脆性断口形成原因的诊断

需要首先确定断裂起点位置和裂纹扩展路径，判定造成断裂的载荷类型以及加载速率，分析断口上的痕迹特征（如腐蚀产物、夹杂物等）；在断口分析的基础上，结合工艺条件、服役条件等对断裂失效进行更全面的分析诊断。

1）断裂源和裂纹扩展路径的确定。前面提到，当脆性材料承受冲击载荷而引起断裂时，在断口上即呈现放射状的撕裂棱线或呈现人字形花样。放射状撕裂棱的放射源即为断裂的起始位置，放射状撕裂棱的方向即为脆性断裂的走向。同样，“人字纹”的交点也为断裂的起点，“人字纹”扩展方向为裂纹前进的方向。但应注意：如果在板材的两侧都开有缺口，形成的“人字纹”尖顶方向与无缺口光滑试样时正好相反；有缺口时，“人字纹”的尖顶方向是裂纹的扩展方向。

脆性断口的微观观察，是根据河流花样的流向来判断裂纹的起源和它的扩展方向的。河流花样“上游”即为裂纹的起源位置，河流的扩展方向或解理扇形扩展方向即为裂纹的微观走向。

需要注意的是，缺口和缺陷（夹杂物等）常是断裂的起源处，在观察时应该引起足够的重视。

2）对材料的性质和加载速率的估计。实验表明，脆性断口上放射状撕裂棱的形态是与材料性质和加载速率有关的。一般情况下，放射状撕裂棱的存在表明破坏是急速进行的，因此当材料的性能相同时，冲击载荷的加载速度越大，放射状的撕裂棱就越明显。

实验结果证明，在锅炉爆炸的情况下，即使是高塑性的软钢，其断口也垂直于最大正应力，并呈现“人字纹”花样。这是因为随着冲击速率的增加，材料所能吸收的功不断减少，并当冲击速度大于转移速度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，呈现脆性断裂的特征。因此，可以认为，这种放射状线条的存在，要么表明材料本来就属于脆性的，要么表明破坏的速度是非常大的。

而当加载速度相同的情况下，材料的韧性越小，冲击断口上放射状撕裂棱就越细腻。

实验还表明，当晶界结合力与晶内结合力相比较小时，断口上的放射状撕裂棱逐渐消失，被沿晶断裂的粗糙表面所代替，但是有时在沿晶断裂的宏观断口上还可以看到闪闪反光的解理断裂的小平面。这就是说，在沿晶的脆性宏观断口上，一般看不出加载速度的影响。

3）对载荷类型的判断。在各种不同的载荷下，断口表面的形态还会有所不同。

静拉伸应力造成的解理断口与拉应力垂直；零件截面较小时，宏观断口一般是平坦的，较大部件可能出现较粗糙的断口（因为除和主应力垂直的方向外，其他方向也可能发生断裂）；断口的色泽和晶粒尺寸有关，晶粒粗大时，断口上的小平面是非常亮的。静拉伸应力造成的沿晶断口也与拉应力垂直，有时呈现出晶粒外形；断口的表面可以是光滑的，也可能有许多小斑点，甚至有条纹或是韧性的，这和晶界以及造成沿晶开裂的因素如偏析、沉淀等有关。

静压缩应力造成的脆性断口有时呈条状（粉碎性）的，有时呈45°切断断口形状（脆性压缩45°切断断口的宏观塑性变形方式是镦粗，而韧性拉伸45°切断断口的宏观塑性变形方式是缩颈）。

静扭转应力造成的脆性断口呈“麻花状”，称之为螺旋形断口。螺旋形断口是由于材料在纯扭矩的作用下沿与最大主应力垂直的方向分离造成的；“麻花状”断口的表面形态和脆性拉伸断口一样，也是呈无定型的粗糙表面或呈现晶粒外形，这需要微观观察才能确定。

静弯曲应力造成的解理断裂裂纹是从受拉区的外侧萌生，它们先在垂直于主应力的面上扩展，然后由于平面应变状态向平面应力状态转变就使裂纹出现弯曲和分叉。当试样包含缺口时，裂纹就沿缺口扩展，无法把它们和纯拉应力造成的断口相区别。

静切应力作用下造成的脆性解理断口、沿晶断口等脆性断口和其他载荷类型得到的这类断口具有相同的形貌。此种情况下，根据断口形貌来确定导致断裂的载荷类型就很困难。在较好情况下，表面摩擦痕迹或断口附近的硬质点可能会帮助确定是否是由切应力造成的。

在冲击载荷下，板材构件的脆性断口上一般有放射状线条的人字纹花样。