分享 | 扫描电镜下呈现的金属拉伸断裂过程

拉伸试验是一种常用的分析方法，可以提供有关物体弹性的信息，以及物体受到压力或拉力时产生的阻力。这种测试可以对多种材料进行分析，分析材料受力时变化行为。拉伸试验的主要目的是评估相关参数（比如杨氏弹性模量）或研究剪切应力如何影响材料性能。拉伸试验可以帮助研究人员创建模型并研发更好的材料。

金属断口

金属断口通常是一个凹凸不平的粗糙面，而且是块状样品，取样容易，在扫描电镜的样品仓中可进行倾斜旋转多角度观察，因此扫描电镜非常适合断口分析。

下面，对于典型的金属断口形貌作一些简单的介绍：

对于不同断裂机制形成的断口，其微观结构各有独特的形貌特征，一般将其分为两大类：

金属多晶材料的断裂，通过空洞核的形成、长大和相互连接的过程进行，这种断裂称为韧窝断裂(dimple fracture)。韧窝断裂是属于一种高能吸收过程的断裂，是延性断裂中的一种。

如图 1 所示，其断口特征为：宏观形貌呈纤维状，微观形态呈蜂窝状。断裂面是由一些细小的窝坑构成，窝坑实际上是长大了的空洞核，通常称为韧窝，它是韧窝断裂的最基本形貌特征和识别韧窝断裂机制的最基本依据。

韧窝的尺寸和深度与材料的延展性有关，而韧窝的形状也同受到的破坏应力有关。因此，对于断口面上吻合部位的韧窝几何形状、尺寸和深度进行分析，就可以确定断裂时所在部位的应力状态和裂纹扩展的方向，并可对材料的延展性进行评价。

金属拉伸断裂过程-钢铁百科

图1 金属韧窝状断裂

沿晶脆性断裂是指断裂路径沿着不同位向的晶界（晶粒间界）所发生的一种属于低能吸收过程的断裂。根据断裂能量消耗最小原理，裂纹的扩展路径总是沿着原子键合力最薄弱的表面进行。

晶界强度不一定最低，但如果金属存在着某些冶金因素使晶界弱化（例如杂质原子 P、S、Si、Sn 等在晶界上偏聚或脱溶，或脆性相在晶界析出等），则金属将会发生沿晶脆性断裂。

沿晶脆性断裂的断口特征是：在宏观断口表面上有许多亮面，每个亮面都是一个晶粒的界面。如果进行高倍观察，就会清晰地看到每个晶粒的多面体形貌（如图 2 所示），类似于冰糖块的堆集，故有冰糖状断口之称。

图2 金属材料脆性断裂

来源：常州精密钢管博客网，飞纳电镜，直观学机械

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