断口形貌学 观察、测量和分析断口表面形貌的科学PDF电子书下载

第1章 断口表面形貌观察、测量和分析的有关概念 1

1.1观察的角度 1

1.2尺度问题 6

1.2.1概述 6

1.2.2分形几何学 9

1.2.3微观结构尺寸和应力场 12

1.3什么是裂纹 13

1.4裂纹的起源 16

1.4.1引言 16

1.4.2形变导致的裂纹形核 17

1.4.3裂纹形核的其他问题 20

1.5裂纹的力学和微观力学 22

1.5.1引言 22

1.5.2椭圆孔和裂纹周围的应力场 23

1.5.3裂纹扩展的Griffith和Irwin临界条件 26

1.5.4其他问题 31

第2章 观察、描述和测量断口表面形貌：相关基础以凯顿石为例 33

2.1正确观察三维形貌图的方法 33

2.2历史概要 35

2.3什么是凯顿石 40

2.4 Hooke的观察 41

2.5光学显微镜 42

2.5.1肉眼观察 42

2.5.2概述 43

2.5.3分辨率和景深 44

2.5.4几何学的问题 47

2.5.5照明（度） 48

2.6光学截面和断口形貌细节的定量描述 49

2.7共焦扫描光学显微术 54

2.8 SEM 55

2.8.1概述 55

2.8.2二次电子像和背散射电子像 57

2.8.3分辨率、放大率和景深 59

2.8.4几何学方面的问题 60

2.9 SEM和凯顿石 61

2.10断口表面研究的其他实验步骤 67

第3章 倾斜裂纹 68

3.1双曲线型平滑曲线裂纹的演变 68

3.2加载模式 73

3.3几何约束 75

3.3.1倾斜和扭转的定义 75

3.3.2形成平滑表面的裂纹扩展 78

3.3.3裂纹扩展的实验观察 79

3.4在混合模式Ⅰ-Ⅱ下的裂纹扩展或演变 82

3.5裂纹弯曲 87

第4章 河流花样 90

4.1河流花样的断口形貌特征 90

4.2晶体解理面上河流花样的形成 93

4.2.1裂纹和螺型位错相交形成的台阶 93

4.2.2晶体固体中的台阶高度的增大 101

4.3非晶脆性固体中的河流花样：Sommer实验 102

4.4应用干涉光学显微镜测量断口表面形貌 111

4.5不同固体中河流花样的实例 113

4.6河流花样台阶的形核 118

4.7台阶的分离 118

第5章 镜面区、雾状区和锯齿带：表面粗糙度、开裂速度和动态应力强度 121

5.1镜面区、雾状区和锯齿带的含义 121

5.2粗糙度分布图的测量得到断口表面形貌 129

5.2.1 Takahashi和Arakawa的实验 129

5.2.2粗糙度测量 131

5.2.3粗糙度参数 134

5.3粗糙度随Kd和v变化的几个例子 136

5.4粗糙度的起源 140

5.4.1扩展裂纹前端的微裂纹形核和扩展 141

5.4.2扩展裂纹前端的塑性形变 143

5.4.3微观分支的扩展与增加导致宏观分支和分叉 145

5.5 AFM图像和形貌细节之间的关系 148

5.6渐进粗糙化的直接观察 153

第6章 晶体固体的解理 158

6.1晶体解理 158

6.2关于晶体学方面的问题 161

6.3云母的解理 163

6.4锌的断裂 169

6.5方解石上的河流花样 173

6.6断口表面干涉图案的分析 177

6.6.1鼓泡和楔形处的干涉 178

6.6.2有银纹的聚合物断口表面的干涉 179

6.6.3瞬时断裂表面特征 182

6.7砷化镓的块断裂 182

6.7.1三点弯曲测试法 182

6.7.2确定解理面的取向 183

6.7.3粗糙表面 184

6.8体心立方金属（包括钢）的解理以及应力强度效应 186

6.8.1沿孪晶-基体界面的解理 187

6.8.2渐进粗糙 188

6.9定量体视显微镜和平坦刻面取向的确定 190

6.10多晶材料的解理断裂 193

第7章 界面处的断裂 197

7.1界面处的裂纹 197

7.2界面和相间断裂 200

7.3断口形貌学的复型技术 205

7.4界面和相间断口表面的化学和物理分析 210

7.5晶体中的界面失效：晶间断裂 212

7.6复合材料中的界面失效：珍珠母 214

7.7界面断裂和微观结构细节 217

第8章 延性断裂 221

8.1“延性”断裂的含义 221

8.2金属和聚合物的颈缩与拉伸 225

8.2.1纯金属 225

8.2.2平面应力和平面应变 227

8.2.3聚合物的冷拉伸 230

8.3杯锥断口 233

8.4小孔的形核 238

8.4.1组织的不均匀性 238

8.4.2聚合物中的纤维化 243

8.4.3银纹和断裂 246

8.4.4非晶金属（金属玻璃）中的剪切带 247

8.5扩展裂纹尖端处的延性断裂 248

8.5.1宏观观察 248

8.5.2裂纹尖端的分离过程 250

8.6一个地质学的等价解释 253

8.7共轭断裂表面的形貌特征 256

第9章 裂纹动力学效应 262

9.1简介：声速和裂纹速度 262

9.2瓦纳线和应力波断口形貌学 266

9.2.1瓦纳线 266

9.2.2应力波断口形貌 270

9.2.3测量裂纹速度的其他方法 273

9.2.4其他的瓦纳线效应 274

9.3裂纹的不连续扩展：停止-继续 276

9.4在循环加载条件下裂纹扩展造成的裂纹前缘条纹 282

9.4.1机械疲劳 282

9.4.2收缩驱动开裂 287

9.5瞬时断裂形貌细节和环境效应 291

9.5.1瞬时断裂表面 291

9.5.2环境对裂纹形核和扩展机理的影响 292

9.5.3化学变化 293

第10章 断口形貌学的应用 295

10.1断口形貌学的重要性 295

10.2微观结构分析 298

10.2.1在室温下呈脆性的材料 299

10.2.2软性材料的微观结构 303

10.3新材料开发和现有材料改进 311

10.3.1夹杂物（及微观组织）对钢的脆性的作用 311

10.3.2复合材料的韧性 315

10.4失效分析的诊断工具 330

10.4.1一般性问题 330

10.4.2实例 334

10.4.3储罐失效的案例分析 338

参考文献 342

附录图 1.1的分析：普通用途级聚苯乙烯的断口表面 357

中英文对照表 362