——不同断口在SEM下的微观分析
前期回顾
上期我们探索了蚂蚁在扫描「电子显微镜下的形貌。从整体形貌到细节上的形貌，详细的描述了蚂蚁身体上的各个结构的形貌以及功能。本期我们继续借助扫描电子显微镜研究不同加工条件下合金的断口，以表征其塑性⌒ 性能。
序言
合金通常要←经过铸造、压力加工(如轧制、挤压、锻造、拉丝以及冲压等)和热处理等过程，以获得优良的组织，制成合适的型材和工件，应用在国民经济等各种领域。在产品批量生产前，通常利用一系■列的拉伸试验以检验材料的一些力学⌒ 性能。从拉伸试验过程中，可以得出一系列的拉伸曲线，以表征材料的本征弹性、塑性、韧性等。在拉伸曲线的最后阶段，试样在外力作用下丧失连续变形，就会断成两段。试样的断裂过程包括裂纹的萌生和裂纹的扩展两个基■本过程。
金属材料的断裂过程在工程上有很大的实〗际意义。桥梁、轮船、汽车、宇航器的断裂行为给国民经济带来了巨大的危害。金属材料的抗断裂行为主要取决于两大因素。一是外因。如应力状态、温度、湿度等。二是内因。如显微组织和化学成分等。人们可以通①过调整合金的化学成分，改善加工参数以及热处理方案，以提高材料的性能指标♂。人们在追求合金的高强度的同时，越来越关注材ㄨ料的塑性和韧性等。本文主要通过一些合金的断口的微观形貌来分析材料的塑性指标。
材料的断裂主要分为两大类：塑性断裂和脆性断裂。塑性断裂又叫延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形;脆性断Ψ 裂过程中，几♂乎没有宏观塑性变形，但是在局部区域内存在一定的微观塑性变形。
本文选取了四种不同变形▂量的铝合金的断口，观察其形貌组织，以表征其塑性指标。
•20%变形量下的合金断口——形貌分析
从图1可以看出，20%变形量下样品的断◣口主要是韧窝解理型断口，在解理断口的周围有一些韧※窝。一般来说，韧窝越大，分布越多，材料的塑性性能越好。在较低的倍数下，有解理台阶和微裂】纹的形成。解理裂纹⊙继续扩展过程中ぷ，解理台阶相互汇合，形成“河流花样”。在较高的放大倍数□ 下，可以从这些解理断口看出试样的晶粒呈长条状分布，这些长条状晶粒的尺寸多为15um左右，主要是由『于加工变形造成的。在这些长︻条状晶粒的周围分布着少量的小晶】粒，这些小尺寸晶粒的尺寸多为5um左右，主要是由于◥局部再结晶造成的。此外，在有的解理断口中还含有少量的第二相颗粒或孔洞。这些孔洞可能是由于在断裂过程中，晶体内部的第二相颗粒的脱落留下的位置造成的。
图1 20%变形量下合金的断口形□貌图
•30%变形量下的合金断口——形貌分析
图2 30%变形量下合金的断口↘形貌图
从图2可以看出，30%变形量下■样品的断口主要是韧窝解理型断口。与20%变形量下样品相比，30%变形量下样品的韧窝增多，表征在较大的变形量╲下，材料的塑性增强。主要表现在两个方面，一是韧窝的体积增大，二是韧窝的数量增多。在较高的放大倍数□下，从这些解理断口看出呈长条状分布的变形∮晶粒，这些长条状晶粒的尺寸多为10um左右。在这些长〖条状晶粒的周围分布着少量再结晶晶粒，这些小尺寸晶粒的尺寸多为3um-5um左右。此外，在这些解理断口分布区域还有一些撕裂棱和第二相颗粒的分布。
•50%变形量下的合金断口——形貌分析
从图3可以看出，50%变形量下样品的断口○主要是韧窝解理断口。有明显的解理台阶以及“河流花样”。在较︽高的放大倍数下，从解理断口的形貌可以看出长条状晶粒的周围分布着大◢量的近乎等轴的再结晶晶粒。这些长条状晶粒较少，且其尺寸多在7um-10um范围内，这些小尺寸晶粒的尺寸多为5um左右。表明材料发生了明显的再▅结晶。在这些解理断口中→有第二相颗粒的分布，且这些颗粒尺寸较20%变形量╳下的颗粒尺寸要小一些。表明第二相颗粒的固溶强化作●用增强，材料的力学性能以及塑性会有一定的改善。在这些几乎等轴的晶粒边缘含有一定的韧窝。这些韧窝的体积较小，可能是由于大变形量下颗粒尺寸较小，形成的韧窝也比较小。
图3 50%变形量下合金的断＠ 口形貌图
•60%变形量下的合金断口——形貌分析
从图4可以看出，60%变形量下样品的断口主要是韧窝解理断口，在解理断口的周围有一些韧窝。从解理断口可以看出晶粒都呈近乎等轴分布，且这些晶粒的尺寸较50%变形『量下的晶粒尺寸较大。这表明再结晶过程已经较充分进行，并且发生了一定程度的再结▓晶晶粒长大的行为，这不利◥于材料的塑性性能。在部分几乎等轴的解理断口中含有细小的第二相颗粒。这些第二相颗粒起到了很好的固溶强化的作用，对材料的塑性性能也有一定的益处。
图4 60%变形量下合金的断口形貌图
后记
通过扫描电子显微镜下不同变形条件下的合金的断口形貌观察，可以看出随着变形量的增加，合金的再结晶程度增加，晶粒的尺寸逐渐︾减小，第二相的颗粒也会发生一▼定的碎化。材料的塑性会有一定的提高。但是，当变〓形量到达一定数值时，部分再结晶晶粒会发生一定≡的长大，可能对合金的塑性性能有一定的损害。
当然，材料的力学性能与多种外因和内因有关。我们在选择合适的加工工艺同时，可以通过调节合金的成分、改善合金的热处理工艺等，获得优良的塑性性能。
