工程材料力学基础第一章

第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

第一节金属拉伸试验第二节力－伸长曲线和应力－应变曲线第三节单向静拉伸载荷下的力学性能指标第四节真实应力——应变曲线第五节弹性变形第六节弹性不完整性第七节塑性变形第八节金属的断裂第一节金属拉伸试验

一、试验标准金属拉伸试验方法老标准GB228-76新标准GB228-87二、拉伸试样金属拉伸试验试样标准：GB6397-86以光滑园柱试样为例，可分为：1、比例标距试样短试样：K=5.65或L0=5d0长试样：K=11.3或L0=10d0延伸率分别用δ5、δ10来来表示，一般建议采用短试样。2、定标距试样：试样的原始标距L0与原始截面积S0或直径d0之间不存在比例关系。例如L0=100mm或200mm，则延伸率表示为δ100mm或δ200mm。

三、试样的加工和测量四、拉伸试验设备拉伸试样第二节力－伸长曲线和应力－应变曲线

应力－应变曲线

第三节单向静拉伸载荷下的力学性能指标

一、强度指标及其测定

1、比例极限σp应力-应变成正比关系的最大应力

σp＝Fp/A02、弹性极限σe弹性极限σe是材料由弹性变形过渡到弹一塑性变形时的应力σe=Fe/A03、屈服极限材料的屈服标志着在应力作用下由弹性变形过渡到弹塑性变形状态，因此材料屈服时所对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的应力，这一应力值称为材料的屈服强度，用σs表示。屈服极限

屈服点σs：材料的在拉伸过程中试验力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力。σs＝Fs/A0上屈服点σsu：试样发生屈服而试验力首次下降前的最大应力。σsu＝Fsu/A0下屈服点σsl：当不计初始瞬时效应（指在屈服过程中试验力第一次发生下降）时的屈服阶段的最小应力。σsl＝FsL/A0

屈服极限

屈服现象是金属材料开始产生宏观塑性变形时的标志。微量金属材料屈服失效抗力的力学性能指标－屈服强度就是用应力表示的屈服点或下屈服点。采用下屈服点的理由：上屈服点σsu波动性很大，对试验条件的变化很敏感而下屈服点σsl再现性较好。4、规定微量塑性伸长应力指标为什么要采用规定微量塑性伸长应力指标?上述三个力学性能指标虽有明确的物理意义，但对于多晶体金属材料来说，由于晶粒具有各向异性，以及各晶粒在外力作用下开始产生塑性变形的不同时性，用工程方法很难测出准确而唯一的比例极限和弹性极限数值。许多金属材料在拉伸试验时看不到明显的屈服现象。因此上述指标一般用试样产生规定的微量塑性伸长时的应力来表征。从这个定义来说，这三个指标都表示材料对微量塑性变形的抗力。规定微量塑性伸长应力指标

（1）规定非比例伸长应力σp试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。这种应力是在试样受力的条件下测定的。（2）规定残余伸长应力σr试样卸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。（3）规定总伸长应力σt试样标距部分的总伸长达到规定原始标距百分比时的应力。5、抗拉强度σb

σb＝Fb/A0σb的实际意义：1）标志塑性金属材料的实际承载能力，但仅限于光滑试样单向拉伸的受载条件；2）某些场合，σb可作为设计依据；3）σb与硬度、疲劳强度之间有一定的经验关系。二、塑性指标1、断后伸长率δ试样拉断后，标距的伸长与原始标矩的百分比。2、断面收缩率ψ 缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。3、最大力下的总伸长率δgt指试样拉至最大力时，标距的总伸长与原始标距的百分比。4、屈服点伸长率δs试样从开始屈服至屈服阶段结束（加工硬化开始）之间标距的伸长与原始标距的百分比。5、最大力下的非比例伸长率δg试样拉至最大试验力时，标距的非比例伸长与原始标距的百分比。第四节真实应力——应变曲线

一、条件应力与真实应力

条件应力(工程应力)——试样的原始截面积A0除载荷Fσ=F/A0真实应力S——试样的瞬时截面积A除载荷FS=F/A∵A0＞A∴S＞σ同样可推得在均匀塑性变形阶段：S=(1+ε)σ

二、条件应变与真实应变

1、条件相对伸长ε和条件相对截面缩ψ

根据均匀塑性变形前后金属体积不变的近似假定，可以推导均匀塑性变形阶段时相对伸长与相对断面收缩间的关系。

1、条件相对伸长ε和条件相对截面缩ψ产生颈缩后，ε=ΔL/L0只能代表试样全长的平均条件相对伸长，而不能代表缩颈处实际的条件相对伸长。后者比前者大得多。根据ε=ψ/（1－ψ）计算出缩颈处实际的条件相对缩长，这个条件相对伸长叫做全伸长，相当于整个试样都拉伸到缩颈处那样细时的条件相对伸长。2、真实相对伸长和真实相对断面收缩

条件相对伸长不能代表实际的相对伸长，实际相对伸长应该是瞬时伸长dl与瞬时长度L之比的积分值。即：e——真实相对伸长(真实应变)，断裂时的真实相对伸长ek叫真实伸长率。同理：真实的相对断面收缩ψe为：在均匀塑性变形阶段，e与ψe之间的关系由体积不变的假定求得：三、真实应力—应变曲线

1、形变强化模数DPB曲线的斜率D＝ds/de称材料的形变强化模数，将PBK曲线直线部分向两端延长，简化为虚线所示直线，就可用D=tgα来代表材料的形变强化能力。2、应变硬化指数n大多数金属材料的PB部分符合Hollomn关系式：n—应变硬化指数——表征均匀变形阶段金属的形变强化能力。k—硬化系数3、真实断裂强度Sk4、静力韧度4、静力韧度

（1）韧性与韧度韧性－材料的力学性能：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力。韧度－度量材料韧性的力学性能指标，又分为静力韧度、冲击韧度、断裂韧度。（2）静力韧度的定义静拉伸的应力－应变曲线下包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能。

4、静力韧度（3）静力韧度的表达式金属材料近似的应力－应变曲线方程为：S=σ0.2＋etgα=σ0.2+De

故静力韧度与Sk、σ0.2、D三个量有关，是派生的力学性能指标。但静力韧度与Sk、σ0.2的关系比塑性和它们的关系更密切，故在改变材料组织状态或外界因素时，韧度比塑性的变化更急剧。金属材料近似的应力－应变曲线

第五节弹性变形概念：1.变形：外力作用下，材料发生的尺寸和形状变化。2.弹性变形与塑性变形：外力去除后，随之消失的变形为弹性变形；残留的（即永久性的）变形为塑性变形。。一、弹性变形的特点 1、可逆性

2、单值性

3、变形量很小，一般不超过0.5－1％。

二、弹性变形的物理实质

原子间相互作用力：Fmax——金属材料在弹性状态下的理论断裂载荷(断裂抗力)。此时，相应的理论弹性变形量rm－r0可达25％。但实际上他们都是理论值。Hooke定律Hooke定律：在弹性状态下应力与应变之间的线性关系。σ=E·ε对弹性定律，一般认为它是由英国科学家胡克（RHooke，1635-1703）于1678年首先提出来的。但我国的东汉经学家郑玄（127-200）在《考弓记·弓人》中就论述了测试弓力时，有“量其力，有三钧”的说法，即“假令弓力胜三石，引之中三尺，弛其弦，以绳缓擐之，每加物一石，则张一尺。”的线弹性变形规律，比胡克提出弹性定律早1500年。于是在有的教科书中，将此弹性定律称作“郑玄-胡克定律”。Hooke定律上式表达的是各向同性体在单轴加载方向上的应力σ与弹性应变ε间的关系。而在加载方向上的变形（伸长），必然导致与加载方向垂直的方向上的收缩。对于复杂应力状态以及各向异性体上的弹性变形，需要用广义Hooke定律描述。对各向同性体，广义的Hooke定律公式：在单向拉伸条件下，可简化为：可见，即使在单向加载条件下，材料不仅在受拉方向有伸长形变，而且在垂直于拉伸方向上有收缩变形。三、弹性模量

1、弹性模量的理论定义弹性变形阶段，大多数金属的应力与应变之间符合虎克定律：拉伸时：σ=E·εE——拉伸杨氏模量剪切时：τ=G·rG——切变模量故弹性模量是当应变为一个单位时的弹性应力，即产生100%弹性变形所需的应力2、材料的刚度E工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值的大小反映金属弹性变形的难易程度。3、构件的刚度AE机器零件或构件的刚度与材料的刚度不同，反映构件产生弹性变形的难易程度。4、弹性模量的影响因素弹性模量的影响因素

1）键合方式和原子结构2）晶体结构单晶体-弹性各向异性;多晶体-弹性伪各向同性;非晶态－各向同性。3）化学成分材料化学成分变化将引起原子间距和键合方式的变化，因此也将影响材料的弹性模数。但对一般的固溶体合金，在溶解度较小的情况下一般影响不大。如对于常用钢铁材料，合金元素对弹性模量影响不大。4）微观组织对于金属材料，在合金成分不变的情况下，微观组织对弹性模数的影响较小，晶粒大小对E值无影响。故热处理对弹性模量的影响不大。5）温度温度升高，E值降低。但在室温附近，E值变化不大6）冷塑性变形-使E值稍有降低7）加载条件和负荷持续时间-对E值影响不大键合方式和原子结构对弹性模量的影响

共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数；分子键结合力较弱，弹性模数较低。对于金属元素，其弹性模量的大小还与元素在周期表中的位置有关。一般原子半径越大，E值越小。一般过渡族金属的弹性模量较高，Fe、Ni、Mo、W、Mn、Co等。

四、弹性比功（弹性比能）

弹性比功——材料吸收弹性变形功的能力。一般可用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。材料拉伸时的弹性比功可用图示应力－应变曲线的下影线面积表示。由上式知：金属材料的弹性比功决定于其弹性模量和弹性极限。而且弹性极限对弹性比功的作用更显著。

几种常见金属材料的弹性比功第六节弹性不完整性（imperfectlyelastic）在应力的作用下产生的应变，与应力间存在三个关系：线性、瞬时和唯一性。而在实际情况下，三种关系往往不能同时满足，称为弹性的不完整性。一、滞弹性

1、滞弹性定义：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。2、滞弹性应变anelasticstrain在快速加载或卸载后，随时间延长而产生的附加弹性应变叫滞弹性应变。3、滞弹性的影响因素（1）材料的成分、组织材料组织越不均匀，弹性后效越明显。（2）试验条件：a)温度T↑→弹性后效速率和滞弹性应变↑ b)切应力愈大，弹性后效越明显。4、消除办法 采用长期回火

回火的作用是使间隙原子到位错空位和晶界去自身变得比较稳定。滞弹性示意图

5、弹性滞后与弹性滞后环 金属在弹性区内加载卸载时，由于应变落后应力，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，即弹性滞后，封闭回线即弹性滞后环。6、交变载荷下的弹性滞后环与塑性滞后环 交变载荷中最大应力低于宏观弹性极限→弹性滞后环 交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限→塑性滞后环

7、金属的内耗internalFriction 加载时消耗于金属的变形功大于卸载时金属放出的变形功，因而有一部分变形功为金属所吸收，这部分吸收的功就称为金属的内耗。

8、金属的循环韧性frictionaldamping 交变载荷下滞后环的面积表示金属在一个应力循环中消耗的不可逆变形功。金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的内耗，亦称消振性。循环韧性

循环韧性也是金属材料的力学性能。通常用振动试样中自由振动振幅衰减的自然对数值δ来表示循环韧性的大小：其实循环韧性与内耗是有区别的： 循环韧性—用塑性滞后环面积来度量，在塑性区内加载时吸收不可逆变形功的能力。 内耗—用弹性滞后环面积来度量，在弹性区内加载吸收不可逆变形功的能力。

循环韧性一些常见金属材料的循环韧性

循环韧性的意义是：材料循环韧性愈高，则机件依靠材料自身的消振能力愈好。*循环韧性的应用：消振性：Cr13系列钢和灰铸铁的循环韧性大，是很好的消振材料，所以常用作飞机的螺旋桨和汽轮机叶片、机床和动力机器的底座、支架以达到机器稳定运转的目的。乐器：对追求音响效果的元件音叉、簧片、钟等，希望声音持久不衰，即振动的延续时间长久，则必须使循环韧性尽可能小。二、包申格（Bauschinger）效应1、定义金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1－4%），而后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。2、包申格应变指在给定应力下，拉伸卸载后第二次再拉伸与拉伸卸载后第二次压缩两曲线之间的应变差。它是度量包申格效应的基本定量指标，εb=bc

3.产生原因：包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。在金属预先受载产生少量塑性变形时，位错沿某滑移面运动，遇林位错而弯曲。结果，在位错前方，林位错密度增加，形成位错缠结或胞状组织。这种位错结构在力学上是相当稳定的，因此，如果此时卸载并随后同向加载，位错不能作显著运动，宏观上表现为规定残余伸长应力增加。但如果卸载后施加反向力，位错被迫作反向运动，因为在反向路径上，像林位错这类障碍数量较少，而且也不一定恰好位于滑移位错运动的前方，故位错可以在较低应力下移动较大距离，即第二次反向加载，规定残余伸长应力降低。4.消除方法（1）预先经受较大的塑性变形（2）在第二次反向受力前使金属材料于回复或再结晶温度下退火包申格效应

讨论某汽车弹簧，在未装满载时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。第七节塑性变形

1、塑性变形的特点①

塑性变形是不可逆变形，变形度大，一般金属的塑性远大于弹性。②

金属的塑性变形主要由切应力引起，只有切应力才能使晶体产生滑移或孪性变形。③

金属塑性变形阶段除了塑性变形本身外还伴随有弹性变形和形变强化，其应力—应变关系不再是简单的直线关系。④

高温下，金属塑性变形除了决定于应力外，还和温度及时间有关。即高温时间效应。高温蠕变、高温应力松弛⑤

表征金属塑性变形的力学性能指标都是很敏感的性能指标。⑥

金属塑性变形时还会引起应变硬化、内应力及一些物理性能的变化。2、塑性变形的方式

（1）滑移slip滑移是金属在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。滑移面和滑移方向的组合称为滑移系。（2）孪生twining孪生变形亦是在切应力作用下的一种塑性变形方式，孪生变形亦是沿特定的晶面和特定的晶向进行的。3、多晶体金属的塑性变形特点

（1）多晶体变形的不同时性晶粒取向不同，取向有利的晶粒先变形。组织愈不均匀，不同时性愈明显。（2）多晶体变形的不均匀性不均匀性存在于各晶粒之间，基体金属晶粒与第二相晶粒之间，即使用一晶粒内部，各处的变形亦不均匀，结果宏观变形尚不大时，微观局部可能变形很大，在内应力作用下形成微裂纹。（3）多晶体变形的相互协调性多晶体作为一个整体，需要各晶粒变形能相互协调，否则将造成晶界开裂。故多晶体金属塑性变形需要进行多系滑移，或在滑移同时进行孪生变形。要求：每个晶粒至少必须有5个独立的滑移系开动。二、金属屈服现象

1、吕德斯带（Luders）或屈服线屈服开始时在局部区域形成与拉伸轴约成45°方向的细滑移线，称为屈服线或吕德斯带。2、应变时效如在屈服后某一点进行卸载，随后再拉伸加载，屈服现象不再出现，但若在卸载后经时效处理，再拉伸变形时屈服现象又重新出现，而且新的屈服平台高于卸载时的流变应力。这种现象即为应变时效。3、低碳钢屈服现象的位错理论解释

铁素体中的C（N）原子与刃位错交互作用形成柯氏气团→位错钉扎使位错难以运动→开始塑性变形时必须提高外力克服柯氏气团的钉扎→才能使位错运动→上屈服点。但开动后，因变形应力又很快降下来，于是就形成了锯齿形的屈服平台。解释应变时效：预先塑性变形→已全部破坏了柯氏气团→屈服现象不再出现。卸载后再加热时效→C（N）原子又会扩散至刃位错周围形成柯氏气团，第二次加载开始变形时，又需要重新克服柯氏气团作用，故再次出现屈服现象。

4.屈服现象的有关因素材料在变形前可动位错密度很小(或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所钉扎；随塑性变形发生，位错能快速增殖；位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。四、影响屈服强度的因素

1、影响屈服强度的内在因素（1）金属的本性及晶格类型不同的金属其晶格类型，位错运动所受的阻力不同，故彼此的屈服强度不同。（2）晶粒大小和亚结构晶粒尺寸↓→晶界↑→位错运动障碍数目↑→σs↑（细晶强化）许多金属与合金均符合霍尔—派奇（Hall-Petch）公式：σi—位错在基体金属中运动的总阻力，亦称磨擦阻力ky—度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数。亚晶界、相界的作用与晶界类似，均阻碍位错运动。晶格阻力（派纳力τp-n）

在理想晶体中，仅存在一个位错运动时所需克服的阻力。

a—滑移面晶面间距b—柏氏矢量的模ω—位错宽度ω=a/(1-ν)为滑移面内原子位移大于50%b区域的宽度由上式可知：ω↑→τp-n↓如fccω↓→τp-n↑如bccb↓或a↑→τp-n↓，故位错在滑移面的滑移方向上最易运动。（柏氏矢量）：金属滑移方向的原子间距b位错间交互作用产生的阻力

1、平行位错间交互作用产生的阻力2、运动位错与林位错交互作用产生的阻力

α——比例系数L——位错间距离平行位错：ρ为主滑移面中位错的密度 林位错：ρ为林位错的密度由上式知：ρ↑→τ↑，故屈服强度↑。林位错—晶体中位错呈空间网状分布，对某一个位错线来讲，其滑移面和其它一些位错线是相交的，则这些相交叉的位错线即称林位错。纯金属单晶体中位错运动所受的阻力还有位错与点缺陷的交互作用，阻碍性割阶产生的阻力等。它们都对晶体屈服强度有一定贡献。

影响屈服强度的因素（3）溶质元素溶质原子和溶剂原子直径不同→形成晶格畸变应力场→该应力场和位错应力场产生交互作用→位错运动受阻→σs↑(固溶强化)溶剂对溶质的其它影响如电学交互作用，化学交互作用和有序化作用等亦对σs有影响。空位引起的晶格畸变类似于置换型原子所引起的晶格畸变→σs↑固溶强化效果：间隙型＞置换型（4）第二相的影响1.第二相质点本身能否变形2.第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量、分布以及第二相与基体的强度、塑性和应变硬化特性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关。如：a)第二相均为硬脆相，沿晶界网状分布→沿晶界不连续网状分布→弥散均匀分布于基体脆性减小b)片状珠光体比球状珠光体屈服强度高原因：长形质点显著影响位错运动。1）不可变形的硬脆第二相（如钢中的碳化物与氮化物等）的影响。位错绕过第二相，按照这种方式，位错运动的阻力主要来自弯曲位错的线张力：如果再考虑到质点大小的影响，则位错线的运动绕过阻力为：L——相邻质点的间距R——质点半径G——切变弹性模量b——柏氏矢量由上式可知：当r＞b时，随着L↓→τ↑，即第二相质点数量越多，越分散，材料的屈服强度就越高。随着绕过位错数量的增加，质点周围留下的位错越来越多，因而其相邻质点间距L便越来越小，弯曲位错所需的切应力就越来越高，表现为形变强化现象，这是两相合金形变强化的原因之一。2）可变形的第二相（如时效铝合金中GP区的共格析出物θ″相）的影响

对于可变形的第二相质点，位错可以切过，使之同基体一起产生变形，由此也能提高σs。原因是由于质点与基体间晶格错排及位错切过第二相质点产生新的界面需要作功等原因造成的。而且其强化效果不见得不如绕过型的。这类质点的强化效果与粒子本身的性质及其与基体的结合情况有关。2、影响屈服强度的外在因素

（1）温度T↑→金属材料的屈服强度↓，但金属晶体结构不一样，其变化趋势不一样。bcc金属的温度效应比fcc金属大。Fe-C合金是bcc结构,故低温变脆。（2）应变速率应变速率↑→金属材料的强度↑，但屈服强度随应变速率的变化比抗拉强度的变化要剧烈得多。（3）应力状态切应力分量愈大→愈有利于塑性变形→屈服强度愈低。不同应力状态下材料屈服强度不同，并非是材料性质变化，而是材料在不同条件下表现的力学行为不同而已。五、应变硬化

1、应变硬化(形变强化)现象应变硬化现象——流变应力随应变的增加而增加的现象。塑性应变是硬化的原因，而硬化则是塑性应变的结果。应变硬化是位错增殖、运动受阻所致。2、应变硬化指数

在金属材料拉伸真应力－应变曲线上的均匀塑性变阶段，应力与应变之间符合Hollomon关系式：S=kenn—应变硬化指数，金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化能力的性能指标。 k—硬化系数，真应变等于1.0时的真实应力n=1材料为完全理想的弹性体，S与e成正比关系。 n=0s=k=常数，材料没有应变硬化能力。2、应变硬化指数影响因素：（1）材料的层错能↓→n↑（2）金属材料的强度级别↓→n↑，实验结果表明：nσs=常数（3）金属材料加工状态：退火态：n大；冷加工态：n小（4）晶粒粗化→n↑（5）在某些合金中，n也随溶质原子含量增加而下降。3.应变硬化指数的测定

应变硬化指数n可按GB5028-85《金属薄板拉伸应变硬化指数(n值)试验方法》进行测定。一般常用直线作图法求得。对式S=ken两边取对数，得lgS=lgK+nlge可见,lgS-lge呈直线关系。在拉伸力—伸长曲线上确定几个点的σ、ε值，再按S＝σ（1＋ε）、e=ln(1+ε)计算出S、e,然后作出lgS-lge曲线，直线得斜率就是所求的n值。4、应变硬化在生产实际中的意义*应变硬化可使金属零件具有抵抗偶然过载的能力，保证安全。*应变硬化是工程上强化材料的重要手段。如18-8型不锈钢，变形前σ0.2=196MPa，经40%冷轧后，σ0.2=780～980MPa，屈服强度提高3~4倍。*应变硬化性能可以保证某些冷成形工艺，如冷拔线材和深冲成形等顺利进行。5、应变硬化作为强化手段的局限性

（1）使用温度不能太高，否则由于退火效应会使金属软化（2）硬化同时会引起金属脆化，故对本来很脆的金属，一般不宜利用应变硬化来提高强度。

六、缩颈现象六、缩颈现象

缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，它是应变硬化（物理因素）与截面减小（几何因素）共同作用的结果。当真实应力—应变曲线上某点的斜率等于该点的真实应力时，缩颈产生。

缩颈判据

拉伸失稳或缩颈时：dF=0∵F=SA 故dF=SdA+Ads=0∴

由均匀塑性变形阶段体积不变的条件：即dV=0∵V=AL∴AdL+LdA=0故：

缩颈判据在拉伸失稳点处：故当金属材料的应变硬化指数等于最大真实均匀塑性应变量时，缩颈便会产生。第八节金属的断裂

一、断裂的类型1、脆性断裂与韧性断裂—根据金属完全断裂前的总变形量（宏观变形量）划分。2、穿晶断裂与沿晶断裂—按裂纹扩展的路径或裂纹走向划分。3、纯剪切断裂与微孔聚集型断裂、解理断裂—按断裂机理划分。4、疲劳断裂与静载延迟断裂。(一)脆性断裂与韧性断裂

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；反之，大于5％者为韧性断裂。韧性断裂中、低强度钢光滑圆柱试样在室温的静拉伸断裂就是典型的韧性断裂，其宏观断口呈杯锥状，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口三要素。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂纹源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。无缺口拉伸试样，断口和三个断裂区示意图韧断的特征：a)伴随塑性变形及能量吸收；b)工件外形呈颈缩、弯曲及断面收缩；c)断面一般平行于最大切应力并与主应力成45°。脆性断裂脆性断裂断裂前基本上不发生塑性变形。脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。板状矩形拉伸试样断口中的人字纹花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行，但其尖顶指向裂纹源。脆断的特征： a)断裂时构件承载的工作应力并不高，通常不超过σs，故又称为低应力脆断。 b)脆断总是从构件内部存在的宏观裂纹作为“源”开始的。 c)中、低强度钢脆断常在低温下发生，而高强钢则不一定。 d)断口平整光亮，有金属光泽，且与正应力垂直，断面上有人字或放射花纹。实际构件断口宏观分析

（1）找裂纹源，根据放射花样或人字纹（2）估计各区比例，决定断裂性质（3）观察断口的粗糙程度、光泽与颜色、断面与最大正应力的交角等，决定断裂性质。（4）观察是否有弧形连线，决定是否“疲劳”。（二）穿晶断裂与沿晶断裂穿晶断裂的裂纹穿过晶内；从宏观上看，穿晶断裂可以是韧性断裂(如室温下的穿晶断裂)，也可以是脆性断裂(低温下的穿晶断裂)；沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展。沿晶断裂是晶界上的一薄层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、磨削裂纹等都是沿晶断裂。沿晶断裂则多数是脆性断裂。沿晶断裂的断口形貌呈冰糖状。穿晶断裂和沿晶断裂有时可以混合发生。