断裂 (裂纹) 源区的宏观判断-超景深3D数码显微镜

主断面 （主裂纹）确定后，断裂分析的进一步工作是寻找裂纹源区。由于观察分析手段和目的不同，断裂源的含义也不同。工程上，一般所说的裂纹源区是断裂破坏的宏观开始部位。寻找裂纹源区不仅是断裂宏观分析中最核心的任务，而且是光学显微分析和电子显微分析的基础。

（1）根据不同断裂的特征确定裂纹源区 不同断裂都有不同或相应的特征，按照这些特征来确定断裂源是断口分析中最直接、较可靠的方法。例如：如果在断裂件的主断面上观察到纤维区、放射区及剪切唇三种断裂特征，则裂纹源区应在纤维区中，并且还可断定此种断裂为静载断裂 （或过载断裂）。板状试件或矩形截面的零件发生的静载断裂，在断口上通常可以看到撕裂棱线呈人字纹的分布特征。对于光滑试件来说，一组人字纹指向的末端即为裂纹源区。圆形试件、缺口冲击试件的静载断裂，应力腐蚀断裂及氢脆断裂的断口上，其撕裂棱线通常呈放射线状，一组放射线的放射中心则是裂纹源。疲劳断裂的断口上通常可以看到贝纹花样的特征线条，贝纹线形似一组同心圆，该圆心即为裂纹源。

总之，不同的断裂类型，在断口上都可以观察到典型的特征形貌。正确的断口分析不仅能够确定断裂的性质，同时能够确定断裂源区，为进一步的分析确定基础。有关不同断裂断口特征的细节请参阅以下各章节和相关文献内容。

（2）根据裂纹宽度确定裂纹源区 将断开的零件的两部分相匹配，则裂纹的最宽处为裂纹源区。图 3-11所示为实际开裂的管件，可按照断口拼合后的张口大小确定断裂源。两段拼合后，先开裂的部分张口很大，而后开裂的部分（管子的下部）则拼合很好。此管的开裂是由于轧制时产生的折叠所致，断裂始于折叠处。

（3）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区 按照断口的颜色及其深浅程度来确定裂纹源区的方法，主要是观察断口上有无有别于金属本色的氧化色、锈蚀及其他腐蚀色彩等特征，并依此确定裂纹源区的宏观位置。这也是断口分析中经常采用的方法。

在有氧化和锈蚀的环境中发生断裂的零件，其断口上有不同程度的氧化及锈蚀色彩。显然，有色彩处为先断，无色彩处 （或为金属本色）为后断。色彩深的部位为先断，色彩浅的部位为后断。

在高温下工作的零件，其断口上通常可见深黄色和蓝色色彩，前者为先断，后者为后断。

水淬开裂的零件可以根据断口上的锈蚀情况判断开裂点。油淬时，可以根据淬火油的渗入情况判断起裂点。若断口发黑，说明在淬火前零件上就有裂纹（黑色是高温氧化的结果）。

（4）根据断口的边缘情况确定裂纹源区 观察断口的边缘有无台阶、毛刺、剪切唇和宏观塑性变形等，将有助于分析裂纹源区的位置、裂纹扩展方向及断裂的性质等问题。因为随着裂纹的扩展，零件的有效面积不断减小，使实际载荷不断增加。对于塑性材料来说，随着裂纹的扩展，裂纹两侧的塑性变形不断加大，依此即可确定裂纹的扩展方向。在断口的表面没有其他特殊花样存在的情况下，利用断口边缘的情况往往是判断裂纹源区及裂纹扩展方向的仅有的和可靠的方法。例如：在高温下开裂的蒸汽管道，其断口往往由于高温氧化而难以判断开裂的方向。而确定开裂是从管壁外表面开始的还是从管壁内表面开始的，是正确分析蒸汽管道开裂原因的基本条件。在这种情况下，断裂表面的剪切唇或毛刺则是仅有的判定依据。图 3-12所示两根爆裂的蒸汽管道的爆口形状基本相同，爆口边缘无明显塑性变形，都属于脆性爆管。在图 3-12a所示爆管管壁内侧和图 3-12b所示爆管管壁外侧均有可见的剪切唇和毛刺，因此，可以断定图 3-12a所示爆管为管外壁起裂，而图 3-12b所示爆管为管内壁起裂。据此取样进一步分析爆管原因可知，图 3-12a所示爆管是由于外表面氧化引起的，而图 3-12b所示爆管则是由于长期过热导致材质老化引起的。

当然，并不是在所有的断口上都能找到断裂源。如整体金属零件出现的脆性断裂，断口为瓷状，过热及过烧件的断裂为结晶状断口，以及晶间腐蚀与均匀腐蚀断口在宏观上均无可见的断裂源。

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