金属在加工(jiāgōng)中的断裂基本知识点：断裂的基本类型，脆性断裂、延性(yánxìng)断裂的定义；裂纹的生成和发展的基本理论。重点：延性(yánxìng)断裂的发展过程，墩粗饼材时侧面的断裂；锻压或拔长时的内部纵裂；挤压和拉拔时的主要断裂。难点：Griffith裂口理论；墩粗饼材时侧面的断裂；锻压或拔长时的内部纵裂；锻压或延伸时产生的内部横裂；挤压和拉拔时的主要断裂。§4.1断裂(duànliè)的物理本质1断裂的基本(jīběn)类型脆性断裂：单向拉伸时，延伸率小于5%；起因：多为正应力引起，沿垂直于应力方向的原子(yuánzǐ)面撕裂。特征：断裂前基本上不产生塑变，断面光亮，为解理面。图4－1从微观的原子论看断裂的两种形式（a）脆性断裂（正断）；（b）延性(yánxìng)断裂（切断）图4－2α铁（体心立方晶格(jīnꞬꞬé)）的解理面（晶面指数比较低的晶面）（a）解理面；(b)滑移面图4-3杯锥状断口(duànkǒu)（a）杯锥形断口(duànkǒu)；(b)双杯锥形断口(duànkǒu)按裂纹发展的途径分：穿晶断裂和沿晶界的晶间断裂（裂纹总是沿原子键结合力最薄弱的面进行）。穿晶断裂：沿解理面的穿晶断裂，断口可以看到解理亮面；沿晶界的晶间断裂：断口呈颗粒状。起因(qǐyīn)：通常与晶界上的脆化因素（例如沉淀相的析出、杂质和溶质原子的偏聚等）有关。图4-4（a）穿晶断裂(duànliè)；(b)晶间断裂(duànliè)脆性断裂的破断面和拉应力接近于正交，断口平齐（图4-5a），延性断裂，主要表现为穿晶断裂，而延性的晶间断裂，只有在高温下金属发生蠕变时才能见到。延性断裂的具体表现形式有以下几种：一种是切变断裂，例如密排六方金属单晶体，其断面就是滑移(huáyí)面（图4-5b）；延性断裂的另一种是在塑性变形后出现细颈，一些塑性非常好的材料（如金、铅、铁的单晶体等），断面收缩率几乎达到100％，可以拉缩成一点才断开（图4-5c）；对于一般的金属，断裂由试样中心才开始，然后沿图4-5（d）所示的虚线断开，形成杯锥状断口(duànkǒu)。图4-5（e）所示的为平面断口(duànkǒu)，几乎未产生局部收缩，断面收缩率较小，高碳钢那样的较脆材料延性断裂时常见到这种情况。还应指出，产生杯锥状断口(duànkǒu)和平面断口(duànkǒu)的延性断裂，在破断面上呈灰色，由肉眼可看到纤维状，故称为纤维断口(duànkǒu)。图4－5金属试样拉伸时的断裂(duànliè)类型2裂缝(lièfèng)的生成和发展2）裂口的成核机制关于(guānyú)裂口成核机制，从位错理论出发，人们曾提出过多种设想，通常都是假定在应力作用下刃型位错的合并可以构成裂口的胚芽（图4－6）。3）延性断裂杯锥断裂的发生过程。图4－7示出了延性断裂发展的各个(gègè)阶段。拉伸变形中，当加工硬化所引起的强度增加不足以补偿断面收缩的效应时，就产生了细颈，出现三向拉应力状态（图4－7a）。由于细颈中央在三向拉应力作用下开始出现许多小的空洞（图4－7b）。4）断裂的发展物体在塑性变形中出现裂口（或空洞），并不意味着材料已断裂。从裂口→断裂是一个发展的过程。随塑性变形的发展，空洞不断形成与扩大。只有当变形达到某一程度，这些空洞结合一起→断裂。物体受到破坏的同时，还存在着破坏的修复过程，其最终的结果，取决于它们进行的速度。若修复速度大于破坏胚芽的形成速度，则变形任一时刻发生的显微破坏都能得到修复，则不会破坏，这种情况是粘性体和不破坏的塑性体所有的。若破坏的形成和发展速度很大而其修复速度很小时，就会出现另一种情况：破坏发展非常快，以致塑性变形来不及发生，使物体破坏时没有明显的塑性变形标志。若修复速度小于亚显微破坏的胚芽形成速度，破坏就会不断发展和积累(jīlěi)起来，经显微组织破坏，宏观破坏，最后达到某一变形程度时，物体就会发生断裂。继续拉伸时，这些空洞逐渐汇集成小裂口（图6－7c）。裂口沿垂直于拉伸方向发展，直到接近于试样表面（图4－7d）。然后沿着局部应力集中的切变形平面（与拉伸轴成45°）传播，最后形成杯锥状断口的锥面部分（图4－7e）。可见，延性断裂发源于小的空洞地方。这些空洞除了因位错塞积时在基体上发生显微裂纹而引起外，空洞主要是在析出物、夹杂(jiāzá)物等第二相粒子的地方发生，这可由金属纯度提高空洞数量减小、断面收缩率增加的事实得到证明。§4.2塑性(sùxìng)加工中的断裂图4－8锻压时断裂的主要(zhǔyào)形式常用的措施如下：1）减少工件与工具间的接触摩擦，一种办法是提高工具表面的光洁度；还可采用合适的润滑剂。2）采用软垫（图4－10）由于软垫比工件的变形抗力小，故在压缩的开始阶段(ji