脆性断裂形式的特征有哪些

脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应力脆断

脆性断裂总是以零件内部存在的宏观裂纹(如肉眼可见的01mm～1mm)作为源开始的。这种宏观裂纹可以是在生产工艺过程中产生，还可能是由于疲劳或应力腐蚀而产生。

中低强度钢在10℃～15℃以下发生的由韧性状态转变为脆性状态（韧-脆转变）。

1：脆性断口的宏观特征

在断裂前没有可以观察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”(或很小)。

脆性断裂的微观特征

:2： 脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。

:3：解理断裂：因原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂，开裂速度快，一般钢中的解理速度大约是1030m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿着特定的结晶面(称为解理面)发生，这些结晶面一般是属于低指数的。在不同高度的平行解理面之间产生解理台阶。解理裂纹扩展过程中，众多的台阶相互汇合，便形成河流花样，河流的流向与裂纹扩展方向一致。

脆性断裂是中新生代表构造相主要的构造变形型式，主导变形作用的是剪切和断块作用，代表性的构造形迹是各类不同方位、不同性质的断裂及其所形成的断块。处于沂沭断裂带以东的胶东地区，断裂构造颇为发育，其中北北东向和北东向断裂构造明显而突出，是与金成矿休戚相关的线性构造，北西和东西向断裂零散的夹杂其间。其广布于胶北断隆、文登－威海断拱西部。入胶莱断陷则渐行消失，胶莱断陷内除在构造单元接合部和南部断裂活动较活跃外，相对断拱区则相形失色。这些不同方位的断裂均具多期活动特点，力学性质各异，其形成、活动时间及控（容）矿性能亦不尽相同。有的则是继承韧性构造而发展起来的。在漫长的地质史内，它们彼此交切、归并、斜接、复合而构成现今的布局。

1近东西—北东东向断裂构造系统

该方向断裂较发育，其被夹持于北北东或北东向断裂之内。延伸方位与变质基底构造线吻合。发育于胶北隆起内者，规模较大有7条，长25～35km，其多是Ⅳ、V级构造单元的分界断裂，如黄山馆－得口店、西林、门村及金岗口等断裂。其他如留村、下东庄和芝山断裂，是变质基底的控界断层。走向80°～100°，向南或北陡倾。胶莱断陷具规模的有两条（柴沟－胶州和百尺河－廿五里夼断裂），规模大，断续长80～120km，走向85°～90°，向南陡倾。

该方位断裂切割最老地质体是变质基底岩系。最新地层是古近纪五图群，多被其他方向断裂截切位移。断层破碎带宽窄不一，同一断裂沿走向亦很悬殊，一般10～100m，最宽达700m，最窄仅12m。发育有断层角砾岩、构造角砾岩、碎裂岩等构造组构，常伴有褐铁矿化、碳酸盐化及重晶石化等蚀变现象。

该方向断裂具多期活特点，继承性强，早期为压性、压扭性，后期为张性和张扭性，具先压（张）而后扭特点。形成时限跨度大，最早雏形期可追溯至元古宙末，晚者中生代燕山期，活动于印支期、燕山期，以燕山晚期和喜马拉雅期最强烈，其控制中新生代盆地的生成、发展及消亡。

2北西向断裂构造系统

北西向断裂发育程度远不及北北东向断裂，其分布虽少，但在北北东向断裂内十分醒目，具规模者6条，零散的分布于变质基底内和基底与中生代盖层边界上，此外在中生代盆地亦有所见。

北西向断裂规模大小悬殊，长者延伸25～30km，短者几公里，断续出现。破碎带多数较窄10～50m，个别达100m。走向310°～320°，个别330°，倾向不定，倾角较陡，60°～70°。遥感影像及地貌均有明显反映，多系Ⅳ、Ⅴ级构造单元分界断层（如下范家、勾山－小园和俚岛等断裂），切割北东、北北东和东西向等断裂，时又被北北东向断层切割。破碎带内发育有断层角砾岩、碎裂岩，并伴有褐铁矿化、硅化、绿泥石化、重晶石化等蚀变现象。其形成时间较晚，燕山早期形成，具张性活动，燕山晚期活动强烈，为张扭性，系先张后扭的左行张扭性的多期活动断裂。

值得提及的是，具规模性的北西向断层是金矿床的破坏者，而在北东或北北东向断裂下盘侧的北西向的张性羽裂或追张裂隙中充填有含金石英脉（如马家窑和南墅等金矿）其代表了燕山早期所形成的北西向金含矿构造，它们是残存于北北东向断裂构造带弱变形域内，未被后来张扭性断裂叠加的构造形迹，因规模小，易被忽视，应对其予以关注。

3北东向断裂构造系统

北东向断裂构造广泛发育于胶辽隆起与苏鲁隆起二个不同大地构造单元分界的牟平、即墨、青岛一线，向南延至胶南、日照等一带。是山东半岛最突出的线性构造，纵贯半岛，是滨太平洋构造的组成部分。

北东向断裂无论在卫星照片，抑或在航照等遥感影像上均显示十分清晰的线性构造；地貌上控制大水系流向，沟系汇聚、流水拐点、陡坎、负地形线状展布和山体走向；航磁图表现为稳定的杂乱正负磁异常带。自西至东由桃村－陡山、郭城－即墨、牟平－店集和海阳－青岛等四条主干断裂构成宽约40km的牟即断裂带。其之间（呈10～12km间隔）相互平行，沿40°～45°方位呈舒缓波状展布，总体向北收敛，向南撒开。郭城－即墨断裂北延至埠西头与北西向断裂构成追张断裂到铁口－带后与桃村－陡山断裂间距仅1～2km。每条断裂的强烈活动部位，均有几条或数条规模不等，近于平行主干断裂的低序次断裂构成断束：如桃村－陡山断裂在徐家店以南由石桥东－北曲格庄、彭格庄－安家楼底和李家苇夼－铎山前等规模较大的低序次断裂构成；郭城－即墨断裂在战场泊南由高桌－羊儿山，榆山－北高格庄断裂辅佐。主干断裂近等距的间隔，反映脆性断裂的强、弱变形域的分带格局，在弱变形域内亦有强的变形域（低序次断裂处）。该方向断裂多向南东陡倾，倾角60°～70°，向北西倾者亦有，同条断裂沿走向其倾向亦有变化，沿断裂带常有规模不等，数量较多的早白垩世从基性—酸性的潜火山岩体侵位，同时伴有玄武岩喷溢形成的玄武岩台地。

该断裂构造均具十余米至上百米的破碎带，发育有碎裂岩、构造角砾岩、构造透镜体、断层角砾岩、劈理化带和断层泥等构造岩，常伴有硅化、褐铁矿化、绿泥石化、高岭土化、碳酸盐化等蚀变。其切割变质基底岩系，白垩纪地层及燕山晚期侵入岩，切割东西向和北北东向断层，被北西向断层切割。白垩纪莱阳群碎屑沉积，青山群火山岩展布和其潜火山岩、火山机构及燕山晚期侵入岩无不受其控制。总之该组北东向断裂规模大，具多期活动；初期以张性为主，中期压性，中后期压扭性，为左行压扭性断裂。形成早燕山期之未或燕山晚期之初，活动于燕山晚期，喜马拉雅期已很微弱，该断裂活动虽强烈，然与金成矿无缘。

另外在招远以北和栖霞以东亦有一组北东向断裂构造，其被夹持于北北东向断裂之间，诸如招远以北的破头青断裂，西林家断裂和栖霞以东的后夼和马家窑断裂等。这些断裂集中出露，相互平行，大致呈45°～50°（个别40°）方位展布，向南东陡倾，倾角60°，长15～20km，个别达30km。具宽大的挤压破碎带和蚀变岩带，一般30～400m，最宽达800m（破头青断裂）。其发育于栖霞超单元、玲珑超单元，被北北东向断裂切割，其规模虽小，然却控制了诸如玲珑、灵山沟、旧店及栖霞地区的石英脉型金矿床，此外还有一些北北东向断裂系统呈45°～50°波状的弯曲处，如焦家断裂北段，招平断裂留仙庄－上庄段，解宋营－观里断裂龙门口水库北段等金控矿构造与前者走向吻合，其可能是北东向构造部分，被北北东向构造归并而成为其一部分。这些北东向断裂早中期为右行张扭，后期为右行压扭，其形成于印支中晚期，活动于燕山早期和燕山晚期之初，此即被行业内称之为早新华夏系的构造。

4北北东向断裂构造系统

北北东向断裂构造是胶东中西部最突出的线性构造，密集展布于牟即北东向断裂带以西的莱州、招远、蓬莱、栖霞及平度、莱西、莱阳北部地区；牟即断裂带以东则限于米山断裂带以西地段，以东甚微。

北北东向断裂构造对胶东一带的构造格局、地貌景观等起到了举足轻重的脊骨作用，其与北东向断裂及其他方位断裂构造共同打造了胶东地区的构造框架。其亦是与胶东金矿密切相关的断裂构造，著名的三山岛、焦家、新城、大尹格庄等众多的金矿床均置身于该断裂系统之内。

该方位断裂多集中成带展现，各断裂带均由主干断裂和其旁侧的密集而近于平行，规模不等的低序次断裂构成断裂束，各带呈不甚明显的间隔（10～15km）展示，反映了强、弱变形域间夹出现特征。总体自北向南由强变弱，自西向东渐疏，向南西渐有收敛之势，入胶莱断陷渐不清晰。自西向东大致可分仓上—明村—双羊断裂带、蚕庄—大泽山—平度断裂带、蓬莱—招远—麻兰断裂带、解宋营—栖霞—沐浴店断裂带和金牛山断裂带。

该断裂系统在遥感影像上显示清晰的北北东向线性构造；地貌上呈正负地形交界、水系延展、水点线状展布；物探方面在负磁异常背景下的北东、北北东向的局部正磁异常区。断裂总体走向10°～25°间，个别达30°，局部达40°，呈舒缓波状延展，向北西或南东陡倾。倾角60°～70°左右。破碎蚀变带发育，一般宽都在数千米至上百米，金矿化处达数百米。一般是有矿化者宽，无矿化者窄，北段宽南段窄。发育有程度不同的碎裂岩化、构造角砾岩、构造透镜体、断层泥等构造岩，伴有强烈的褐铁矿化、绢英岩化、黄铁矿化、硅化、绿泥石化等热液蚀变。断裂破碎带均呈自主断面向两侧由强—弱（剖面上是弱—强—弱）的变形分带，其宽度和构造岩类型等各断裂和同条断裂沿走向均具差异性，宽者突出，类型多且叠加现象明显，热液蚀变往往在断层下盘异常发育。近主断面时愈强烈。无矿断裂蚀变窄，仅有弱褐铁矿化、高岭土化和碳酸盐化。

北北东向断裂切割前寒武纪变质基底岩系和白垩纪地层和燕山期及其之前的侵入岩类，切割东西向和印支期的北东向断裂，被北西向和牟即北东向断裂切割。个别断裂叠加改造古老的韧性剪切带。

该方向断裂从成矿专属性和相互交切关系明显分早、晚两期。早期者总体走向15°～25°，个别30°，是金控矿断裂；如三山岛、焦家及金牛山断裂等；晚期者5°～15°，对胶东多金属矿化具控制作用。早期者形成于印支期末或燕山早期，活动于早燕山期，早期为张性，后期为左行压扭性；晚期者形成于燕山晚期之始，为压性—左行压扭性。其切割或归并前者，共同形成北北东向构造带。

脆性断裂是铸钢件常见缺陷之一。在电炉坩埚使用酸性炉衬进行熔炼，使用铝进行脱氧时，浇注的铸钢件更容易发生脆性断裂。

另外，现在小的铸钢件厂都是使用市场上收购来的废钢料作为炉料。废钢炉料中含磷高，熔炼当中钢水中的裹入氢气高，都容易造成铸钢铸件脆断。

产生原因：

（1）铸件中残留铝量过高 熔炼工艺不妥或操作不当，使铸件中残留铝过高，在晶界上形成铝的化合物，如氮化铝引起铸件脆性断裂。

（2）铸件中硼的残留量高 在铸件的晶界上有碳硼化合物[M23(C·B)6]沿着奥氏体晶界析出。碳硼化合物引起铸件的脆断。①熔炼时炉衬材料中的硼酸在高温下分解，进入金属液中。②炉料中的含硼量高。

（3）清理铸件方法或使用不当 铸件在残留应力和外力的叠加作用下，超过此时该铸件的强度极限，发生脆断。

防止措施：

（1）严格控制铸件中的残留铝量。①采用Si-Ca和Al联合脱氧法，代替单一的铝脱氧。②控制铝的加入量，包括镇静用铝和终脱氧用铝控制在金属液的08％～12％（铝的加入量与炉料情况关系甚大，当炉料锈严重时，加入量取上限，反之取下限）；铸件的残留铝含量以003％～007％为宜。

（2）控制金属液中的含硼量，使铸件中的含硼量＜0005％。①改进筑炉工艺，补炉时严格控制硼酸的加入量。②严格控制炉料中的含硼量。

（3）改进清理铸件或使用铸件的方式，避免外力突然冲击。

有些时候16Mn无缝钢管组织中会有裂纹、还会有夹杂物、气孔等缺陷，这些缺陷均可以看成为材料中的微裂纹。另外，脆性断裂还与构件的使用温度有关。16Mn无缝钢管酸洗工艺选用的酸洗液一般为多种酸的混合物，主要有硫酸、硝酸和氢氟酸等，这些混合酸的腐蚀性很强且具有很强的氧化性，腐蚀介质的温度也比较高，这些对防腐材料的耐蚀性能提出了很高的要求。16mn厚壁钢管适用的防腐材料有不少，其中最佳的是环氧树脂及其改性树脂。15CrMo合金管酸洗原理是使用酸性液体，去除预处理后16Mn无缝钢管表面的氧化物表皮，去除表面的金属离子，使其具有美好的光洁度。酸洗的材料形态有带洗、管洗、板洗、线洗等，由于热轧管坯存在裂纹等缺陷或高精度冷拔管被制成油缸后，在使用过程中发生的断裂，几乎没有塑性变形发生，一般均为脆性断裂。脆性断裂是由多种原因引起的。如：晶界上有析出物时，不管其强度比基体强度强或弱，皆是产生裂纹的原因；晶界上夹杂物的偏析也是断裂的原因；另外，即使在远远小于屈服极限的交变载荷作用下，也会引起发生疲劳断裂现象。在高强度金属材料中发生的低应力脆性断裂的过程中，材料组织远非均匀的、各向同性的。合理使用手段对生锈管件进行清理时保证管件长时间的服务于生产，创造更多的生产效益。合金管应尽可能采用精加工表面。此外，16Mn无缝钢管表面清洁度也很重要，钝化后的最终清洗应仔细进行，因为残余酸液促进阴极反应，使膜层破裂，从而使16Mn无缝钢管活化，耐蚀性能剧烈降低，从而减少16Mn无缝钢管组织的裂痕。只有细心才能避免错误的发生啊。

导致钢结构构件脆性断裂的因素很多,主要因素有化学成份 、温度、构件厚度、冶金缺陷、构造缺陷等。钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高 ，随含碳量的增加 , 钢的最大恰贝冲击值显著降低。恰贝冲击值与试验温度曲线梯度趋于缓慢 ，而脆性转变温度显著升高。

预防措施：

(1)、 设计构件的断面应尽量选用最薄断面 ,增加构件厚度将增大脆断的危险

(2)、保证焊接质量，尽量减少因焊接造成的缺陷，设计上应选择适当的焊缝金属缺口韧性，较厚板材或型钢焊前必须预热，施焊过程中尽量不在负温条件下进行 ,焊接后必须保温缓冷，尽量保证焊接质量,减少缺陷产生。

(3)、设计焊接结构应尽量避免焊缝集中和重叠交叉。要采用较好的焊接工艺(合适的输入热量和操

作方法)。

(4)、在结构设计中应尽量将因缺陷引起的应力集中减小到最低限度 , 如避免尖锐角 ,尽量用较大半

径的圆弧 。

(5)、设计人员选用钢材时 ，除应核算强度外，还应保证材料有足够韧性 ，应从断裂力学理论出发选择具有较高断裂韧性的材料。

扩展资料：

钢材用途分类：

1、结构钢

（1)、建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等。

（2)、机械制造用结构钢是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等

2、工具钢

一般用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。按用途又可分为刃具钢、模具钢、量 具钢。

3、特殊钢

具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。

4、专业用钢

这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。

5、按钢的品质分

优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等

钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”以便识别。

参考资料来源：知网-钢结构构件脆性断裂的分析及控制措施

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