宏观断口的表象观察与致断原因初判

（一）断裂源区和零件几何结构的关系

断裂源区可能发生在零件的表面次表面或内部。

对于塑性材料的光滑零件，在单向拉伸状态下，断裂源在截面的中心部位属于正常情况。为防止零件出现此种断裂，应提高材料的强度水平或加大零件的几何尺寸。

表面硬化件发生断裂时，断裂源可能发生在次表层，为防止此类零件的断裂，应加大硬化层的深度或提高零件的心部硬度。

除上述两种情况外，断裂源区一般发生在零件的表面，特别是零件的尖角凸台、缺口、刮伤及较深的加工刀痕等应力集中处。为防止此类破坏，显然应从减小应力集中方面入手。

（2）断裂源区与零件最大应力截面位置的关系

断裂源区的位置一般应与最大应力所在平面相对应，如果不相对应，则表明零件的几何结构存在某种缺陷或工作载荷发生了变化，但更为常见的情况是材料的组织状态不正常（如材料的各向异性现象严重）或存在着较严重的缺陷（如铸造缺陷、焊接裂纹、锻造折叠）等情况。例如：承受单向扭转工作载荷的轴件，其断口的宏观形貌，按其与最大应力的关系可能有以下几种情况：

1）断口表面与最大正应力所在平面相对应，即断口与轴线呈45°螺旋状。此种类型的断裂为宏观脆性断裂，通常是由材料的脆性过大或韧性、塑性不足引起的。通过改变零件的热处理工艺，适当提高回火温度，则有助于减少零件的此类断裂。

2）断口的表面与最大切应力所在平面相对应，即断口平面与轴线垂直或平行。此种类型的断裂为宏观的韧性断裂，通常是由材料的强度或硬度不足引起的。通过改变零件的热处理工艺，适当降低零件的回火温度，则有助于零件使用性能的改善。

上述两种情况均表示材料的组织均匀性未出现太大问题。在此种情况下，如果调整热处理工艺难以避免上述两种断裂，则应提高材料的强韧性级别或者适当加大零件的几何尺寸。

3）断口表面与轴线的夹角远小于45°，即断口表面既不和最大正应力所在平面相对应，也不和最大切应力所在平面相对应。换句话说，该断裂面是在较小的应力条件下形成的。由此可以推知，材料的各向异性现象比较严重，横向性能比较差。通常是由材料中的塑性夹杂物比较多及锻造流线沿轴向分布显著等因素引起的。

（3）裂纹源的部位裂纹是从一个部位产生的还是从几个部位产生的？是从局部部位产生的还是从很大范围内产生的？通常的情况是，应力数值较小或呈柔性应力状态时易从一处产生，应力数值较大或呈硬性应力状态时易从多处产生；由材料中的缺陷及局部应力集中引起的断裂，裂纹多从局部产生；存在大尺寸的几何结构缺陷引起的应力集中时，裂纹易从大范围内产生。

例如，承受旋转弯曲的轴件可能产生以下几种类型的断裂：

1）裂纹源于表面一处或两处（基本对称，但稍有偏转）。这是最为常见的断裂形式。其产生原因是表面拉应力最大及表面存在一定的加工缺陷或材料缺陷。在无明显缺陷存在的情况下，正常的断裂（由材料性质及轴件的几何尺寸和载荷性质来决定）也呈此种断裂形式。

2）裂纹源于次表面。某处次表面的拉应力小于表面的拉应力，其所以成为起裂点，必然存在有较大的缺陷。

3）裂纹源于整个表面向内扩展导致的断裂。其断裂原因一般是轴件存在变截面且其应力集中现象严重，如存在直角过渡的情况。

（4）断口的表面粗糙度断口的表面粗糙度在很大程度上可以反映断裂的微观机制，并有助于断裂性质及致断原因的判断。例如：粗糙的纤维状多为微孔聚集型的断裂机制，且孔坑粗大，塑变现象严重；瓷状断口多为准解理或脆性的微孔断裂，塑变现象极小，孔玩小、浅、数量极多；粗、细晶粒状为沿晶断裂:镜面反光现象明显的结晶状断口为解理断裂；表面较平整多为穿晶断裂，凹凸不平多为沿晶断裂等。

（5）断口上的冶金缺陷注意观察断口上有无夹杂物、分层、粗大晶粒疏松、缩孔等冶金缺陷，有时依此可以直接确定断裂原因。

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