脆性斷裂簡介

脆性斷裂一般發(fā)生在高強度或低延展性、低韌性的金屬和合金上。另一方面，即使金屬有較好的延展性，在下列情況下，也會發(fā)生脆性斷裂，如低溫，厚截面，高應變率（如沖擊），或是有缺陷。脆性斷裂引起材料失效一般是因為沖擊，而非過載。

經(jīng)長期研究，人們認識到，過去我們把材料看做毫無缺陷的連續(xù)均勻介質(zhì)是不對的。材料內(nèi)部在冶煉、軋制、熱處理等各種制造過程中不可避免地產(chǎn)生某種微裂紋，而且在無損探傷檢驗時又沒有被發(fā)現(xiàn)。那么，在使用過程中，由于應力集中、疲勞、腐蝕等原因，裂紋會進一步擴展。當裂紋尺寸達到臨界尺寸時，就會發(fā)生低應力脆斷的事故。

脆性斷口宏觀特點為：斷口平齊而光亮，且與正應力垂直；脆性斷裂微觀特點為：斷口呈人字或放射花樣；

雖然由于裂紋的存在，材料在力學特性上呈現(xiàn)出非線性特征，但是脆性材料本身是彈性連續(xù)的，其裂尖的開裂過程可看做是連續(xù)的。因此在小范圍屈服的條件下，裂尖的破壞和斷裂過程仍可用線彈性力學理論加以解釋和描述。

設(shè)A和B分別為裂紋尖端處裂尖徑向方向上相鄰的兩個材料微單元體，其公共界面為節(jié)點3和節(jié)點4之間的連線。在荷載作用下裂尖應力場在微元A和B上的最大應力分別為

在某一組遠場力系

在另外一組遠場力系

由此可見，在脆性斷裂時，裂紋開裂擴展方向并不是由材料的最大主應力、最大剪應力或最大屈服點所決定，而應考慮脆性斷裂微過程傳播的上述一致連續(xù)性特點 。

（1）單晶體：解理斷裂，裂紋沿解理面擴展；

（2）多晶體：沿晶斷裂，裂紋走向沿著晶面，而并不在某一平面內(nèi)運動；

（3）穿晶 ( 晶內(nèi) ) 斷裂，裂紋沿著多晶粒的解理穿過，而不管晶界的位置如何。

20世紀50年代，美國發(fā)射北極星導彈，其固體燃料發(fā)動機殼體，采用了超高強度鋼制造，屈服強度為1400MPa，按照傳統(tǒng)強度設(shè)計與驗收時，其各項性能指標都符合要求，設(shè)計時的工作應力遠低于材料的屈服強度，但點火不久，就發(fā)生了爆炸。

為什么材料會發(fā)生低應力脆斷？

原因：傳統(tǒng)力學把材料看成是均勻的，沒有缺陷的，沒有裂紋的連續(xù)的理想固體，但是，實際工程材料在制備、加工（冶煉、鑄造、鍛造、焊接、熱處理、冷加工等）及使用中（疲勞、沖擊、環(huán)境溫度等）都會產(chǎn)生各種缺陷（白點、氣孔、 渣、未焊透、熱裂、冷裂、缺口等）。

缺陷和裂紋會產(chǎn)生應力集中，所受拉應力為平均應力的數(shù)倍。過分集中的拉應力如果超過材料的臨界拉應力值時，將會產(chǎn)生裂紋或缺陷的擴展，導致脆性斷裂。2100433B

脆性斷裂：沒有或僅伴隨著微量塑性變形的斷裂。玻璃的斷裂不發(fā)生任何塑形變形，是典型的脆性斷裂；而金屬的斷裂總伴隨著塑性變形，故金屬的脆性斷裂只是相對而言。根據(jù)裂紋擴展的路徑，脆性斷裂又可以分為解理斷裂和晶間斷裂。

斷裂解理斷裂

一種典型的穿晶脆性斷裂。一定晶系的金屬一般都有一組在正應力作用下容易開裂的晶面，稱為解理面。一個晶體如果沿著解理面發(fā)生開裂，則稱為解理斷裂。

斷裂晶間斷裂

斷裂路徑沿著不同位向的晶粒間界出現(xiàn)的斷裂。晶間斷裂可以脆性的也可以是延性的，分別稱為晶間脆性斷裂和晶間延性斷裂。

脆性斷裂，簡稱脆斷，是指：構(gòu)件未經(jīng)明顯的變形而發(fā)生的斷裂，斷裂時材料幾乎沒有發(fā)生過塑性變形。如桿件脆斷時沒有明顯的伸長或彎曲，更無縮頸，容器破裂時沒有直徑的增大及壁厚的減薄。脆斷的構(gòu)件常形成碎片。材料的脆性是引起構(gòu)件脆斷的重要原因。

焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂，焊接結(jié)構(gòu)因材料低溫、脆化和存在焊接缺陷或殘余應力等因素引起的突發(fā)性斷裂。