金属材料在拉应力作用下,沿特定的晶面分离的断裂形式,就是解理断裂。这个断裂发生的面称为解理面。解理断裂属脆性断裂。解理断裂并不是在所有金属中都经常出现,而是常见于体心立方和密排六方点阵金属为基体的金属中。 解理断裂过程。解理发生的初始裂纹与塑性变形有关,即与位错的滑移有关。以体心立方金属为例,由于位错的滑移沿密排面进行阻力最小,所以滑移面是(011)、(0-11)等晶面。这两个面呈一定的角度,位错滑移时,会在交错处产生应力集中。如果材料的强度较高,在应力集中处无法通过塑性变形释放应力,就会在(001)晶面上产生初始裂纹。见图1。 图1 (001)晶面间距相对较大,裂纹扩展比较容易,这个(001)面就是解理面。密排六方金属的解理面是{0001}面。铁素体解理断面微观形貌见图2。 图2 解理特征 解理裂纹的初始裂纹是在晶内形成的,因为晶内拘束应力较大,较难变形。解理裂纹往往终止于晶界,有时候在晶界还会生成韧窝条带。因为晶界的原子排列相对较凌乱,空位等缺陷较多,拘束度较小,这些部位的自由度相对于晶内会有所增加。 解理断裂微观形貌很多呈河流花样,有时还呈舌形花样,见图3。 图3 舌形花样 河流花样的本质就是相互平行但高度不同的解理面之间的台阶。实际的金属材料,晶格的排列并不是理想状态,而是存在亚晶界及位错,从而导致许多晶面排列时出现一些偏移。这使得解理裂纹扩展时形成一系列台阶。这些台阶相互汇合,形成所谓的河流花样,见图4。 图4 河流花样 在失效分析中常常根据河流花样的走向判断裂纹走向,从而可以推断断裂起源。 |
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