解理斷裂

解理斷裂

定義

解理斷裂～宏觀脆性斷裂 解理面：

一 解理斷口宏觀形貌特征 結(jié)晶狀小平面、“放射狀”或“人字形”花樣。

1）結(jié)晶狀小平面：解理斷口上的結(jié)晶面宏觀上無(wú)規(guī)則取向。在光照下呈現(xiàn)許多反光小平面。

2）放射狀或人字形花樣

放射條紋的收斂處和人字的尖端為裂紋源。

人字型形態(tài)反映材料性質(zhì)和加載速度。材料機(jī)械性能相同時(shí)，加載速度越大“人字紋”越明顯。加載速度相同時(shí)，材料脆性越大，“人字紋”越明顯。

二 解理斷口微觀形貌特征

河流花樣、舌狀花樣、扇形花樣、魚骨狀花樣、瓦納紋及二次裂紋。 1河流花樣

1）解理臺(tái)階產(chǎn)生機(jī)制

（1）兩個(gè)不再同一平面的解理裂紋通過(guò)與主解理面相垂直的二次解理形成解理臺(tái)階。

（2）解理裂紋與螺位錯(cuò)相交截形成臺(tái)階。

（3）解理裂紋之間形成較大的塑性變形，通過(guò)撕裂方式連接形成臺(tái)階

（4）通過(guò)基體和孿晶的界面發(fā)生開(kāi)裂連接形成臺(tái)階

2）河流花樣的起源及在裂紋擴(kuò)展中的形態(tài)變化

（1）河流花樣起源于有界面的地方：晶界、亞晶界、孿晶界

（2）起源于夾雜物或析出相

（3）起源于晶粒內(nèi)部～解理面與螺位錯(cuò)交割所致

擴(kuò)展過(guò)程中： （1）小角度晶界

現(xiàn)象：連續(xù)地穿過(guò)晶界，順延至下一個(gè)晶粒 原因：偏轉(zhuǎn)角度小

（2）扭轉(zhuǎn)晶界（孿晶界） 現(xiàn)象：發(fā)生河流的激增

原因：偏轉(zhuǎn)角度大，裂紋需重新形核

（3）普通大角度晶界

現(xiàn)象：產(chǎn)生大量河流，晶界兩側(cè)河流臺(tái)階的高度差大

2 舌狀花樣

現(xiàn)象：體心立方晶體在低溫和快速加載時(shí)及密排六方金屬材料中由于孿生是主要形變形式，斷口上經(jīng)�？梢钥吹缴酄罨�樣。 形成機(jī)理：

主裂紋從A擴(kuò)

第一文庫(kù)網(wǎng) 展至B，遇到孿晶，然后沿著孿晶界擴(kuò)展至C，此時(shí)，如果孿晶發(fā)生二次解理，則裂紋沿CHK擴(kuò)展，如果孿晶發(fā)生撕裂，則裂紋沿CDE擴(kuò)展。 舌狀花樣成對(duì)出現(xiàn)，在一個(gè)斷面上凸出，在另外一個(gè)斷面上凹陷。

3 扇形花樣

起源于靠近晶界的經(jīng)歷內(nèi)部，以扇形的方式向外擴(kuò)展。解理臺(tái)階為扇形的肋。

4 魚骨狀花樣

現(xiàn)象：體心立方金屬材料中例如碳鋼、不銹鋼有時(shí)看到形狀類似魚脊骨的花樣。中間脊線是{100}[100]解理造成的，兩側(cè)是{100}[110]和{112}[110]解理造成的。

5 瓦納線

現(xiàn)象：在非常脆的金屬或金屬間化合物的斷口上，會(huì)產(chǎn)生一種叫做瓦納線的花樣。在這些材料中，不能產(chǎn)生塑性變形，在彈性變形范圍內(nèi)斷裂，開(kāi)裂方式與晶體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。

機(jī)理：裂紋前沿線與以缺陷為中心的球形沖擊波交互作用形成的圖像。

6 二次裂紋

現(xiàn)象：與主裂紋垂直的小裂紋

7 解理裂紋的另一個(gè)主要微觀特征：對(duì)宏觀脆性的解理斷裂而言，其斷口附近的晶粒中仍可看到塑性變形的.痕跡——滑移線。在更低的溫度下則可以看到形變孿晶。

三 解理裂紋的萌生與擴(kuò)展 1 解理裂紋的萌生 萌生機(jī)制

1）位錯(cuò)塞積機(jī)制 2）位錯(cuò)反應(yīng)機(jī)制 3）滑移機(jī)制

由位錯(cuò)排列成的小角度晶界，在外加切應(yīng)力作用下有穿晶運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。如果這個(gè)晶界的一部分被障礙所阻礙，它就有被切成兩部分的趨勢(shì)，于是在分開(kāi)晶界的末端就會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致開(kāi)裂。裂紋所在平面——解理面就是晶體的滑移面。 4）其它作用機(jī)制

（1）孿生作用機(jī)制：體心立方晶體低溫變形時(shí)后生孿晶與先生孿晶相碰撞，產(chǎn)生應(yīng)力集中而萌生微裂紋。

（2）位錯(cuò)交叉滑移：滑移帶相交形成不完整的位錯(cuò)墻，產(chǎn)生應(yīng)力集中引起裂紋。 （3）刃型位錯(cuò)合并：幾個(gè)同號(hào)刃型位錯(cuò)，在外力作用下合并引起裂紋成核。 2解理裂紋的擴(kuò)展 格里菲斯裂口理論

簡(jiǎn)介：材料中存在著微觀裂紋，然后從系統(tǒng)能量變化角度求得材料實(shí)際斷裂強(qiáng)度的表達(dá)式。

局限：只適用于完全脆性材料。

三 解理斷裂的影響因素 1試驗(yàn)溫度

溫度低，裂紋尖端塑性變形區(qū)小，裂紋擴(kuò)展時(shí)所消耗的能量少，擴(kuò)展阻力小，容易導(dǎo)致解理斷裂。

2加載速率

加載速率提高～釋放裂紋所需能量降低～易出現(xiàn)解理開(kāi)裂 3晶體結(jié)構(gòu)

解理斷裂通常在體心立方、密排六方金屬中發(fā)生。 面心晶系中一般不會(huì)發(fā)生。 4晶粒大小

晶粒越粗大～越容易解理 5顯微組織

顯微組織不同～擴(kuò)展路徑不同 1）珠光體解理斷口河流與滲碳體片平行，并沿著鐵素體——碳化物的界面擴(kuò)展，河流通過(guò)一個(gè)界面向另一個(gè)界面連續(xù)跳躍來(lái)聚集。

2）鐵素體斷口基本上由{100}取向的顯微小平面組成，呈現(xiàn)典型的河流和舌狀花樣。

3）上貝氏體：解理斷口與珠光體斷裂相似。斷裂小平面穿過(guò)數(shù)個(gè)貝氏體晶粒。斷裂路徑主要受鐵素體控制但受到碳化物粒子影響。

4）半條馬氏體：沿著近似相同的方向擴(kuò)展，因?yàn)榘鍡l界面具有高密度位錯(cuò)，有時(shí)會(huì)使在解理面是那個(gè)凹凸不同。斷口上小平面的尺寸與半條束尺寸一致。 5）第二相：粗碳化物粒子促進(jìn)解理斷裂。細(xì)小密集分布的粒子，由于難以形成位錯(cuò)塞積，因此不會(huì)形成解理斷裂的萌生點(diǎn)。粒子形狀無(wú)影響。

6）各種界面容易使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻。由塞積位錯(cuò)所造成的拉應(yīng)力引起開(kāi)裂。

7）另外，缺口，縮孔，裂紋，工件截面的突然變化等均能促進(jìn)解理裂紋的萌生。

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