第5期 王斌等：SEM原位观察K60(09Y)镁合金板材的断裂行为 ·589。 25 KV 10 um 20 10 um (c) d 10 um 10m 图62合金断口附近形貌。(a)断口形貌：(b)撕裂岭，(d第2相；(d滑移线 Fig.6 Fracture morphologies of Alloy 2 (a)fractography:(b)tearing micmstructure (c)the second phase (d)slip ire 3.2裂纹的扩展 象.随着载荷的增加，在缺口附近出现应力集中，此 裂纹扩展前期经历了如图7所示的一个过程. 时2#合金试样表面通过晶粒褶皱来缓解应力，由于 裂纹萌生 裂纹前端 」裂纹生长 添加稀土Y后，合金中出现大量细小、弥散的 应力集中 应力章收 扩展停滞裂纹分枝 MgZ6Y相1？，该相对位错滑移起阻碍作用，并促 使裂纹萌生所需载荷提高.当该相附近的应力超过 图7裂纹扩展前期过程 Fig.7 Earlier process of crack propagation 其断裂的临界应力时，该相颗粒破碎，基体裂纹在该 相处的萌生（图6（©，(d).随着载荷进一步增加 1、2合金轧制态宏观断口呈现准解理形貌， 缺口附近所萌生的主裂纹与该相附近裂纹相贯通， 其断裂方式为穿晶断裂.实验观测1合金裂纹扩 并迅速沿第2相扩展，扩展路径也较1#合金有所偏 展过程中曾两次出现裂纹生长停滞然后分枝，这可 移. 能是因为伴随着裂纹向基体内的生长，裂纹区域的 1#和2合金裂纹主要通过撕裂方式相互连 应力集中得到一定释放，导致裂纹生长速度减缓：另 通，并在断口表面形成了小台阶与撕裂峰.图8为 外当裂纹到达晶界时，由于晶界两边的晶粒取向不 1合金主裂纹尖端同基体裂纹形貌，由该图推测 一致，也使裂纹扩展受到障碍，只能选择新的分支进 ZK60合金中的裂纹扩展模式如图9所示.当合金 行扩展.Grif伍th与Orowan等对裂纹扩展临界应力 断裂过程中，主裂纹和基体中萌生的二次裂纹具有 的研究表明9：如果材料中存在长度为c的裂纹， 一定高度差，两者通过撕裂方式相连接，导致裂纹向 则其临界应力6= 4EY牛P.式中，Y为单位 N(1-2)πc 裂纹的界面能，E为弹性模量，y为泊松比，P为断 口表面单位面积的形变能.由该式可知，随着原 位拉伸实验的进行，裂纹长度c逐渐增大，临界应力 σ。降低，当载荷超过裂纹扩展的临界应力，这时裂 纹不再出现分枝现象，而是向基体快速扩展，最终导 致材料失稳断裂（如图2(d). 100 um 2“合金在动态拉伸过程中，裂纹扩展方式与 图81：合金主裂纹同基体裂纹形貌 1#合金略有不同，整个过程没有发现裂纹分枝现 Fig.8 Morphobgy of the main crack and matrix crack in Alloy 1图 6 2 #合金断口附近形貌.( a) 断口形貌;( b) 撕裂岭;( c) 第 2 相;( d) 滑移线 Fig.6 Fracture morphologies of Alloy 2 #:( a) fract ography ;(b) t earing microstructure;( c) the second phase;( d) slip line 3.2 裂纹的扩展 裂纹扩展前期经历了如图 7 所示的一个过程 . 图 7 裂纹扩展前期过程 Fig.7 Earlier process of crack propagation 1 # 、2 #合金轧制态宏观断口呈现准解理形貌, 其断裂方式为穿晶断裂.实验观测 1 #合金裂纹扩 展过程中曾两次出现裂纹生长停滞然后分枝, 这可 能是因为伴随着裂纹向基体内的生长, 裂纹区域的 应力集中得到一定释放, 导致裂纹生长速度减缓;另 外当裂纹到达晶界时, 由于晶界两边的晶粒取向不 一致, 也使裂纹扩展受到障碍, 只能选择新的分支进 行扩展 .Griffith 与 Orow an 等对裂纹扩展临界应力 的研究表明 [ 16] :如果材料中存在长度为 c 的裂纹, 则其临界应力 σc = 4E ( γ+P ) ( 1 -ν2 )πc .式中, γ为单位 裂纹的界面能, E 为弹性模量, ν为泊松比, P 为断 口表面单位面积的形变能[ 16] .由该式可知, 随着原 位拉伸实验的进行, 裂纹长度 c 逐渐增大, 临界应力 σc 降低, 当载荷超过裂纹扩展的临界应力, 这时裂 纹不再出现分枝现象, 而是向基体快速扩展, 最终导 致材料失稳断裂( 如图 2( d) ) . 2 #合金在动态拉伸过程中, 裂纹扩展方式与 1 #合金略有不同, 整个过程没有发现裂纹分枝现 象 .随着载荷的增加, 在缺口附近出现应力集中, 此 时 2 #合金试样表面通过晶粒褶皱来缓解应力, 由于 添加稀 土 Y 后, 合金中 出现大量 细小、弥散的 Mg 3Zn6Y 相[ 17] , 该相对位错滑移起阻碍作用, 并促 使裂纹萌生所需载荷提高.当该相附近的应力超过 其断裂的临界应力时, 该相颗粒破碎, 基体裂纹在该 相处的萌生( 图 6( c) , ( d) ) .随着载荷进一步增加, 缺口附近所萌生的主裂纹与该相附近裂纹相贯通, 并迅速沿第 2 相扩展, 扩展路径也较 1 #合金有所偏 移 . 图 8 1 #合金主裂纹同基体裂纹形貌 Fig.8 Morphology of the main crack and m atrix crack in Alloy 1 # 1 #和 2 #合金裂纹主要通过撕裂方式相互连 通, 并在断口表面形成了小台阶与撕裂峰 .图 8 为 1 #合金主裂纹尖端同基体裂纹形貌, 由该图推测 ZK60 合金中的裂纹扩展模式如图 9 所示 .当合金 断裂过程中, 主裂纹和基体中萌生的二次裂纹具有 一定高度差, 两者通过撕裂方式相连接, 导致裂纹向 第 5 期 王 斌等:SEM 原位观察 ZK60( 0.9Y) 镁合金板材的断裂行为 · 589 ·