韌性斷口的微觀特征

在微觀上，韌性斷口存在滑移和韌窩兩種形貌特征。

滑移

當金屬在外載作用下產(chǎn)生塑性變形時，金屬內(nèi)部會沿著一定的晶體學平面和方向產(chǎn)生滑移。絕大多數(shù)金屬材料為多晶體，位向不同的晶粒之間相互約束，滑移必然是沿著多個滑移系進行，所以滑移系會相互交叉；在斷口上就會呈現(xiàn)出蛇形花樣特征。如果形變加劇，則蛇形滑動花樣因變形而平滑，形成漣波花樣；繼續(xù)變形，漣波花樣也進一步平坦化，在斷口上形成無特征的平坦面，稱為延伸區(qū)或平直區(qū)。

韌窩

金屬韌性斷裂最主要的微觀形貌特征是韌窩，也稱之為微孔、微坑、孔坑等。

工程材料中，通常含有大量的彌散相（也稱為第二相）。這些彌散相可以是合金元素的碳化物，尺寸非常小（1~20nm）；也可以是合金元素的化合物，如鋼中的碳化物、氮化物、碳氮化合物，鋁中的氧化鋁等，這類彌散相顆粒的尺寸大約在50~500nm。一般情況下，第二相顆粒相對基體而言是脆性的，在發(fā)生塑性變形時，會出現(xiàn)兩種情況。一種是第二相顆粒不能容納基體形變而發(fā)生破裂，另一種是第二相顆粒與基體的界面結(jié)合力變?nèi)酰l(fā)生界面分離。但是，不論發(fā)生哪種情況，顯微孔洞均會在這些位置形核。

韌窩的形成機理簡單來說是顯微孔洞形核、長大、聚集直至斷裂。顯微孔洞形核后，在滑移的作用下逐漸長大，并和其他孔洞連接聚集在一起形成裂紋，全部斷裂后就形成了韌窩斷口。

韌窩的形狀主要取決于應力狀態(tài)，最基本的韌窩形狀有三種，即等軸韌窩、撕裂韌窩、剪切韌窩，示意圖如圖2所示。

等軸韌窩是在正應力作用下形成的，如單軸拉伸。這時顯微孔洞沿空間三個方向的長大速率相同，在相匹配的斷口表面上，韌窩的形狀是相同的，如圖2（a）所示。

撕裂韌窩是在撕裂應力作用下形成的，如缺口平面應變斷裂韌性試樣及落錘撕裂試樣的應力狀態(tài)。韌窩呈拋物線狀，兩個相匹配斷口表面上韌窩的拉長方向是一致的，凸向都指向裂紋源，如圖2（b）所示。

剪切韌窩是在剪切應力作用下形成的，如拉伸、沖擊、斷裂韌性試樣的剪切唇部分的應力狀態(tài)。韌窩也是拋物線狀，但兩個相匹配斷口表面上的韌窩拉長方向相反，如圖2（c）所示。

韌窩的實際形貌如圖3所示，顯示了不同韌窩的二次電子顯微形貌。

這里需要指出的是，為了更好的說明孔洞萌生處的應力狀態(tài)對韌窩狀態(tài)的影響，上述三種不同形狀的韌窩只是最基本的簡化形式。實際斷裂中，很少有單獨的單一應力狀態(tài)，大多數(shù)情況下多種應力狀態(tài)的組合，同時裂紋的局部擴展方向也在不斷地發(fā)生變化，因此會導致匹配斷口的不均勻應變。

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