失效分析基礎 「脆性斷口之沿晶斷口與解離斷口」 詳解
1. 沿晶斷裂的定義：沿晶斷裂是指金屬材料中的裂紋沿晶界擴展而產生的一種斷裂。當沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時又稱晶間顆粒斷裂。多數情況下沿晶斷裂屬於脆性斷裂，但也可能出現韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。當金屬或合金沿晶界析出連續或不連續的網狀脆性相時，在外力的作用下，這些網狀脆性相將直接承受載荷，很易於破碎形成裂紋並使裂紋沿晶界擴展，造成試樣沿晶界斷裂，它是完全脆性的正斷。
2.沿晶斷裂產生原因：在一般情況下，晶界的結合力高於晶界內的結合力，晶界是強化因素。但如果熱處理不當或環境、應力狀態等因素使晶界被弱化成裂紋擴展的優先通道，材料就會被發生沿著晶界斷裂。
產生沿晶斷裂一般有3種原因:
(1)晶界上有脆性沉澱相。如果脆性相在晶介面上覆蓋得不連續，例如AIN粒子在鋼的晶介面上的分布，將產生微孔聚合型沿晶斷裂;如果晶界上的脆性沉澱相是連續分布的，例如奧氏體Ni-Cr鋼中形成的連續碳化物網狀，則將產生脆性薄層分裂型斷裂。
(2)晶界有使其弱化的夾雜物。如鋼中晶界上存在P、S、As、Sb、Sn等元素。
(3)環境因素與晶界相互作用造成的晶界弱化或脆化，例如高溫蠕變條件下的晶界弱化，應力腐蝕條件下晶界易於優先腐蝕等，均促使沿晶斷裂產生。
3.沿晶斷裂的擴展路徑（圖1）：沿晶斷口的形貌取決於材料本身晶粒的形狀。
4.沿晶斷口的分類：
（1）按斷口表面形態分類：
a、常見的沿晶分離（圖2）：斷口呈現不同程度的晶粒多面體外形的岩石狀花樣或，晶粒明顯，且立體感強，晶界上多顯示光滑無特徵形貌。
b、沿晶韌窩斷口（圖3）：斷口表面的晶界上有大量的小韌窩，這是晶界顯微空洞生核長大連接的結果。
（2）按產生晶間脆性的原因分類（介紹常見的3種）：
a、和熱偏析有關的沿著晶斷口，如回火脆斷口（圖4）；
b、由晶間沉澱相誘發的沿晶斷口（圖5）；
c、由於環境介質作用造成的沿晶斷口，包括:
a)應力腐蝕沿晶斷口（圖6）
b)氫脆沿晶脆性斷口（圖7）
c)低熔點金屬脆性沿晶斷口（圖8）
9)蠕變沿晶斷口(圖9)。
1．解理斷裂的定義：解理斷裂時金屬或者合金在外加正應力作用下沿著某些特定低指數結晶學平面（解理面）發生的一種低能斷裂現象，一般呈現脆性特徵，很少塑性變形，斷面呈結晶狀，有許多強烈反光的小平面（或小刻面）。
註：解理面：( cleavage plane)是指礦物晶體在外力作用下嚴格沿著一定結晶方向破裂，並且能裂出光滑平面的性質的平面。解理面一般光滑平整，一般平行於面間距最大，面網密度最大的晶面，因為面間距大，面間的引力小，這樣就造成解理面一般的晶面指數較低，如Si的解理面為(111)。
2．解理斷裂的微觀特徵：解離斷口的微觀特徵有解理台階、河流花樣、解理扇形、「舌頭」花樣、「魚骨花樣」、瓦納線等，圖1為一個典型的解理解斷口形貌。
（1）解理台階（圖3）：是兩個不同高度的解理面相交時形成的。
（2）河流花樣（圖4）：解理斷口最主要的特徵是其線條的形狀與水系網格的相似性，根據他們的形狀，把這些線條稱為河流花樣。所謂的「河流」實際上是一些台階，他們把不同的裂紋連接起來。
（3）解理扇形（圖5）： 解理裂紋通過晶界後，在新的晶粒中某一點上生核，從此處開始裂紋擴展到整個晶粒。在這個晶粒內部，河流花樣以裂紋源頭為中心，以扇形的方式向外擴展，形成解理扇形。
（4）「舌頭」、「魚骨」花樣（圖6、圖7）： 體心立方和密排六方結構金屬（金屬學及與熱處理書中第一章有介紹）中存在著機械孿晶。裂紋前沿遇到孿晶時會以孿晶和基體分離的方式而偏離原來的擴展方西，而形成解理舌花樣或魚骨花樣。
（5）瓦納線（圖8）：極脆的材料（如：玻璃）解理斷裂斷裂時，會出現一種所謂的「瓦納線」的解理特徵。值得注意的是：「瓦納線」與人字紋花樣相似，但其擴展的方向恰恰相反，人字彙聚的方向為裂紋擴展方向。
3. 晶界對解理河流的影響（圖9）：解理裂紋從一個晶粒進入到相鄰晶粒時（解理裂紋通過晶界），擴展方向會發生變化。當解理裂紋前沿與一傾斜小角度晶界相遇時，河流只是簡單改變方向，在相鄰晶粒內繼續流動。
4.解理斷口中各形貌的聯繫：在晶內低能介面斷裂（解理面）解理面相交（解理台階）解理台階匯聚（河流花樣、扇形花樣）。
文章來源：機械裝備缺陷與失效分析/常州精密鋼管博客網等