金属(jīnshǔ)脆性断裂与疲劳失效磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以断裂的危害最大。对工程构件或机械零件而言其服役条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用，有时只受到一种(yīzhǒnɡ)负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。为此，我们把在力学负荷作用下（有时兼有热负荷及环境介质的共同作用），金属材料被分成两个或几个部分的现象称为完全断裂；内部存在裂纹则为不完全断裂。对大多数金属材料的断裂过程来说，都经历了裂纹的萌生与扩展两个阶段。对不同的断裂类型，其裂纹萌生与扩展机理及特征并不相同。可以说，对断裂的研究，人们主要关注的是断裂过程的机理及其影响(yǐngxiǎng)因素，其目的在于根据对断裂过程的认识制订合理的措施，实现有效的断裂控制。金属脆性断裂会造成重大的经济损失，甚至人员伤亡，因此，脆性断裂特别受到人们的关注。为了对断裂有个全面了解，我们首先介绍断裂的类型(lèixíng)。4.1断裂的类型(lèixíng)断裂类型(lèixíng)根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。根据金属材料断裂前所产生的宏观(hóngguān)塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观(hóngguān)塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%者为脆性断裂；大于5%者为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，以后我们会看到，条件改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的，穿晶断裂的裂纹穿过晶内，沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层(báocénɡ)连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定(yīdìng)条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定(yīdìng)数值后，以极快速率沿一定(yīdìng)晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。常见金属的解理面见下表4-1所示。金属对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。剪切断裂是金属材料在切应力作用(zuòyòng)下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为两类：一类为滑断（又称切离或纯剪切断裂），纯金属尤其是单晶体金属常发生这种断裂；另一类为微孔聚集型断裂，钢铁等工程材料多为这种断裂类型，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。根据断裂(duànliè)面取向又可将断裂(duànliè)分为正断型或切断型两类。正断型断裂(duànliè)——若断裂(duànliè)面取向垂直于最大正应力，切断型断裂(duànliè)——断裂(duànliè)面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，前者如解理断裂(duànliè)或塑性变形受较大约束下的断裂(duànliè)，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂(duànliè)。按受力状态、环境介质不同，又可将断裂分为静载断裂（如拉伸断裂、扭转断裂、剪切断裂等）、冲击断裂、疲劳断裂；根据环境不同又分为低温冷脆断裂、高温蠕变断裂、应力腐蚀和氢脆断裂；而磨损和接触疲劳则为一种不完全(wánquán)断裂。常用的断裂分类方法及其特征如表4-2所示。由于脆性断裂是一种“爆发病”，常导致灾难性后果，而绝大多数的断裂又因疲劳而引起，故本章着重介绍脆性断裂与疲劳失效。4.2脆性断裂失效(shīxiào)现象及特征脆性断裂失效现象近百年来，随着金属材料的广泛应用，曾频繁出现过不少重大的工程断裂事故，包括桥梁、储气和储油罐、管道、转子、轮船、导弹发动机壳体的断裂等，造成严重的后果和重大的经济损失。下面举一些(yīxiē)脆性断裂失效的实例。1935年左右，比利时在Albert运河上建造的50座焊接桁架桥梁在以后几年内相继脆断，其脆断时大多数是在低温下发生的；1938年德国柏林附近的一座公路桥在气温为-10℃时产生局