3.2　断裂

零件局部破裂后，改变了原来的应力分布，裂纹尖端出现应力集中。在交变应力和持续增加的应力作用下，裂纹缓慢扩展。当裂纹扩展到临界尺寸时，失稳破坏形成断裂。

3.2.1　断裂的分类

断裂可分为疲劳断裂、超强裂纹扩展断裂、环境断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂、高温蠕变断裂、热疲劳断裂和腐蚀疲劳断裂等。

1.疲劳断裂

疲劳断裂按荷载类型可分为交变单向弯曲荷载断裂、交变双向弯曲荷载断裂、旋转弯曲荷载断裂、轴向交变拉压荷载断裂、交变扭转荷载断裂。

2.超强裂纹扩展断裂

超强裂纹扩展断裂是指应力超过材料强度极限，材料经裂纹成核、扩展失稳断裂。

3.环境断裂

环境断裂是指金属材料与某种特殊环境相互作用而引起的具有一定环境特征的断裂。

4.应力腐蚀断裂

金属在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的脆断称为应力腐蚀断裂。

5.氢脆断裂

氢元素进入零件表面、近表面或内部后，达到一定的含量，在力的共同作用下引起的断裂称为氢脆断裂。

6.高温蠕变断裂

在高温蠕变应力的作用下，金属材料发生蠕变变形出现裂纹，扩展后最终断裂称为高温蠕变断裂。

7.热疲劳断裂

热疲劳断裂是一种因交变热应力和热应变作用而产生的疲劳破坏。

8.腐蚀疲劳断裂

在腐蚀介质和低于拉伸强度极限的交变荷载共同作用下，发生的疲劳断裂称腐蚀疲劳断裂。

3.2.2　裂纹的扩展-断裂机理

1.裂纹的第一扩展阶段

在拉压交变荷载的作用下，萌生的裂纹前端在拉开时张开，沿45°方向产生向前的滑变，使裂纹向前扩展；前沿钝化，受压时裂纹闭合；前沿锐化，这种钝化和锐化的交替发生，使裂纹不断扩展。从宏观上看，第一阶段扩展速度较慢。

2.裂纹的第二扩展阶段

疲劳裂纹扩展的第二阶段为正向扩展阶段。高循环、低荷载时，裂纹在包围裂纹顶端的弹性区内扩展；低循环、高荷载时，裂纹扩展速度快，在塑性区内扩展。正应变疲劳裂纹产生以后，在高变应力作用下，绝大部分裂纹均与名义应力轴呈90°，一般沿晶界与非晶界平面逐步扩展，大致分为以下三个阶段：

（1）开始阶段。开始阶段裂纹短小，一般以隧道形式慢慢向内扩展。如是多源疲劳，各小裂纹按最大应力和最小阻力原则选择扩展路径，直至互相连接形成垂直于应力轴的单一裂纹。这个阶段，扩展速率小而不稳定，可称为选择扩展阶段。

（2）中间阶段。当各段小裂纹逐步连接成一条较长的裂纹以后，基本上以单纯的正向疲劳方式，较均匀稳定地向前扩展，称为裂纹扩展的中间阶段。中间阶段显微撕裂或切变过程虽仍存在，但影响小，裂纹扩展稳定，是裂纹扩展的主要阶段。

（3）过渡阶段。稳定扩展至一定深度后，由于剩余工作截面减小，应力逐渐增加，裂纹加速扩展的阶段称为过渡阶段。裂纹快速扩展，最后发生瞬时过载断裂。