区的相对比例,可大致估计断裂性质,放射区或人字纹区所占比例愈大,则脆性愈大。观察断口是否存在弧形迹线,在裂纹扩展过程中,由于应力状态变更,断裂方式改变以及裂纹扩展速度明显变化时,其裂纹扩展前沿线就会在断口上留下这种弧形线痕迹。疲劳断口上的同心圆就是这种弧形迹线,找到了同心圆弧线,就可顺着圆心方向找到疲劳源。观察断口的粗糙程度,不同材料、不同断裂方式,其粗糙度不同。断口愈粗糙,表明韧性纤维断裂所占比重愈大;反之,断口细平、多光泽,则解理断裂所占比重大。观察断口的光泽与颜色,断口暗灰色表明裂纹扩展过程中塑变变形大。若断裂过程中断面间存在相对摩擦或受到氧化、腐蚀等作用时,断面上的腐蚀产物及颜色会发生很大变化。观察断口在最大正应力方向的交角,脆性断裂时,断口与最大正应力方向垂直,而纯剪切断裂的断口与最大切应力方向平行,但纤维区的宏观平面与最大正应力方向垂直。下表列出了几种重要断裂方式的断口特征。

 

几种重要断裂方式的断口特征

 

断裂方式

韧性断裂

脆性断裂

疲劳断裂

剪切型断裂

正断型断裂(纤维区)

缺口脆性

低温脆性

低周疲劳

高周疲劳

放射花样

不出现,在高强度钢中有时会出现

不出现

明显

较不明显

较不明显,对于板材接近于平行的人字纹

明显,极细

弧形迹线

不出现

不出现

不出现

不出现

疲劳线,应历程幅变动大时明显

疲劳线,应力幅变动小时不出现

断口的粗糙度

比较光滑

粗糙的木锉粗锯状

极粗糙

粗糙

较光滑,粗糙度与裂纹扩展速度成正比

极光滑,粗糙度与裂纹扩展速度成正比

色彩

较弱的金属光泽

灰色丝状光泽

白亮色,接近金属光泽

结晶状金属光泽

白亮色

灰黑色,裂纹扩展速度越大,越接近白亮色

倾斜度(与电最大正应力的交角

45°

宏观断面呈直角

直角

直角

裂纹扩展速度小时呈直角,大时接近45°

直角

缺陷的断口形态

棘轮状平断口

无区别

不出现

不出现

较明显,有时也呈现出韧性断口

在裂纹源区,在裂纹扩展过程中也会明显出现