2.3.1 断裂的类型及断口特征
断口特征比较真实地记录了断裂过程，从而可分析断裂的原因，为进一步改进设计、更换材料提供依据。
2.3.1.1 韧性断裂和脆性断裂
根据断裂前、后材料宏观塑性变形的大小，将断裂分为韧性断裂和脆性断裂两大类。
韧性断裂是指具有明显塑性变形后而发生的断裂。用静拉伸试验评价材料时，将A>5%的断裂称为韧性断裂。发生韧性断裂的材料称为韧性材料。
脆性断裂是指断裂前无明显塑性变形的断裂。用静拉伸试验评价材料时，将A<5%的断裂称为脆性断裂。发生脆性断裂的材料称为脆性材料。
韧性断裂的断口往往呈暗灰色、纤维状。塑性较好的金属材料和高分子材料，室温下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。脆性断裂的断口，一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。淬火钢、灰铸铁、陶瓷、玻璃等脆性材料的断口常具有上述特征。
多数构件的断裂，如铁塔、桥梁、管道等的断裂应为韧性断裂。而绝大多数零件的断裂，即使其材料韧性很好，在宏观上也不会发生明显的塑性变形，判断是韧性断裂还是脆性断裂的依据是断口特征。
2.3.1.2 切断和正断
根据断口表面与最大切应力和最大正应力之间关系，将断裂分为切断和正断。
断口表面与最大切应力平行的断裂称为切断。断口表面与最大正应力垂直的断裂为正断。
图2-31是韧性材料典型的静拉伸断口，断口边缘部分的断裂表面大致与拉伸轴呈45°夹角，与最大切应力平行，属于切断；断口中心部分的断裂表面与拉伸轴垂直，属于正断。
图2-31 静拉伸宏观断口
切断表明材料的塑性好，而正断表明材料的塑性较差。脆性材料的拉伸断口几乎没有切断部分，切断与正断断口的相对比例反映了材料的塑性高低。
切断和正断不仅与材料的塑性有关，还与最大切应力和最大正应力的相对大小有关。拉伸和弯曲常表现为正断，而扭转和压缩常表现为切断，所以，不同加载方式对材料塑性的要求也不同。
拉伸断口边缘表现为切断而心部表现为正断，这与缩颈后产生的应力集中有关。由于出现了应力集中，使得心部的正应力大于边缘的正应力，从而在心部先发生断裂，裂纹扩展到一定程度后边缘发生切断。
2.3.1.3 穿晶断裂和沿晶断裂
根据材料发生断裂时裂纹扩展的路径，分为穿晶断裂和沿晶断裂两种。
裂纹在晶粒内部扩展而发生的断裂称为穿晶断裂。穿晶断裂可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。图2-32是穿晶断裂原理和断口特征。断口形貌属于穿晶断裂，由许多小平面组成，说明裂纹在扩展过程中几乎没有发生塑性变形，在微观上表现为脆性断裂，这种断口称为解理断裂。当然，大多数穿晶断裂属于微孔聚集型断裂和准解理断裂。
图2-32 穿晶断裂
裂纹沿着晶界扩展而发生的断裂称为沿晶断裂。沿晶断裂为脆性断裂。
如图2-33所示，沿晶断裂断口呈结晶状。沿晶断裂是晶界结合力较弱的一种表现。例如共价键陶瓷晶界较弱，断裂方式主要是沿晶断裂。离子键晶体的断裂往往以穿晶解理为主。而金属及其合金的断裂主要是穿晶断裂，在一些特殊情况下也会出现沿晶断裂。如粗大晶粒或在晶界上有杂质原子富集，恶劣的服役条件下高温蠕变断裂、应力腐蚀断裂等也出现沿晶断裂。一般服役条件下若出现沿晶断裂，往往是组织不合格造成的。
图2-33 沿晶断裂
2.3.1.4 剪切断裂和解理断裂
按照断裂机理将断裂分为剪切断裂和解理断裂两种。
在切应力作用下沿滑移面分离而造成的断裂称为剪切断裂。又分为滑断和微孔聚集型断裂。
滑断属于宏观上的切断，即断口表面与最大切应力平行。如圆柱拉伸试样断口边缘的剪切唇、塑性材料薄板的拉伸断口、扭转试样断口、剪切断口等都属于滑断。滑断断口呈现抛物线状，如图2-34所示，裂纹从右上角向左下角扩展。
微孔聚集型断裂属于宏观上的正断，即断口表面与最大正应力平行。如圆柱拉伸试样断口的中心部位，大多数零件的断裂主要是正断。
微孔聚集型断裂的微观形貌称为韧窝，如图2-35所示，由许多微坑组成，韧窝表面大致与切应力平行，裂纹从底部开始扩展，韧窝与韧窝相互连接形成宏观裂纹。在韧窝底部往往有夹杂物或第二相。韧窝越大，材料的塑性越好。
图2-34 滑断断口形貌
图2-35 微孔聚集型断裂断口形貌
解理断裂是在正应力作用下，材料原子间的结合键被破坏，从而引起沿特定晶面（称为解理面）发生的穿晶断裂。解理断裂是一种典型的脆性断裂。在例2-6的讨论2中指出，如果晶体受到三向等应力拉伸，内部没有切应力，不可能发生塑性变形和剪切断裂，随应力增大，当大于原子的结合强度时将发生解理断裂。如果晶体受到三向等应力压缩，内部没有切应力，不可能发生塑性变形和剪切断裂，随应力增大，会发生什么现象呢？留给读者自己思考。
解理断口由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成。这种以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。解理裂纹往往沿着一组相互平行、但位于“不同高度”的晶面扩展。不同高度的解理面之间存在台阶，众多台阶的汇合便形成河流状花样，如图2-36（a）所示。裂纹起源于晶界，并终止于晶界，如图2-36（b）、（c）所示。
图2-36 河流花样形成原理及断口形貌
还有一种断裂叫准解理断裂，它介于解理断裂和微孔聚集型断裂之间，即在解理面上有小的韧窝特征。
知识巩固2-7
1.根据断裂前、后材料宏观塑性变形的大小，将断裂分为脆性断裂与韧性断裂。（ ）
2.脆性断裂的断口往往呈暗灰色、纤维状。（ ）
3.韧性断裂的断口，一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。（ ）
4.根据材料发生断裂时裂纹扩展的路径，将断裂分为穿晶断裂和沿晶断裂两种。（ ）
5.在切应力作用下沿滑移面分离而造成的断裂称为解理断裂。（ ）
6.在正应力作用下，材料原子间的结合键被破坏，引起沿特定晶面发生的穿晶断裂称为剪切断裂。（ ）
7.解理断口由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成。（ ）
8.脆性断裂的危害性往往比韧性断裂的危害性大。（ ）
9.炮弹爆炸的断裂属于韧性断裂。（ ）
10.断裂类型与材料的韧性无关。（ ）