韧性断口的微观特征

在微观上，韧性断口存在滑移和韧窝两种形貌特征。

滑移

当金属在外载作用下产生塑性变形时，金属内部会沿着一定的晶体学平面和方向产生滑移。绝大多数金属材料为多晶体，位向不同的晶粒之间相互约束，滑移必然是沿着多个滑移系进行，所以滑移系会相互交叉；在断口上就会呈现出蛇形花样特征。如果形变加剧，则蛇形滑动花样因变形而平滑，形成涟波花样；继续变形，涟波花样也进一步平坦化，在断口上形成无特征的平坦面，称为延伸区或平直区。

韧窝

金属韧性断裂最主要的微观形貌特征是韧窝，也称之为微孔、微坑、孔坑等。

工程材料中，通常含有大量的弥散相（也称为第二相）。这些弥散相可以是合金元素的碳化物，尺寸非常小（1~20nm）；也可以是合金元素的化合物，如钢中的碳化物、氮化物、碳氮化合物，铝中的氧化铝等，这类弥散相颗粒的尺寸大约在50~500nm。一般情况下，第二相颗粒相对基体而言是脆性的，在发生塑性变形时，会出现两种情况。一种是第二相颗粒不能容纳基体形变而发生破裂，另一种是第二相颗粒与基体的界面结合力变弱，而发生界面分离。但是，不论发生哪种情况，显微孔洞均会在这些位置形核。

韧窝的形成机理简单来说是显微孔洞形核、长大、聚集直至断裂。显微孔洞形核后，在滑移的作用下逐渐长大，并和其他孔洞连接聚集在一起形成裂纹，全部断裂后就形成了韧窝断口。

韧窝的形状主要取决于应力状态，最基本的韧窝形状有三种，即等轴韧窝、撕裂韧窝、剪切韧窝，示意图如图2所示。

等轴韧窝是在正应力作用下形成的，如单轴拉伸。这时显微孔洞沿空间三个方向的长大速率相同，在相匹配的断口表面上，韧窝的形状是相同的，如图2（a）所示。

撕裂韧窝是在撕裂应力作用下形成的，如缺口平面应变断裂韧性试样及落锤撕裂试样的应力状态。韧窝呈抛物线状，两个相匹配断口表面上韧窝的拉长方向是一致的，凸向都指向裂纹源，如图2（b）所示。

剪切韧窝是在剪切应力作用下形成的，如拉伸、冲击、断裂韧性试样的剪切唇部分的应力状态。韧窝也是抛物线状，但两个相匹配断口表面上的韧窝拉长方向相反，如图2（c）所示。

韧窝的实际形貌如图3所示，显示了不同韧窝的二次电子显微形貌。

这里需要指出的是，为了更好的说明孔洞萌生处的应力状态对韧窝状态的影响，上述三种不同形状的韧窝只是最基本的简化形式。实际断裂中，很少有单独的单一应力状态，大多数情况下多种应力状态的组合，同时裂纹的局部扩展方向也在不断地发生变化，因此会导致匹配断口的不均匀应变。

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