工程材料的顯微結構都比較復雜，特定的顯微結構在特定的外界條件下有特定的斷裂物理機制和微觀形貌特征。

穿晶韌窩斷裂

韌窩是金屬延性斷裂的主要微觀特征。韌窩又稱作迭波、孔坑、微孔、微坑等。韌窩是材料在微區范圍內塑性變形產生的顯微空洞，經形核、長大、聚集，最后相互連接而導致斷裂后，在斷口表面所留下的痕跡。雖然韌窩是延性斷裂的微觀特征，但不能僅僅據此就作出斷裂屬延性斷裂的結論。

1韌窩的形成

韌窩形成的機理比較復雜，大致可分為顯微空洞的形核、顯微空洞的長大和顯微空洞的聚集三個階段。

2韌窩的形狀韌窩的形狀

韌窩的形狀主要取決于所受的應力狀態，最基本的韌窩形狀有等軸韌窩、撕裂韌窩和剪切韌窩三種。

滑移分離

金屬斷裂過程均起始于變形。金屬的塑性變形方式主要有滑移、孿生、晶界滑動和擴散性蠕變四種。孿生一般在低溫下才起作用；在高溫下，晶界滑動和擴散性蠕變方式較為重要。而在常溫下，主要的變形方式是滑移。過量的滑移變形出現滑移分離，其微觀形貌有滑移臺階、蛇形花樣、漣波等。晶體材料的滑移面與晶體表面的交線稱為滑移線。滑移部分的晶體與晶體表面形成的臺階稱為滑移臺階。由這些數目不等的滑移線或滑移臺階組成的條帶稱為滑移帶。

滑移分離斷口形貌

滑移分離的基本特征：斷面傾斜，呈45°角；斷口附近有明顯的塑性變形，滑移分離是在平面應力狀態下進行的。滑移分離的主要微觀特征是滑移線或滑移帶、蛇形花樣、漣波花樣、延伸區。

蛇形花樣，多晶體材料受到較大的塑形變形產生交滑移，導致滑移面分離，形成起伏彎曲的條紋，通常稱為蛇形滑移花樣。

若變形程度加劇，則蛇形滑移花樣因變形而平滑化，形成漣波花樣。

如若繼續變形，漣波花樣也將進一步平坦化，在斷口上留下了沒有什么特殊形貌的平坦區，稱為延伸區。

解理斷裂

解理斷裂是金屬在正應力作用下，由于原子結合鍵的破壞而造成的沿一定的晶體學平面（即解理面）快速分離的過程。解理斷裂是脆性斷裂的一種機理，屬于脆性斷裂，但并不是脆斷的同義語，有時解理可以伴有一定的微觀塑性變形。解理面一般是表面能量最小的晶面。面心立方晶系的金屬及合金，在一般情況下，不發生解理斷裂。

解理斷裂的形貌特征

典型的解理斷口微觀形貌有以下重要特征：解理臺階、河流花樣、“舌”狀花樣、魚骨狀花樣、扇形花樣等。

圖6舌狀花樣

圖7 典型的解理斷口形貌特征 A臺階 B河流花樣

圖8解理扇形花樣

圖9魚骨狀花樣

某設備裝配脫板螺母后發現有多個該型螺母在橢圓形收口處存在細小裂紋。裂紋附近未觀察到塑性變形痕跡，裂紋較平直，由此說明裂紋開裂為脆性開裂。

圖10裂紋形態

圖11裂紋斷口區域為解理+沿晶斷裂的脆性斷裂特征

準解理斷裂

是介于解理斷裂和韌窩斷裂之間的一種過渡斷裂形式。首先在不同部位，同時產生許多解理裂紋核，然后按解理方式擴展成解理小刻面，最后以塑性方式撕裂，與相鄰的解理小刻面相連，形成撕裂棱。

圖12某設備十字槽扁圓頭螺釘斷口準解理斷面形貌

準解理斷口宏觀形貌比較平整。基本上無宏觀塑性或宏觀塑性變形較小，呈脆性特征。其微觀形貌有河流花樣、舌狀花樣及韌窩與撕裂棱等。

案例：某廠設備彈簧發生斷裂，斷口如圖呈準解理斷裂形貌。

圖13準解理斷裂形貌

圖14彈簧斷口

沿晶斷裂

沿晶斷裂又稱晶間斷裂，它是多晶體沿不同取向的晶粒所形成的沿晶粒界面分離，即沿晶界發生的斷裂現象。

按斷面的微觀形貌，通常可將沿晶斷裂分為兩類：沿晶韌窩斷裂和沿晶脆性斷裂。

圖15沿晶脆性斷裂

圖16沿晶韌窩斷裂

回火脆、氫脆、應力腐蝕、液體金屬致脆以及因過熱、過燒引起的脆斷斷口大都為沿晶脆性斷裂特征；而蠕變斷裂、某些高溫合金的室溫沖擊或拉伸斷口往往為沿晶韌窩形貌。

另外還有兩種情況也屬沿晶斷裂范疇。一是沿結合面發生的斷裂，如沿焊接結合面發生的斷裂；二是沿相界面發生的斷裂，如在兩相金屬中沿兩相的交界面發生的斷裂。

案例：

某發動機調試過程中，成功起動至慢車時，信號盤出“斷開空調”信息，停車進行檢查，發現空調系統中燃油—空氣散熱器出口處卡箍斷裂（位置如圖17）。

根據氫含量測定結果可知，鋼帶中的氫含量均遠遠高出一般鋼中對氫含量的要求值，可以判斷為氫脆導致沿晶斷裂。

圖17

圖18基體區域的沿晶斷裂特征

疲勞斷裂

1定義

疲勞斷裂是材料（或構件）在交變應力反復作用下發生的斷裂。

2疲勞斷裂的危害性形狀

多數機件承受的應力是周期性變動的；

疲勞破壞表現為突然斷裂，斷裂前無顯著變形；

造成疲勞破壞時，循環交變應力中的最高應力一般遠低于靜載荷下材料的強度極限；

零件的疲勞斷裂不僅取決于材質，而且對零件的形狀、尺寸、表面狀態、使用條件、外界環境等非常敏感；

很大一部分機件承受彎曲扭轉應力。

3疲勞斷裂過程

疲勞裂紋的萌生、穩定擴展及失穩斷裂三個階段。

4疲勞裂紋的萌生

交變載荷產生局部滑移→滑移線變粗形成滑移帶→駐留滑移帶的形成→駐留滑移帶擠入槽和擠出峰的形成→萌生疲勞裂紋。

（a）在晶界附近起源 （b）在滑移帶的缺口處起源

圖19疲勞裂紋的萌生示意圖

5疲勞裂紋穩定擴展的兩個階段

疲勞裂紋穩定擴展第一階段

與正應力呈45°，擴展深度很淺。

斷裂形貌特征：

√類解理小平面

√平行鋸齒狀斷面

圖20葉片疲勞斷裂第一階段鋸齒狀斷面

疲勞裂紋穩定擴展第二階段

疲勞裂紋按第一階段方式擴展一定距離后，將改變方向，沿著與正應力相垂直的方向擴展。此時正應力對裂紋的擴展產生重大影響。這就是疲勞裂紋穩定擴展的第二階段，疲勞裂紋擴展第二階段斷面上最重要的顯微特征是疲勞條帶，又稱疲勞輝紋。

6疲勞條帶的類型與形態

延性疲勞條帶（晶體學和非晶體學）、脆性疲勞條帶（晶體學和非晶體學）

圖21 a.延性疲勞條帶  b.脆性疲勞條帶

案例：某蓄壓油箱疲勞裂紋

圖22 源區處疲勞條帶

圖23 源區位置疲勞弧線