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解理断裂
解理断裂
定义
解理断裂～宏观脆性断裂 解理面：
一 解理断口宏观形貌特征 结晶状小平面、“放射状”或“人字形”花样。
1）结晶状小平面：解理断口上的结晶面宏观上无规则取向。在光照下呈现许多反光小平面。
2）放射状或人字形花样
放射条纹的收敛处和人字的尖端为裂纹源。
人字型形态反映材料性质和加载速度。材料机械性能相同时，加载速度越大“人字纹”越明显。加载速度相同时，材料脆性越大，“人字纹”越明显。
二 解理断口微观形貌特征
河流花样、舌状花样、扇形花样、鱼骨状花样、瓦纳纹及二次裂纹。 1河流花样
1）解理台阶产生机制
（1）两个不再同一平面的解理裂纹通过与主解理面相垂直的二次解理形成解理台阶。
（2）解理裂纹与螺位错相交截形成台阶。
（3）解理裂纹之间形成较大的塑性变形，通过撕裂方式连接形成台阶
（4）通过基体和孪晶的界面发生开裂连接形成台阶
2）河流花样的起源及在裂纹扩展中的形态变化
（1）河流花样起源于有界面的地方：晶界、亚晶界、孪晶界
（2）起源于夹杂物或析出相
（3）起源于晶粒内部～解理面与螺位错交割所致
扩展过程中： （1）小角度晶界
现象：连续地穿过晶界，顺延至下一个晶粒 原因：偏转角度小
（2）扭转晶界（孪晶界） 现象：发生河流的激增
原因：偏转角度大，裂纹需重新形核
（3）普通大角度晶界
现象：产生大量河流，晶界两侧河流台阶的高度差大
2 舌状花样
现象：体心立方晶体在低温和快速加载时及密排六方金属材料中由于孪生是主要形变形式，断口上经常可以看到舌状花样。 形成机理：
主裂纹从A扩
第一文库网 展至B，遇到孪晶，然后沿着孪晶界扩展至C，此时，如果孪晶发生二次解理，则裂纹沿CHK扩展，如果孪晶发生撕裂，则裂纹沿CDE扩展。 舌状花样成对出现，在一个断面上凸出，在另外一个断面上凹陷。3 扇形花样
起源于靠近晶界的经历内部，以扇形的方式向外扩展。解理台阶为扇形的肋。
4 鱼骨状花样
现象：体心立方金属材料中例如碳钢、不锈钢有时看到形状类似鱼脊骨的花样。中间脊线是{100}[100]解理造成的，两侧是{100}[110]和{112}[110]解理造成的。
5 瓦纳线
现象：在非常脆的金属或金属间化合物的断口上，会产生一种叫做瓦纳线的花样。在这些材料中，不能产生塑性变形，在弹性变形范围内断裂，开裂方式与晶体结构无关。
机理：裂纹前沿线与以缺陷为中心的球形冲击波交互作用形成的图像。
6 二次裂纹
现象：与主裂纹垂直的小裂纹
7 解理裂纹的另一个主要微观特征：对宏观脆性的解理断裂而言，其断口附近的晶粒中仍可看到塑性变形的.痕迹——滑移线。在更低的温度下则可以看到形变孪晶。
三 解理裂纹的萌生与扩展 1 解理裂纹的萌生 萌生机制
1）位错塞积机制 2）位错反应机制 3）滑移机制
由位错排列成的小角度晶界，在外加切应力作用下有穿晶运动的趋势。如果这个晶界的一部分被障碍所阻碍，它就有被切成两部分的趋势，于是在分开晶界的末端就会产生较大的拉应力，从而导致开裂。裂纹所在平面——解理面就是晶体的滑移面。 4）其它作用机制
（1）孪生作用机制：体心立方晶体低温变形时后生孪晶与先生孪晶相碰撞，产生应力集中而萌生微裂纹。
（2）位错交叉滑移：滑移带相交形成不完整的位错墙，产生应力集中引起裂纹。 （3）刃型位错合并：几个同号刃型位错，在外力作用下合并引起裂纹成核。 2解理裂纹的扩展 格里菲斯裂口理论
简介：材料中存在着微观裂纹，然后从系统能量变化角度求得材料实际断裂强度的表达式。
局限：只适用于完全脆性材料。
三 解理断裂的影响因素 1试验温度
温度低，裂纹尖端塑性变形区小，裂纹扩展时所消耗的能量少，扩展阻力小，容易导致解理断裂。
2加载速率
加载速率提高～释放裂纹所需能量降低～易出现解理开裂 3晶体结构
解理断裂通常在体心立方、密排六方金属中发生。 面心晶系中一般不会发生。 4晶粒大小
晶粒越粗大～越容易解理 5显微组织
显微组织不同～扩展路径不同 1）珠光体解理断口河流与渗碳体片平行，并沿着铁素体——碳化物的界面扩展，河流通过一个界面向另一个界面连续跳跃来聚集。
2）铁素体断口基本上由{100}取向的显微小平面组成，呈现典型的河流和舌状花样。
3）上贝氏体：解理断口与珠光体断裂相似。断裂小平面穿过数个贝氏体晶粒。断裂路径主要受铁素体控制但受到碳化物粒子影响。
4）半条马氏体：沿着近似相同的方向扩展，因为板条界面具有高密度位错，有时会使在解理面是那个凹凸不同。断口上小平面的尺寸与半条束尺寸一致。 5）第二相：粗碳化物粒子促进解理断裂。细小密集分布的粒子，由于难以形成位错塞积，因此不会形成解理断裂的萌生点。粒子形状无影响。
6）各种界面容易使位错运动受阻。由塞积位错所造成的拉应力引起开裂。
7）另外，缺口，缩孔，裂纹，工件截面的突然变化等均能促进解理裂纹的萌生。
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