焊接区断口金相分析

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1、第一章绪论1 11 断口金相学的发展及任务1一、断口金相学的由来爰发展1二、断口金相学的任务1三、断口金相学在焊接中的应用112 断口金相的一般技术2一、断口的保存与清洗2二、断口的宏观分析技术2三、断口的微观分析技术3第二章典型金属断口的宏观与微观分析721断裂形式的分类7按材料断裂前吸收能量或宏观塑性变形量7二、按断裂途径或裂纹走向7 22典型断口的宏观形貌分析8一、静载拉伸断口的宏观形貌8二、v形缺口试样冲击断口的宏观形貌13疲劳断口的宏观形貌17 2-3典型断口的微观形貌分析20一、延性断裂断口的微观特征及其形成机制20二、脆性断裂断口的微观特征厦其形成机翩28第三章焊接区裂纹断口金相

2、分析593 一 l焊接热裂纹断口形貌分析59一、 焊接热裂纹的形式与分类59二、凝固裂纹的形成条件与断口特征60三、液化裂纹的形成条件与断口特征65四、高温失塑裂纹的形成条件与断口特征67 3-2焊接冷裂纹断口形貌分析68一、氢致延迟裂纹断口特征及其形成机制68二、 淬火裂纹断口特征及其形成机制87三、 层状撕裂断口特征及其形成机制93 3-3 焊接再热裂纹断口特征厦形成机制100一、裂纹性质，宏观特征爰形成条件口。二、裂纹形成机制爰断口微观形貌102 第四章焊接区脆化及脆性断裂 断口形貌分析108 41 焊缝金属的低温脆性及其断口焊缝金属的低温脆断爰其最薄弱环节109二、焊缝金属低温冲击断口

3、分析 4r2热影响区脆化及低温脆断断口形貌分析114熔合线脆化114二、多层焊热影响区中的局部脆化128三、热应变脆化131第五章焊接接头的腐蚀开裂断口形貌分析132 51焊接接头的晶问腐蚀132一、奥氏体不锈钢焊接热影响区中的敏化区腐蚀132二、稳定型奥氏体不锈钢热影响区中 的刀状腐蚀三、铁素体不锈钢热影响区中的局部 腐蚀 5-2材厦焊接接头的应力腐蚀开裂134一，应力腐蚀裂纹的类型136二，应力腐蚀裂纹的断口形貌分析1375-3氢侵蚀开裂142参考文献144分析1091-1 断口金相学的发展及任务一、断口金相学的由来及发展 金属断口分析是一门研究金属断裂表面的科学。由于断裂过程往往是瞬间完

4、成 的，所以 靠实验方法直接掌握整个断裂过程的物理现象或断裂机理比较困难，然而，在断 裂造成的断 口表面上却往往留下某些反映断裂的物理过程的痕迹或信息。正如考古学家靠分 析化石，法 医靠解剖尸体来取得结论那样，断口金相工作者靠对断口表面保留的痕迹的分析 来获得断裂 起因或断裂机制方面的可靠情报。从中世纪开始，人们已经会运用肉眼或放大镜对金属断口进行宏观分析，16 世 纪，人 们已懂得用断口的宏观形貌来评定金属材料的质量。如将开缺口的铜锭横向打 断，观察断口以检查铜锭的质量。19 世纪，人们已经把断口的宏观形貌进行分类；研究了断 口形貌由纤维状转变为结晶状的影响因素；认识了典型的标准形状拉伸断口

5、的形成与分区等等，进人20世纪以后，进一步用光学显微镜发展了断口金相技术。如zapffe用光学显 微镜在较高的放大倍数F对氢脆断口形貌进行了较细微的观察。但是，由于受到光学显微镜本身放大倍数及焦点深度的限制，不可能对断口的微观形貌进行深人的研究分析， 因而断口金相技术难以发展。直到20世纪50年代以后，电子显微镜得到广泛的使用，借助 电子显微镜较大的焦点深度，人们得以在高倍下对凹凸不平的断口表面的细节进行仔细的观 察研究，达到判断断裂的发生原因及揭示断裂的微观机制的目的，从面使断口分析技术逐步 发展为研究材料断裂过程的机制以及进行失效分析的一门专门技术学科，命名为断口金相 学。20世纪70年代

6、以来，随着扫描电子显微镜的普及应用，使断口分析更加方便易行，像 用光学显微镜对材料的金相组织进行观察那样，扫描电镜对于断裂过程而言，已逐渐作为一 种常规的、程序性的观察分析手段被广泛应用了。由于断口金相学是电镜应用之后才命名 的，所以它实际上是电子断口金相学的简称，其所用的名词术语，也大都来自电镜观察的术语。二、断口金相学的任务(1) 确定断裂源，井判定断裂的性质，为分析破坏发生的原因提供依据，从而可 作为事故分析的重要手段。(2) 作为研究金属材料断裂的微观过程机制的重要手段。 由上述可知，断口金相学可以说是近代发展起来的一门学科，它是研究断裂产生 的力学条件与判据的断裂力学，与研究断裂过程

7、微观机理的断裂物理这两门学科之间的 桥梁，是把断裂宏观判据与微观组织参量联系起来的必要手段。因面，近年来它与这两门学 科一道，相瓦关联地得到了迅速发展。三、断口金相学在焊接中的应用 近 30 年以来，随着焊接结构向大型化、高参数化以及高强度材料的发展及其在 焊接构件中的广泛应用，焊接结构的破坏事故屡有发生。例如，国内外都曾多次 发生灾难性的压力容器爆炸事故、桥梁脆断事故、海洋平台沉褴事故等，事后找寻断裂起源时，往 往与焊接接 头中存在的裂纹、夹渣、未熔透等缺陷，焊缝或热影响区脆化或与接头中高的残 余应力、应 变，而导致的应力腐蚀开裂等有关。而无论是进行事故原因分析还是试验研究中的断裂起源的分析

8、，都离不开对断口表面的宏、微观形貌分析。诸如，对断裂性质的准确判 定，对焊接裂纹类型的准确识别、脆化原因的分析等。都要依靠断口金相学的技术。因而， 断口金相分析不仅是进行焊接接头失效分析的重要手段，而且也是研究断裂微观机制、控制 接头质量、保证结构安全可靠的有力武器。对于从事焊接冶金、金属材料焊接性、焊接结构 的强度与断裂等方而的科技工作者来说，掌握断日金相学的基本知识与分析技术是十分必 要。焊接接头断口金相分析是一门实践性很强的学科，它主要依靠电子显微镜，特别 是扫描电子显微镜作为主要研究手段，运用金属物理、冶金学、断裂力学及断裂物理的 基础知识，对焊缝金属或热影响区的断口表面的细节进行宏、

9、微观分析。在与金相学研究方 法的密切配合下，可以更深入、更明确地揭示裂纹或断裂过程的机制，从而能把焊接物理冶 金学、焊接区断裂物理学等学科的有关内容推向深化。在高等学校中，本课程可作为焊接物 理冶金学及金属材料焊接性分析课程的后续课程。 12断口金相的一般技术一、断口的保存与清洗 在断裂事故后的断日或试件断口表面上保存了断裂过程的珍贵资料，要妥为保 护，应避免碰伤或锈蚀污染，尽力保持其原始状态。如果已有污染，应在电镜观察前清洗 断口，方法如下：(1)对于有灰尘等附着物的断口，可先用干燥空气吹，然后用无水乙醇或丙酮等 溶液清洗，也可用空白复型法清除表而的机械附着物，即涂上醋酸纤维膜后再揭去，反

10、复几次则清除效果最好。 （2）对有油污的断口，可先用汽油洗去油污，再用丙酮或苯等有机溶剂浸泡，也 可放在超声波振荡器中加速清洗过程或使用软毛刷清洗。（3）对于在潮湿空气中暴露时间较长、锈蚀较严重或已氧化的断口，则要求必须 去除氧化膜。可采用化学清洗去锈：对碳钢及合金钢断口可采用1%的NaOH（质量分数） 溶液煮沸，或采用酪酐15%、磷酸85%、水765%的混合溶液在8595C下煮2min 左右去锈。二、断口的宏观分析技术用肉眼、放大镜或立体光学显微镜（4050倍以下）对断口全貌进行的分析，被 称为宏观分析。它不须特殊的仪器设备，因而简便.快速，且试件尺寸不受限制。宏 观分析作为一种初步的、基本

11、的分析方法是不可缺少的，通过它可以粗略地判断裂源位置及 断裂的性质；对于大型断口还可缩小需深人进行微观分析的范围。在大型构件断裂事故的 现场，宏观分析则是唯一的手段。首先可根据断口各区形貌及放射线方向找到裂纹源。还可 根据断口表而的颜色、反光与否、表面粗糙度，花样（人字纹、疲劳纹带等）以及断口边缘情 况（剪切唇及塑性变形大小），来初步判断破坏的性质。由于宏观分析只能在低倍下观察断口，不能得到十分准确的信息.还必须进行电 镜下的微观分析，但不能由此而忽视宏观分析的重要性。三、断口的微观分析技术由于断口表面的凹凸差较大，必须借助于焦点深度大、分辨率高的电子显微镜， 在高倍F才对断口进行微观分析。一

12、般常用于观察断口形貌的电镜可有下述两种。（一）透射式电子显微镜透射式电镜（TEM）是利用高电压（一般50100kv）使聚焦后的细电子束具有很高 的速度，可以穿透厚约2000?的金属薄膜样品，最后在屏幕或底片上成像。由于 TEM分辨率很高，可达35A 因而可在数十万倍下观察到未经腐蚀的金属内部的微观 组织亚结构，如位错、李晶以及极细小析出相等等；超高分辨率的电镜甚至可看到金属的 晶格。用TEM电镜研究金属样品有两种方法. 1薄膜法金属样品 必须极薄才能使电子透过 一般在 100kV 电压下，金 属样品的厚度为1000 2000A 为合适。将金属切成 05mm 左右薄片，机械 研磨到 100um

13、左右再用化 学抛光减薄，用电解抛光最 终减薄，再经穿孔后才能在 孔边缘区域得到厚度合适的 薄膜样品供观察。薄膜法主 要用于研究金属内部微观结 构，并可以进行区域衍射研 究微区点阵。 2复型法不像薄膜法那样可直接以金属样品为观察对象，能直接反映金属中各 相的微观结构。复型法是用塑料及碳膜将抛光腐蚀后的金属样品表面微小的凹凸 复制下来，在TEM下借助观察碳的复型薄膜面间接地显示金属表而各相的形貌。 用TEM研究金属断口的表面细微形貌时无法使用薄膜试样，必须采用复型技术进 行观察与研究。复型法通常有两种制作方法：（1）一次复型法（或称直接复型法）是将塑料或碳直接喷在断口上，再把塑料或碳 膜剥离下来作

14、观察（图卜la、b）。其优点是不经过中间的复型，能较真实地反映断 口上的细节形貌。碳复型的分辨率最高可达2030A,而塑料因分子较大（约100200A）， 所以分辨率较低，一般不常用。由于剥离碳膜过程中需用酸腐蚀试件表而，所以要损坏 断口本身，这是很大的缺点。（2）二次复型法是先用塑料如醋酸纤维纸密贴在断口表面，干后揭下，制成一次 复型。再在塑料复型上喷碳作成碳膜复型（图1 一 lc）。此法分辨率约为100A左右。 优点是不 破坏断口，可多次取复型，特别是在大型构件破坏的现场，取制供分析的断口复 型较方便。但二次复型如不精心制作易有假象。用复型法观察断口形貌的最大缺点是：由于剥离下来的小块碳膜

15、面积小，只能每 次观察断口上一个很小的区域的微观形貌，而且找寻复型位置与实际宏观断口的位置的 对应关系比较麻烦，不如扫描电镜直观；其优点是比扫描电镜的分辨率高得多，如果复型技 术熟练，可 以在高倍放大下分辨出极细微的花样。较早期出版的断口金相图谱均是在 TEM 下用二次复 型拍摄的，其中典型的图象至今仍广泛应用。另外，还有萃板复型法（图卜ld）, 般是用碳膜作的一次复型。试件经过特制 溶液的 深腐蚀后，用碳膜将其表面凸起的第二期粒子粘附下来，配合能谱分析及电子衍 射技术，用 于研究及分析金属组织中第二相粒子的形状、成分、结构、大小及分布。（二）扫描式电子显微镜扫描式电子显微镜又称SEM，是近2

16、0多年来迅速发展并完善的一种电镜。其成 像原理与 TEM 不同，是以类似电视摄影显示图象的方式，用聚焦后的细电子柬在断口样 品表面扫 描，靠收集人射的高速电子的轰击所激发出来的各种电、物理信号（常用的有二 次电子、背散射电子、特征x射线等）成像（图卜2）。断口观察主要使用分辨率高的二次电 子像，其分辨率可达70A，若使用背散射电子像，其分辨率要低得多，用扫描电镜观察断 口虽分辨率较TEM低，但其他的优点很多：首先是直接使用金属断口本身的样品，立体感 强。观察方便，不易失真；而且倍数可以大范围变化，对断口同一部位可进行几十倍直到 几万倍的连续观察，因而可随意选择所需的视野，找寻宏观与微观形貌的对

17、应关系非常方便。 用SEM作断口分析时，除一般观察形貌外，还有一些配合的辅助技术，例如： l用二次电子像与特征x射线相配合这种配合可以在断口上进行微区分析，以确 定析出相或夹杂物的化学成分，如析出相粒子太少，成分分析困难时，还可采用萃 取复型法，使复型既可反映断口表面大致形貌，又可将析出相（或夹杂物）粒子粘附于其上之 后，再进行的成分分析较易准确。2找寻断口形貌与金属组织的直接对应关系先在断口表面镀镍或敷上其他种断 口保护层，然后垂直断口切出金相剖面，进行研磨及腐蚀显示金属组织，或用腐蚀坑 法显示其结晶方位，然后剥去断口表面的镍层，便可在扫描电镜下同时观察断口形貌与其垂 直剖面上相对应的组织（

18、图l 一 3）。镀镍层的作用不仅是为了保护断口免受腐蚀，而且也为 了保持断口与剖面间相交的棱线更尖锐。如图1-4所示为15MnvN钢母材的低温冲击断口与 垂直方向剖面的组织的对应观察的例子。左上为硝酸酒精腐蚀的母材组织（铁索体加珠光 体），右下 为其冲击断口形貌，照片对角线方向是区分断口与剖面的棱线。从图中可看出， 断口中一个个小的解理断口单元尺寸恰与组织中细小的铁索体晶粒大小相对应。 直接对断口进行腐蚀亦可找到与组织的对应关系或测定结晶方位，佃要损伤断 口。无论 是为观察结晶方位，即腐蚀坑的形状而作的特殊腐蚀，还是为观察断口所对应的 组织而作的腐蚀，都必须在腐蚀前确定位置，作出记号并拍下所需

19、的断口形貌， 才能在腐蚀后找到对应关系。图卜5为15MnvN钢模似粗晶_x冲击断口放射区中的一个解理小面所对应 的一个上 贝氏体板条束。第二章典型金属断口的宏观与微观分析 21 断裂形式的分类一、按材料断裂前吸收能量或宏观塑性变形量 （一）延性断裂是高能量吸收的断裂过程，特征是材料存断裂前发牛大量的明显的宏观塑性变 形。韧性材料在室温下受载，一般是先产生弹性变形。随载荷加大到屈服点后开始滑 移，产生大量塑性变形。在塑性变形达到一定程度后，在某蝤部位发生位错的塞积，导 致微裂纹形核。继续增加载荷时，微裂纹扩展并相互连接，直到最终断裂。延忤断裂是应力 水平高于整体屈服应力下的由塑性变形控制的断裂过

20、程。裂纹扩展呈较缓慢的稳定扩展特 征；减少载荷或卸载，则会随时止裂。延性断裂过程由于伴随大量的塑性变形及能量吸收，工 件的外形呈现明显的缩颈、弯曲及断面收缩等宏观整体变形，其宏观断口形貌呈u凸不平 的暗灰色纤维状。由于断前发生显着的塑性变形（图211，可引起人们的重视，小易造成事 故。（二）脆性断裂 属低能最吸收的断裂过程，特点是断前无显着塑性变形。 脆性断裂过程中裂纹扩展速度很快，断裂 往往是突然爆发，事先无征兆，因而是一种危 险的断裂形式，往往会造成严重事故。典型的 脆断事故如美国俄亥俄州的“银桥”在冬季突 然断为两截的事故，19491953年期间在美 国海军中服役的一批“自由轮”脆断沉没

21、事故 等。这此脆性断裂事故往往发生在低应力F， 当内部存在裂纹源，外部环境又恶劣（如低温 下）时易发生。脆性断裂的断口往往垂直于正应力方向， 较平坦，整齐，断口有金属光泽，强光下可看 到断口中颗粒状的小面闪闪反光。用肉眼可看 到断口中往往有放射条纹或人字纹。工程上规 定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5的材料称为脆性材料。 二、按断裂途径或裂纹走向（一）晶内（穿晶）断裂是裂纹扩展穿过晶粒内部的断裂形式（图22a）。根据晶粒变形的大小，晶内断 裂可以 是延性断裂（如韧窝断裂），也可以是脆性断裂（如解理断裂）。（二） 晶界（沿品） 断裂裂纹沿晶粒边界扩展的断裂形式（图22b）。晶界断裂基本上均属脆性断

22、裂 的范畴，由于晶粒之间的分离破坏往往是晶界弱化所致，而品界体积效应很小， 所以很难产生火的宏观塑性变形。例如，锕在回火时因晶界析出脆性相导致的晶 界开裂，高韫 F 蠕变断裂，晶界腐蚀开裂，“及焊接区高温下杂质在晶肄形成低 熔点的偏析膜所导致的热裂纹等。另外，按所受载荷、环境的不同及断裂时的微观机制不同，可分为：韧窝断 裂、沿移移面分离断裂、解理断裂、疲劳断裂氢脆断裂、蠕变断裂及应力腐蚀 断裂等。22 典型断口的宏观形貌分析 根据金属材料试件所受载荷性质及环境条件，可有不同的断裂形式，其断口 可有几种典型的宏，微观形貌。一、静载拉伸断口的宏观形貌（一）光滑试棒拉伸断口光滑试棒受拉，裂纹在内部形

23、核后再向表面扩展。对脆性很大的材料或材料 在很低温度F受拉时，因极少有塑性变形，断口平直（图23a），往往是脆性断 裂。一般金属材料在室温下经受拉伸裁荷时，通常在发生明显的塑性变形后以延 性断裂方式破坏，其断盯形貌随材料的塑性大小及所吸收的变形能的不同而各 异。在纯度较商、塑性优良的金属中，由于基体易于滑移变形且作为微裂纹核心 的非金属夹杂物或第二相粒子较少，其断裂形式属于原予键的剪切断裂。如图2 一 3b示的凿尖状断口与纯剪切断日一般是发生在高纯度的单相金属中，特别是 在单晶体中。塑性很好的金属或单晶在拉伸栽荷下沿最大剪应力方向不断滑移 变，最终以滑移面分离形式断裂。分离的滑移表面的两半断日

24、像刀刃（单向将移 情况），或像削尖的铅笔（多向滑移情况），见图24。在图23所示的几种断裂 形式中，杯锥状断口是碳钢、低台金钢一类金属拉伸时最常见的一种断口形式， 如图23c所示，杯锥状断口的形成过程大致为：舍有较多第二相或杂质粒子的 合金在承受拉伸载荷时，先是以滑移方式均匀塑性变形，随载荷增大，开始出现 缩颈【图23c，塑性应变逐渐在此处局部集中。随缩颈进一步加剧，处于三向 应力状态下的缩颈中心部位开始萌生多个独立的微裂纹（微孔）.这里微裂纹多半 是在夹杂物或第二相粒子处形核，微裂纹以微孔长大并逐渐以微孔汇合连接的方 式径向扩展（图23c 一 2）。到表面附近时，由于应力状态的改变：变形集中

25、于 与拉伸轴成30。40。角的高剪切应变区的边缘。导致最终以剪切方式断裂， 因而形成杯锥状断口，断口的一半为杯状，一半为锥状（图23c-3。图25是 杯锥状断口形成过程的实例。由于工业上常用的钢或其他合金大多是以杯锥状形式断裂，因而将其作为典 型代表分析其宏观形貌。断口通常分三个区（图26）:纤维区F、放射区R、剪 切唇区s即所谓断口特征三要素。（1J纤维区一般位于杯锥状断13的中央， 宏观形貌呈灰色纤维状，是裂纹处于稳定扩展阶段所形成的典型的韧性断口形 貌。拉伸时，试件缩颈后其中心最小截面处于_向应力状态下，微裂纹在此处启 裂形成多个微孔，微孔不断聚合长大形成了宏观裂纹。在板材或棒材拉伸断口

26、中 的纤维区往往呈现定方向性，这是因为锻造、冷拔或轧制时非金属夹杂物（例 如硫化物）一般沿轧向分布所致。板材拉伸试棒中心可出现平行轧向的纤维状断 口；圆钢拉伸试棒中心可出现同心圆形纤维状断口（图27）。（2）放射区纤维区向外第二区为放射区，此两区的交界标志着裂纹由缓慢的 稳定扩展向快速的不稳定扩展转化。此区宏观特征是有放射状花样，即用肉眼即 可看到放射条纹。每一根放射条纹称为放射元，放射元方向与裂纹扩展方向一致， 与裂纹前沿轮廓线垂直，其反方向指向裂纹源。在某些情况下放射花样呈现为“放 射纤维”状，其放射元是一种典型的剪切形变造成的剪切脊（图2-8a）。但在一 般情况下放射元表现为条纹状（图2

27、-8b）,是裂纹长大到临界尺寸后，在平面应 变条件下作快速不稳定扩展，以低能量撕裂方式形成放射元。显然，撕裂时塑性 变形越大，消耗的撕裂功越大，放射元就越粗人。反之，撕裂功越小，放射元也 越细。因此，随着材料性质、试验温度的不同，断口中放射区的花样各异。塑性 较好的材料断13 中可无放射区。试验温度降低或材料的塑性较差时，放射区扩 大，放射元变细。当材料处于极脆状态下断裂 （如完全沿晶界脆料或解理断裂） 时，因儿乎无任何塑性变形，故放射线消失，放射区呈颗粒状（或称结晶状）脆性 断口形貌（图28c）。（3）剪切唇区断口的最外侧，亦即断裂过程的最后阶段形成的是剪切唇区。 剪切唇表面较光滑，颜色灰暗

28、，与拉伸轴大致成45。交角。剪切唇区是裂纹扩 展到表面附近时，由于前端应力状态的改变，最终在平面应力条件下沿最大剪应 力方向快速剪切而形成韧性断裂断口。在一般情况下，钢的杯锥状断口中三个区往往都存在，此时剪切唇区 所占比例一般较小。而当试验温度较高或材料塑性很好时，断口中可无放射区，正如图27 所示的那样，在仅由纤维区与剪切唇组成的全韧性断口中，剪切唇可占相当大的比例。（二）带缺口的圆棒拉伸断口断口分区大致亦符合三要素原则，但由于尖锐缺口所造成的应力集中及三向 应力状态，使裂纹易启裂于缺口前端，向中心扩展。反映裂纹稳定扩展阶段形貌 的纤维区紧靠缺口处，随后裂纹快速向中心推进时将出现有放射条纹花

29、样的放射 区，终断区在试件中心处，（图29a）。若裂纹自缺口处启裂后，因各方扩展速 度不同，造成不对称方式向内进展时，则断口分区亦不对称，其扩展的初始阶段 为纤维区，第二阶段为放射区，当两个阶段相交截时，裂纹即停止扩展，形成的 终断区也可能是剪切唇形貌（图2-9b）。在用插销试验法测定钢材的冷裂敏感性 试验中，插销试棒即相当于有扩散氢作用下的恒载缺口拉伸试棒，其断口分区必 然受氧致脆化的影响，放射区较大，而且往往看不到纤维区。图2_10是裂纹不 对称扩展的插销试棒断口示意。氢致裂纹往往在低应力下启裂于离熔合线最近的 缺口处（图2 一 10中A、B，C、D点），在沿缺口方向扩展的同时向试棒中心推

30、进。 由于氢的作用，裂纹启裂后即可脆性扩展，形成有氢脆特征的延迟扩展区（放射区），该区中常 可看到射线花样。当延迟扩展区大到一定程度后，裂纹快速扩展，形成快速扩展区与终断 区，终断区可有少量剪切唇，其形貌与无氧试件类似。（三）矩形试件拉伸断口 实际构件中，如船体、压力容器等的断裂事故多属于板材的断裂，因而研究矩形试件断口有其实际意义。表面无缺口的板材拉伸试件断口亦符合三要素原 则，裂纹源在板中央处，周围的纤维区呈圆形或椭圆形（图 211）。向外是放射 区，常常可看到有人字纹（山形）花样。人字纹的尖端指向裂纹源。断口中的人字纹花样也是放射条纹的一种形式，表示了裂纹作不稳定的快速 扩展时形成的形貌

31、。之所以形成略向表面弯曲的人字纹是因裂纹快速地向板两端 扩展的同时，有力图以最短的距离到达自由表面的倾向。最靠近板表面的终断区 是剪切唇形式。当试件厚度减薄时，剪切唇面积增大。薄板拉伸断口因基本上处 于平面应力条件下，除中心纤维区外，全部是剪切断口，无放射区出现。二、v形缺口试样冲击断口的宏观形貌（一）断裂过程的描述 冲击试验是检验材料在快速载荷作用下韧性大小的试验方法。与静载试验不同的是，由于快速加载使材料来不及充分塑性变形，从而有变脆的趋势，另外， 试件中开有缺口，使冲击试验可以在不同温度条件下测定材料的脆化倾向大小。 常用的有u形缺口试样及v形缺口试样两种形式。由于u形缺口根部半径过大，

32、 用所测定的单位面积的冲击吸收功所求出的材料韧脆转变温度与实际情况出人 较大，而用v形缺口试样求出的韧脆转变温度比较接近于低温环境下脆断的实际情况,所以近来一般均已较少应用u形缺口试样。 v形缺口冲击试件的断裂过程可用示波记录下来的卩曲线表示（图212）。试 件受载后先产生弹性形变，载荷卜升到n点时开始屈服，随载荷增大一般认为在 6点处开裂。开裂后先经稳定扩展阶段，c点后为失稳扩展，到d点后又以剪切 撕裂方式扩展直至终断。冲击吸收功可分解为：裂纹形成功（包括弹性变形功A,及塑性变形功A，）及裂纹扩展功（包括 稳定扩展功A,、失稳扩展功A。及撕裂功A，）两部分。韧性不甚好的材料冲击时，消耗 于裂纹形成的功占较大比例；在韧性较好的材料中，裂纹扩展功占相当大比例。（二）断口分区V形缺口的冲击试件断口的分区亦遵循三要素规律。受载后，如图2 一 12 所示，先是出现塑性变形，随后微裂纹在缺口根部萌生。裂纹的稳定扩展阶段（卜 c）形成灰暗色的纤维