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塑性断口特征之三——韧性断裂的断口微观特征

        1、滑断和纯剪断

        塑性较好的金属,在纯剪切断裂时,可观察到很多的直线状痕迹的微观花样,称为“蛇形滑动”。这是因为在多晶体金属中,各晶粒的位向不同,在滑移变形时,晶粒之间互相约束和牵制,形成交叉滑移的结果。若变形程度加剧,则蛇形滑动花样因变形而平坦化,形成所谓“涟波”花样。若继续变形涟波也将进一步平坦化,在断口上留下没有特征的平坦面,称为延伸区或平直区。

        在实际工程材料中总是存在各种缺陷,如缺口、孔洞等,在应力作用下这些缺陷附近区域,可能发生纯剪切过程,在其内表面上也会显现蛇形滑动、涟波等花样。

        2、微孔聚集型断裂

        微孔形核长大和聚合在断口上留下的痕迹就是在电镜下观察到的大小不等的圆形或椭圆形韧窝。韧窝是微孔聚集断裂的基本微观特征,正像河流花样是解理断裂的基本微观特征一样。韧窝形状根据应力状态不同而有下列三类:等轴韧窝、拉长韧窝和撕裂韧窝。

        如果使微孔在垂直于正应力的平面上各方向长大倾向相同,则在正应力垂直于微孔的平面上便形成等轴韧窝。拉伸试样中心纤维区内就是等轴韧窝。在扭转载荷或受双向不等拉伸条件下,因切应力作用形成拉长韧窝,在拉长韧窝配对的断口上,韧窝方向恰巧相反。拉伸试样剪切唇部分是抛物线形的拉长韧窝。如在微孔周围的应力状态为拉、弯联合作用,微孔在拉长、长大同时还要被弯曲,形成在两个相配断口上的方向相同的撕裂韧窝。三点弯曲断裂韧性试样中,裂纹在平面应变条件下扩展时出现的韧窝为撕裂韧窝。

韧窝的大小(直径和深度)决定于第二相质点的大小和密度、基体材料的塑性变形能力和形变硬化指数,以及外加应力的大小和状态等。第二相质点密度增大或其间距减小,则微孔的连接、聚合方式。形变硬化指数越大的材料,越难于发生内颈缩,故微孔尺寸变小。应力大小和状态的改变,实际上是通过影响材料塑性变形能力而间接影响韧窝深度的。在高的静水压力之中,内颈缩易于产生,故韧窝深度增加;相反,在多向拉伸应力下或在缺口根部,韧窝则较浅。

        应该指出,微孔聚集断裂一定有韧窝存在,但不能认为具有韧窝断口的材料就是韧性断裂。因为宏观上为脆性断裂,在局部区域内也可能有塑性变形,从而显示出韧窝形态。

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