韌性斷裂的斷口及其分析

　　韌性斷裂又稱為延性斷裂、塑性斷裂，是指斷裂前發生明顯宏觀塑性變形的 斷裂。當韌性較好的材料所承受的載荷超過了該材料的強度極限時，就會發生韌 性斷裂。杯錐狀宏觀斷口的微觀形貌為韌窩斷口。對某些單晶體，拉伸是可沿滑 移面分離而導致剪切斷裂，如圖3-5所示。這種斷裂是在切應力作 用下位錯沿滑移面滑移，最終沿滑移面斷裂，則斷裂的表面是金 屬的滑移面。這種韌斷過程與空洞的形核長大無關，故在斷口上 看不到韌窩。對高純金屬多晶體，產生縮頸后試樣中心三向應力 區空洞不能形核長大，故通過不斷縮頸使試樣變得很細（圓柱試 樣或薄板試樣），最終斷裂時斷口接近一個點或一條線。

　　韌性材料光滑圓柱拉伸試樣斷裂的宏觀形貌為杯錐狀斷口， 這種斷口一般由纖維區、放射區及剪切唇三部分構成，如圖3-6 所示。纖維區、放射區、剪切唇通常稱為斷口的三要素。韌性材料光滑圓柱拉伸試 樣拉伸時，材料屈服后產生宏觀的塑性變形，就會出現縮頸，由于缺口效應產生 應力集中，并在試樣中出現三向應力，從而導致孔洞在夾雜或者第二相邊界處形 核、長大和連接。在試樣中心形成很多很小的裂紋，它們擴展并互相連接就形成 鋸齒狀的纖維區。中心裂紋向四周放射狀的快速擴展就形成放射區。在放射區中 往往存在平行于裂紋擴展方向的放射線（如材料韌性好則不在放射區）。當裂紋 快速擴展到試樣表面時，由于試樣剩余厚度很小，變為平面應力狀態，從而剩余 的表面部分剪切斷裂，斷裂面沿最大剪切應力面，故與拉伸軸成45。。對板狀試 樣，中心纖維區呈橢圓，放射區呈人字花樣，其尖端指向裂紋源，最外面是45。 的剪切唇。如存在缺口，孔洞和微裂紋就從缺口處形核，試樣中心則是斷裂區， 這時不可能獲得理想的杯錐狀斷口。
　　孔洞形核長大并連接就導致韌斷，在斷口上就顯示出韌窩結構，如圖3-7所 示。對實際的材料，往往存在夾雜、碳化物和第二相，空洞擇優在這些粒子處形 核，故在斷口上有很多韌窩的底部存在這些粒子。微空洞也可在基體上形核，這 時韌窩的底部就不存在第二相，韌窩的形狀、大小和深淺受很多因素的影響，如 成核粒子的大小及分布，材料的形變能力以及外界因素，如應力大小、溫度、變 形速度等。