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金属断口分析丨解析金属断裂失效模式
断口是金属构件破断后断裂面的外观形貌。断口形貌十分真实地记载了材料或部件的断裂过程。通过它能对裂纹的发生、扩展和断裂的过程做出一定的判断。在腐蚀失效分析中，断口形貌的分析研究占有重要的地位。根据断口学的不断发展又可分为宏观断口学及微观断口学两类。宏观断口学是利用肉眼或放大镜，通过分析断口的色泽、粗糙度、放射棱线的方向和宏观变形来确定裂纹源的位置、裂纹扩展方向、受力方向以及可能的环境介质条件，断口表面的腐蚀程度以及各种因素(如材料的强度水平或部件的几何形状、试验温度、工作环境和热加工工艺等)对断口形貌特征的影响。可初步判断断口的性质和可能导致断裂的原因。
图1 断口的观察与取样
微观断口学是利用光学显微镜、透射电镜和扫描电镜等显微分析技术来观察究断口的形态特征，进一步判断形成机制和影响因素。
图2 断口的夹杂物分析（左）及金相组织（右）
图3 主裂源与次裂纹扩展方向的关系（左） 图4 应力腐蚀裂纹形成过程（右）
二、断口的分类方法
①按断裂的性质分类
按断裂的性质分类可以分为脆性断口、韧性断口、疲劳断口和环境因素断口。主要注重破断件在破断的部位是否发现有宏观塑性变形。
表1断口的分类（按断裂性质分类）
| 分类方法 |
断口类型 |
特点 |
微观形貌 |
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按照断裂性质分类 |
韧性断口 |
断裂时材料有明显的塑性变形，断口宏观形貌为纤维状 |
韧窝断口 |
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脆性断口 |
断裂时材料无明显的塑性变形，断口宏观形貌为结晶装或放射状 |
解理、准解理或沿晶断口 |
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疲劳断口 |
由交变载荷引起的断裂，断口宏观形貌平整，有海滩状或平行的弧形条纹 |
穿晶或沿晶断口，有平行的疲劳条纹 |
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环境因素 |
由应力腐蚀、氢脆、液态金属脆化、腐蚀疲劳或高温蠕变引起的断裂 |
穿晶、沿晶或混合断口 |
图5 疲劳断口（疲劳纹）（左）图6 氢脆断口（鸡爪条纹）（右）
②按断裂的方式分类。
按照断裂的方式分类，断口可以分为穿晶断口、沿晶断口和穿晶断+沿晶的混合裂断口三大类。
图7 穿晶断口（左）和沿晶断口（右）
图8 沿晶断口（冰糖状形貌）
| 分类方法 |
断口类型 |
特点 |
微观形貌 |
|
按照断裂途径分类 |
穿晶断口 |
多见于应力腐蚀和腐蚀疲劳断口 |
解理、准解理或韧窝 |
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沿晶断口 |
脆性沿晶断口多见于沿晶腐蚀、液态金属脆化、高温蠕变引起的断裂和回火脆及氢脆 |
冰糖状沿晶断口 |
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韧性沿晶断口多见于过热组织和高温蠕变引起的断裂 |
晶粒变形，晶界表面有韧窝 |
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混合断口 |
多见于应力腐蚀和腐蚀疲劳断口 |
穿晶或沿晶断口混杂 |
图9 工业CT无损检测分析腐蚀裂纹/断口
