• 疲劳裂纹扩展区：是疲劳断口的最重要特征区域。它一般分为两个阶段。 第一阶段，裂纹只有几个晶粒尺寸，且与主应力成45。，第二阶段垂直于 主应力，它是疲劳裂纹扩糜的主要阶段。
• 扩展区断口的主要特征：是存在疲劳纹，即一系列基本上相互平行的、 • 略带弯曲的、呈波浪形的条纹。
• 一般每一条纹为一次载荷循环所产生，但一个载荷循环不一定都能产生一 条纹;
第三节 SEM的断口分析
在试样或构件断口分析方面，扫描电子显微镜的优点已 为人们所公认。
制样简单：它不需要象透射电子显微镜那样制备复型， 既省事又不致在制备过程中引入假象。
连续放大（5-10万）：可以对断口进行低倍(例如5倍左 右)大视域观察，某些感兴趣的区域 (例如裂纹源)进行 高倍观察分析，皿示断口形貌的细节特征，揭示断裂机 理，如果仪器具有X射线能谐或波谱分析附件，还可以 一步对组成相或某些环境介质在裂纹产生和发展过程中 的作用进行分析研究，那将更有助于揭示产生裂纹的原 因。
1. 拉伸断口 2. 冲击试样断口 3. 疲劳断口
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1、拉伸断口
1.1宏观观察（5× ）：三个区域 纤维区：裂纹源形成区，有一定灰度 放射区：裂纹扩展区；裂纹扩展方向：放射条纹 破断区（剪切唇）：最后破断
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1.2微观观察（400×以上 ）
• 纤维区：裂纹源形成区
• 大量韧窝（微坑）、撕裂棱（塑性变形的痕迹）
• 微坑的形状：有等轴、剪切长形和撕裂长形三种，如图所示。 • 当断裂是由微孔聚集方式进行时，其断面上将出现微坑。按作用在金
属材料上的应力状态，
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韧性断口
• 如果材料在普遍屈服的情况下发生断裂，即韧 性断裂，其断口一定是微坑聚集型的。
• 但是，如果材料在未曾发生普遍屈服情况下发 生断裂，虽断口两侧微区发生变形，存在大量 微坑，就整个构件来说仍属脆性断裂。所以这 样的断口形貌只说明断裂过程是按微坑聚集型 的方式进行的，它不是延性断裂的同义词。
景深大；立体感强；层次丰富；
下面主要介绍几种典型断口形貌及其扫描电子显微镜图 ‹# 像特点，以利于分析这些断口的断裂机理。
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几种典型断口形貌 及其扫描电子显微镜图像特点
一、按实验方式划分（应力方式） 拉伸断口 冲击试样断口 疲劳断口 二、按韧性、脆性分类 韧性断口 脆性断口
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一、按实验方式划分（应力方式）
• 晶粒大小（晶界判定）：河流的其始与终结。
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二.2.1.3舌状花样
• 也是解理断裂重要特征之一。它的形成与裂纹沿孪晶-基 体界面扩展有关。
• 这种孪晶是由解理裂纹以很高速度向前扩展时塑变只能 以机械孪晶的方式进行而在裂纹前端形成的，如图所示， 并常发生在低温。由于“舌”的形状关系，当一侧面向 检测器时，另一侧背向；加上倾斜角度不一样，因此在 扫描电子显微镜图像上，解理舌的一侧显得亮，而另一 侧则暗，如图所示。
• “河流状花样”是解理断裂最重要的特征。在解理裂纹 的扩展过程中，众多的台阶相互汇合便形成河流状花样。 它由“上游”讲多较小的台阶汇合成“下游”。较大的 台阶。 “河流”的流向与裂纹扩展方向一致。
• 扩展方向：根据河流的流向，可以判定解理裂纹在微小 区域内扩展方向。对于实际金属材料来说，由于大多数 是多晶体，存在着晶界和亚晶界，当解理裂纹穿过晶界 时将发生“河流”的激增或突然终止。这与相邻晶块的 位向和界面的性质有关。
• 解理台阶 • 河流状花样 • 舌状花样
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二.2.1.2.1解理台阶
• 从理论上说在单个晶块内解理 断口应是一个平面。但是实际 晶体难免存在缺陷，如位错、 夹杂物、·沉淀相等，所以实际 的解趣面是一簇相互平行的(具 有相同晶面指数)、位于不同高 度的晶面。不同高度解理面之 间存在着“台阶”。
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至没有
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微观放大照片
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2、冲击试样断口
• 主要体现放射区， • 即裂纹扩展区 • 人字型花样 • 韧性或脆性
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冲击试样断口
准解理花样
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3、疲劳断口
• 疲劳断口，从宏观上看，疲劳断口分成三个区城，即疲劳核心区、疲劳裂 纹扩展区和瞬时破断区。
• 疲劳核心区：是疲劳裂纹最初形成的地方，一般起源于零件表面应力集中 或表面缺陷的位置，如表面槽、孔，过渡小圆角、刀痕和材料内部缺陷， 如夹杂、白点、气孔等。
• 扫描电子显微镜观察表明解理 断口上存在着许多“台阶”， 由于“解理台阶”边缘形状尖 锐，电子束作用体积接近甚至 暴露于表面（θ角大，δ大 ）， 所以在扫描电子显微镜图像上 显得边缘异常的亮，如图所示。
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低温Sn-Ti合金，解理脆
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解理台阶
河流状花样的形成
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二.2.1.2河流状花样
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韧性断口
• 韧性断裂断口：
• 大量观察表明，微坑一般均形核于夹杂物、第二相粒子或硬质点处， 因它们与基体之间结合力较弱，在外力作用下便容易在界面发生破裂 而形成微孔，然后逐渐长大成微坑。
• 扫描电子显微镜景深大，因此能够清晰地显示微坑底部的夹杂物或第 二相粒子，从图上可看出这类质点与微坑几乎是一一对应的，说明一 个夹杂物或第二相粒子就是一个微坑的形核位置。
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韧窝（微坑）
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二.2.1解理断裂
二 .2.1.1 解 理 断 口：
穿晶断裂：解理 断裂是金属在 拉应力作用下， 由于原子间结 合键的破坏而 造成的穿晶断 裂。通常是沿 着一定的，严 格的晶面 (解理 面)断开，有时 也 ‹# 可 以 沿 着 滑
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二.2.1.2典型的解理断口特点:
• 疲劳纹间距的宽度随应力强度因子幅的大小而变。通常断口上由许多大小、 高低不同的小断面所组成，每块小断面上疲劳纹是连续的、平行的，但相
‹# 邻断面的疲劳纹是不连续的、不平行的，如图所示。
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疲劳断口
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二、按韧性、脆性分类
1. 典型韧性断口 2. 典型脆性断口() 3. 解理断裂 4. 准解理断裂 5. 沿晶断裂
• 裂纹源形核：夹杂物、二相粒子、硬质点
• 放射区：裂纹扩展
•
剪切的韧窝
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1.3韧性断口→性能
•
韧性好
• 宏观看：纤维区较大；
•
纤维区灰度大；
•
放射区较小；
• 微观看：韧窝大且深
•
塑性变形充分
• 韧性差
• 纤维区较小；甚 至没有
• 纤维区灰度小； 甚至小亮点
• 放射区较大；
• 韧窝小且浅，甚