断裂远比弹塑性失稳、磨损、腐蚀等，更具有危险性!
❖ 金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力 的高低。
❖ 在塑性加工生产中，尤其对塑性较差的 材料，断裂常常是引起人们极为关注的 问题。加工材料的表面和内部的裂纹， 以至整体性的破坏皆会使成品率和生产 率大大降低。为此，有必要了解断裂的 物理本质及其规律，有效地防止断裂， 尽可能地发挥金属材料的潜在塑性。
➢只有毫无缺陷的晶须才能近似达到理论断裂强度。
原因：
➢大多数材料都是在较低的应力水平下首先发生塑性变形， 最后因这种不可逆的损伤的积累而破坏，塑性较好的金属 就属于这种。
➢实际的材料不是完整的晶体，存在晶界、位错、空穴等 材料缺陷和擦伤、碰伤等加工缺陷。这些缺陷将在较低的 应力水平上发展成裂纹并长大，最终导致断裂。而且缺陷 会引起应力集中，对断裂的影响也是不容忽视的。
脆性断裂的特点：
Ⅰ 因为没有明显的预兆，所以脆性断裂具有很大的危险 性．
Ⅱ 脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光 亮，常呈放射状或结晶状．
Ⅲ 裂纹扩展速度大，往往受到的应力低于设计要求的许用 应力
❖
一般淬火钢、灰铸铁、陶瓷、玻璃等脆性材料的断裂
过程的断口常具有上述特征．
⑵ 穿晶断裂与沿晶断裂
❖ 穿晶断裂可以是韧性断裂，也可以是脆性断 裂。如常用金属材料在常温下发生韧性穿晶断裂， 低温下发生脆性穿晶断裂。
❖ 沿晶断裂则破坏了材料的连续性造成的，也可能是杂质 元素向晶界偏聚引起，是晶界结合力较弱的一种 表现。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹等 都是沿晶断裂。
❖ 因材料断裂与其他失效方式（如磨损、腐蚀等） 相比危害性最大，可能出现灾难性的后果．因此， 研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断 裂的力学条件，以及影响材料断裂的各种因素不 仅具有重要的科学意义，而且也有很大的实用价 值．
现象：扁担从弹性变形到塑性变形，再到断裂 飞机发动机涡轮叶片从损伤到断裂
第三章 材料的断裂
❖一、断裂概述 ❖二、断裂机理 ❖三、断裂韧度
一、断裂概述
❖ 断裂 ：固体材料在力的作用下变形超过其塑性极 限而呈现完全分开的状态称为断裂．
❖ 材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部 变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏， 使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。
❖ 材料的断裂是力对材料作用的最终结果，它意味 着材料的彻底失效．
断裂； ⑶ 按照微观断裂机理分：解理断裂、微孔聚合断裂和
剪切断裂； ⑷ 按作用力的性质分:正断和切断
（二）关于各种断裂
⑴ 韧性断裂与脆性断裂 最常用，直接表明材料的韧、脆性。
❖ 韧性断裂：是材料断裂前及断裂过程中产生明显 宏观塑性变形的断裂过程．
韧性断裂的特点：
Ⅰ 韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且要消 耗大量塑性变形能．
• 断裂是机械和工程构件失效的主要形式之一。
• 其它失效形式：如弹塑性失稳、磨损、腐蚀等。
• 断裂是材料的一种十分复杂的行为，在不同的力 学、物理和化学环境下，会有不同的断裂形式。
• 研究断裂的主要目的：防止断裂，以保证构件在服役 过程中的安全。
1、断裂的类型
（一）、断裂分类
⑴ 按照断裂性态分：断裂分为脆性断裂与韧性断裂； ⑵ 按照裂纹扩展途径分：穿晶断裂和沿晶（晶界）
Ⅱ 韧性断裂的断口用肉眼或放大镜观察时，往往 呈暗灰色、纤维状．纤维状是变形过程中微裂纹 不断扩展和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维 断口表面对光反射能力很弱所致。
Ⅲ 不易造成重大事故，易被人察觉
❖ 一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室 温下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征．
❖ 脆性断裂：是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性 变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂 过程
断裂。
平衡位置
原子间作用力最大
原子间作用力 随原间距的变 化曲线
达到破坏
❖ 由外力抵抗原子间结合力所做的功等于产生断 裂新表面的表面能，可以求得理论断裂强度为：
式中 a——断裂面间的原子间距； g——表面能； E——弹性模量。
理论断裂强度只与弹性模量、表面能和晶格间距等材料 常数有关
➢对于铁，可以估算理论断裂强度σm≈E/10。目前 强度最高的钢材为4500MPa左右，即实际材料的 断裂强度比其理论值低1~3个数量级。
➢ 共价键陶瓷晶界较弱，断裂方式主要是晶界断 裂．
➢ 离子键晶体的断裂往往具有以穿晶解理为主的特 征．
⑶ 剪切断裂、微孔聚合断裂与解理断裂
❖ 剪切断裂、微孔聚合断裂与解理断裂按不 同的微观断裂方式，是材料断裂的重要微观 机理．
❖ Ⅰ 剪切断裂： 剪切断裂是材料在切应力作 用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂．
⑷ 正断和切断
正断：正应力引起 切断：切应力引起
正断与剪断的宏观与微观形式
2、断裂强度
（一）理论断裂强度
理论断裂强度是指完整晶体在正应力作用下沿其一晶面拉
断的强度，如图所示。
此强度就是两相邻原子面在拉应力作用下克服原子间键合
力作用，使原子面分开的应力。材料的理论结合强度，应从原
子间的结合力入 手，只有克服了原子间的结合力，材料才能
Ⅲ 解理断裂： 在正应力作用下，由于原子间结 合键的破坏而引起的沿特定晶体学平面发生分 离而导致断裂。类似大理石断裂，故叫解理断 裂。这种晶面称为解理面
❖ 属于典型的脆断，多发生在陶瓷、玻璃以及低 温下的金属中。
❖ 脆性穿晶断裂一般为解理断裂．解理裂纹的扩 展往往是沿着晶面指数相同的一族相互平行， 但位于“不同高度”的晶面进行的．不同高度 的解理面之间存在台阶，众多台阶的汇合便形 成河流花样．
❖ 某些纯金属尤其是单晶体金属可产生纯剪切 断裂，其断口呈锋利的楔形，是充分发挥塑 性的韧性断裂，如低碳钢拉伸断口上的剪切 唇。但实际工程材料中很少见。
Ⅱ 微孔聚合型断裂：剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型 断裂，其断口在宏观上常呈现暗灰色、纤维状，微观断口 特征花样则是断口上分布大量“韧窝”。 是通过微孔形核、长大、聚合而导致的断裂，属于比较典 型的韧性断裂，常用金属材料大多属于此类。