航空材料力学性能检测：韧性断裂VS脆性断裂

根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形量的大小，断裂可分为韧性断裂和脆性断裂两大类。

1.韧性断裂

韧性断裂是指断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这是材料所受应力超过其抗拉强度时发生的。这种断裂是一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中需要不断地消耗能量，断裂面一般平行于最大切应力并与主应力大约成45°角。用肉眼或放大镜观察时，断口呈纤维状，灰暗色。纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩张和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维断口表面对光反射能力很弱所致。由于韧性断裂前发生明显的塑性变形，它将预先引起人们注意，因此一般不会造成严重事故。图3-1所示为某枪管典型韧性断裂的实物照片。

2.脆性断裂

脆性断裂是一种突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。图3-2所示为某机关枪管脆性断裂的实物断口照片。历史上曾发生过大量脆性断裂事故，如美国油船脆性断裂沉没、澳大利亚大铁桥断毁、法国核电站压力容器和英国核电站大型锅炉爆炸等，都是由脆性断裂而造成的严重事故。脆性断裂一般具有如下特点：

1）脆性断裂是一种突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆。

2）脆性断裂时承受的工作应力很低，一般低于材料的屈服强度。

3）脆性断裂的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始的。

4）温度降低，脆性断裂倾向增加。(www.xing528.com)

5）脆性断裂的断口平齐而光亮，且与正应力垂直，断口上常呈人字纹或放射花样，如图3-3所示。

图3-1 某枪管典型韧性断裂的实物照片

图3-2 某机关枪管脆性断裂的断口照片

图3-3 放射花样的脆性断口

通常脆性断裂前也发生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%则为脆性断口，这种材料称为脆性材料；反之为延性材料。由此可见，材料的韧性与脆性是根据一定条件下的塑性变形量来确定的。条件改变，材料的韧脆断裂行为也会改变。