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失效分析基礎(chǔ) “脆性斷口之解離斷口” 詳解

1.解理斷裂的定義:解理斷裂時(shí)金屬或者合金在外加正應(yīng)力作用下沿著某些特定低指數(shù)結(jié)晶學(xué)平面(解理面)發(fā)生的一種低能斷裂現(xiàn)象,一般呈現(xiàn)脆性特征,很少塑性變形,斷面呈結(jié)晶狀,有許多強(qiáng)烈反光的小平面(或小刻面)。

注:解理面:( cleavage plane)是指礦物晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂,并且能裂出光滑平面的性質(zhì)的平面。解理面一般光滑平整,一般平行于面間距最大,面網(wǎng)密度最大的晶面,因?yàn)槊骈g距大,面間的引力小,這樣就造成解理面一般的晶面指數(shù)較低,如Si的解理面為(111)。

2.解理斷裂的微觀特征:解離斷口的微觀特征有解理臺(tái)階、河流花樣、解理扇形、“舌頭”花樣、“魚骨花樣”、瓦納線等,圖1為一個(gè)典型的解理解斷口形貌。

(1)解理臺(tái)階(圖3):是兩個(gè)不同高度的解理面相交時(shí)形成的。

(2)河流花樣(圖4):解理斷口最主要的特征是其線條的形狀與水系網(wǎng)格的相似性,根據(jù)他們的形狀,把這些線條稱為河流花樣。所謂的“河流”實(shí)際上是一些臺(tái)階,他們把不同的裂紋連接起來(lái)。


(3)解理扇形(圖5): 解理裂紋通過晶界后,在新的晶粒中某一點(diǎn)上生核,從此處開始裂紋擴(kuò)展到整個(gè)晶粒。在這個(gè)晶粒內(nèi)部,河流花樣以裂紋源頭為中心,以扇形的方式向外擴(kuò)展,形成解理扇形。


(4)“舌頭”、“魚骨”花樣(圖6、圖7): 體心立方和密排六方結(jié)構(gòu)金屬(金屬學(xué)及與熱處理書中第一章有介紹)中存在著機(jī)械孿晶。裂紋前沿遇到孿晶時(shí)會(huì)以孿晶和基體分離的方式而偏離原來(lái)的擴(kuò)展方西,而形成解理舌花樣或魚骨花樣。


(5)瓦納線(圖8):極脆的材料(如:玻璃)解理斷裂斷裂時(shí),會(huì)出現(xiàn)一種所謂的“瓦納線”的解理特征。值得注意的是:“瓦納線”與人字紋花樣相似,但其擴(kuò)展的方向恰恰相反,人字匯聚的方向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向。

3. 晶界對(duì)解理河流的影響(圖9):解理裂紋從一個(gè)晶粒進(jìn)入到相鄰晶粒時(shí)(解理裂紋通過晶界),擴(kuò)展方向會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)解理裂紋前沿與一傾斜小角度晶界相遇時(shí),河流只是簡(jiǎn)單改變方向,在相鄰晶粒內(nèi)繼續(xù)流動(dòng)。

4.解理斷口中各形貌的聯(lián)系:在晶內(nèi)低能界面斷裂(解理面)→解理面相交(解理臺(tái)階)→解理臺(tái)階匯聚(河流花樣、扇形花樣)。

文章來(lái)源:機(jī)械裝備缺陷與失效分析


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