放射线与人字纹
放射线由起源向外发散；板状或矩形截面上的人字纹，尖顶指向起源。
断口分析能回答哪些问题
断口分析的对象是断裂面本身及其邻近区域。它首先回答“怎么断的”：断裂从哪一点或哪几点开始，裂纹沿什么方向扩展，是经历了较长时间的逐步扩展还是一次性断开，最后断开时承受的是拉伸、弯曲还是扭转。在此基础上，它为“为什么断”指明方向：起源处有没有冶金缺陷、腐蚀坑、加工刀痕或微动磨损，扩展过程中有没有环境参与。断口分析通常不能单独给出根本原因，但它决定了后续的金相、成分、硬度和受力分析应该朝哪个方向做，做在哪个部位。
- 断裂起源的位置和数量：单源还是多源，起源在表面、次表面还是心部。
- 断裂性质：疲劳、韧性过载、脆性过载、环境开裂，或者几种机理先后参与。
- 扩展方向和先后顺序：碎成多块或有多条裂纹时，哪一条最先形成。
- 载荷类型和相对应力水平：拉伸、单向弯曲、反复弯曲、旋转弯曲或扭转，名义应力偏高还是偏低。
- 起源处的促成因素：夹杂物、气孔、折叠、脱碳层、磨削烧伤、蚀坑或微动痕迹。
- 断开之前裂纹的经历：是否早已存在，是否受过热、被氧化或接触过腐蚀介质。
宏观断口的区域划分
宏观观察用肉眼、放大镜和体视显微镜完成，是整个断口分析的基础。观察时要变换光照角度，斜射光更容易显出弧线、台阶和放射线这类起伏较小的特征。疲劳断口和静载过载断口各有典型的三个区域，读懂这些区域的位置和大小，往往就能把断裂性质判断出大半。
需要注意的是，区域的大小和比例受材料韧性、截面尺寸、温度和加载速率的共同影响。同一种钢，厚截面上放射区明显、剪切唇窄，薄截面上可能几乎全是剪切断面；低温或冲击加载时纤维区缩小、放射区扩大。判断时要把这些条件考虑进去，不能只按图谱对号入座。
| 断口类型 | 区域 | 典型宏观特征 | 说明什么 |
|---|---|---|---|
| 疲劳断口 | 疲劳源区 | 面积小，平坦细腻，常位于表面应力集中处，多源时相邻起源之间有台阶 | 裂纹萌生的位置，是查找缺陷、加工损伤和腐蚀坑的重点部位 |
| 疲劳断口 | 扩展区 | 较平整，常见以源区为中心的贝纹线，越靠近源区越光滑 | 裂纹在交变载荷下逐步扩展，弧线记录了载荷变化、停机或环境变化 |
| 疲劳断口 | 瞬断区 | 粗糙，呈纤维状或结晶状，边缘常有剪切唇 | 剩余截面无法承载时一次断开，相对面积越大，名义应力通常越高 |
| 拉伸过载断口 | 纤维区 | 多位于截面中心，暗灰色，凹凸不平 | 微孔在心部三向拉应力区形核、长大，断裂由此开始 |
| 拉伸过载断口 | 放射区 | 由纤维区向外发散的放射状条纹，板状截面上呈人字纹 | 裂纹快速扩展，放射线和人字纹可用来回溯起源 |
| 拉伸过载断口 | 剪切唇 | 靠近外表面，与表面倾斜，较光滑 | 外层在平面应力条件下最后剪切断开 |
非金属材料有各自的宏观特征，例如玻璃和陶瓷的镜面区、雾状区和锯齿区，塑料的银纹区和撕裂区，判断方法与金属不同。
怎样判断裂纹源和扩展方向
找准起源是断口分析中最关键的一步，后续所有检验都要围绕起源展开。判断时不要只依赖一种特征，应当用几种相互独立的判据交叉核对，结论一致时才可靠。
零件碎成多块，或者断口附近还有多条裂纹时，要先确定主裂纹。可以把碎片按原来的位置摆放比对，但断面之间要留出间隙，不能相互接触。主裂纹找到后，再在它的断面上寻找起源。对断口附近未断开的二次裂纹，可在实验室中人为打开，新形成的断面与原有裂纹面在颜色和形貌上有明显差别，便于分辨旧裂纹的范围。
贝纹线
一般以源区为中心呈弧形分布，凹侧朝向源区；应力集中严重时表层扩展较快，弧线可能变平甚至反向弯曲。
疲劳台阶
相邻起源处的裂纹不在同一平面，扩展后相连形成台阶，台阶的数量有助于判断起源数量。
河流花样
解理面上的河流状台阶沿扩展方向汇合，逆着汇合的方向可以追溯起源。
剪切唇位置
剪切唇出现在最后断开的部位，起源处一般没有剪切唇。
多条裂纹的先后
一条裂纹止于另一条时，被截止的一条通常后形成；裂纹沿扩展方向分叉；氧化或腐蚀更重的断面通常形成更早。
宏观特征与载荷类型的对应关系
起源的位置、数量和瞬断区的位置共同反映了零件实际承受的载荷。瞬断区相对整个断面越小，说明裂纹扩展到较深处才断开，名义应力一般较低；起源数量多、沿圆周分布，通常提示应力较高或表面应力集中严重。这些判断是定性的，具体应力大小还要结合尺寸、材料性能和受力计算。
| 载荷或断裂方式 | 宏观断口特征 | 判断时注意 |
|---|---|---|
| 单向弯曲疲劳 | 起源在受拉一侧表面，瞬断区在相对一侧 | 起源位置指示受拉侧，可与安装方向和受力方向核对 |
| 反复弯曲疲劳 | 两侧表面都有源区，瞬断区多在中部 | 两侧扩展区大小不同时，说明两个方向的载荷不对称 |
| 旋转弯曲疲劳 | 起源在表面，常为多源；瞬断区相对源区偏转一定角度，名义应力高时移向中心 | 偏转与旋转方向有关，可作为核对转向的线索 |
| 扭转疲劳 | 断面与轴线约成 45° 的螺旋面，或沿横截面、纵向扩展；花键、键槽根部常见锯齿状或屋脊状形貌 | 断面取向取决于正应力还是切应力主导，要结合材料和应力集中判断 |
| 韧性拉伸过载 | 明显的颈缩或塑性变形，杯锥状或斜断口 | 优先核对实际尺寸、硬度和载荷，排查材料用错或热处理不足 |
| 脆性过载 | 断面平齐，几乎无塑性变形，结晶状闪光，常见人字纹 | 关注低温、冲击、缺口约束和材料韧性 |
| 扭转过载 | 韧性材料多沿横截面断开，留下旋涡状擦痕；脆性材料多沿螺旋面断开 | 断面取向可帮助区分材料偏韧还是偏脆 |
| 环境开裂 | 断面较平，起源区可有腐蚀产物或变色，附近常有平行或分枝的细小裂纹 | 宏观上与脆性过载相似，需要微观形貌和产物分析才能区分 |
典型微观形貌怎么读
微观观察主要用扫描电子显微镜，在源区、扩展区和瞬断区分别取点，由低倍到高倍逐级观察。实际断口往往是几种形貌的组合，例如起源处为沿晶，扩展区出现辉纹，瞬断区为韧窝，这说明裂纹先在某种脆化或环境作用下萌生，随后在交变载荷下扩展，最后过载断开。只看一个视场就下结论，是微观断口分析中最常见的错误。
| 微观形貌 | 主要特征 | 通常指示 | 常见误读 |
|---|---|---|---|
| 疲劳辉纹 | 平行、间距较规则的细条纹，垂直于局部扩展方向，常成组出现在一个个小平台上 | 交变载荷下裂纹的逐步扩展 | 把刀痕、摩擦划痕、珠光体片层或滑移线当作辉纹；看不到辉纹就排除疲劳 |
| 等轴韧窝 | 大小不一的圆形凹坑，底部常见第二相粒子或夹杂物 | 正应力作用下微孔聚集型韧性断裂 | 认为有韧窝就说明材料合格；忽视疲劳瞬断区本来就是韧窝 |
| 拉长韧窝 | 韧窝沿一个方向拉长，剪切时两侧断面拉长方向相反，撕裂时方向相同 | 剪切或撕裂载荷下的韧性断裂，可判断局部受力方向 | 与摩擦后被拖长的形貌混淆 |
| 解理 | 穿过晶粒的平坦刻面，有河流花样、解理台阶或舌状花样 | 穿晶脆性断裂，常见于低温、冲击或强约束下的体心立方金属 | 与准解理混淆；认为出现解理就一定是材料不良 |
| 准解理 | 小而不规则的刻面，周围有撕裂棱，介于解理和韧窝之间 | 淬火回火钢的脆性断裂，也可见于氢致开裂 | 当作典型解理或沿晶断裂 |
| 沿晶 | 显露晶粒多面体外形，呈冰糖状，晶面上可有细小韧窝、发纹或腐蚀产物 | 晶界被削弱，可能来自氢脆、回火脆、沿晶应力腐蚀、过热过烧、淬火裂纹或高温蠕变 | 一见沿晶就定为氢脆；忽视晶面细节的差别 |
| 泥纹状覆盖层 | 断面覆盖腐蚀产物，干燥后龟裂成泥纹状 | 断面在腐蚀介质中暴露过 | 不区分产物形成于开裂过程中还是断开之后 |
| 压平摩擦区 | 原始形貌被压平、抹平，可见同方向的划痕 | 裂纹面闭合摩擦、断后对合或搬运损伤 | 把压平区当作起源，或当成磨损失效的证据 |
断口的保护、清洗与切取
断口的微观细节非常脆弱。辉纹和韧窝的尺度很小，一次对合、一次手指触摸或几天的潮湿存放就可能把它们破坏。清洗也要谨慎：过度清洗会腐蚀断面，产生类似沿晶或点蚀的假象，还会把有诊断价值的产物一并除去。复型膜粘取既能清除浮尘，又能把粘下来的产物保留下来另作分析，是比较稳妥的做法。
- 到手即保护断面朝上放置，用干净的软材料覆盖，不用手摸，不在断面上写字或贴标签。
- 不要对合不要把两半断口对在一起，需要比对时分开放置、分别拍照。
- 保持干燥放入密封袋并加干燥剂，不随意涂油或防锈剂；必须涂覆时，记录所用物质以便后续清除。
- 先取产物再清洗断面上的腐蚀产物、沉积物和异物，先取样或做原位成分分析，再考虑清洗。
- 由轻到重清洗依次尝试干燥空气吹扫和软毛刷、复型膜粘取、有机溶剂超声清洗；仍不满足观察要求时，才考虑含缓蚀剂的清洗液或电解清洗，每一步之后都观察记录。
- 远离断面切取需要缩小尺寸时，在远离断面的位置切割，充分冷却，遮盖断面，防止受热、切屑和冷却液污染。
局限与常见误判
断口分析能可靠地判断断裂性质和起源，但对应力大小只能给出定性判断，对根本原因往往只能提出方向。断面严重锈蚀、烧损或反复摩擦时，部分信息无法恢复，此时更要依靠断口以外的二次裂纹、金相截面和使用资料。下面这些误判在实际分析中经常出现。
| 常见误判 | 原因 | 如何避免 |
|---|---|---|
| 只看到粗糙区就定为过载 | 疲劳扩展区小或被损伤，注意力集中在最后断开的区域 | 观察整个断面，寻找源区、弧线和台阶 |
| 没有辉纹就排除疲劳 | 高强度钢的辉纹细小模糊，锈蚀和摩擦会破坏辉纹 | 结合贝纹线、台阶、源区形态等多项特征综合判断 |
| 把贝纹线等同于辉纹 | 两者尺度和成因不同，相邻两条贝纹线之间可包含大量载荷循环 | 贝纹线反映载荷变化或停机，辉纹反映循环扩展 |
| 用辉纹计数直接推算寿命 | 辉纹只在部分区域可分辨，间距随裂纹长度和载荷变化 | 只作为估算参考，结合载荷资料和断裂力学方法 |
| 沿晶断口直接归因于氢脆 | 回火脆、应力腐蚀、过烧、淬火裂纹和蠕变都可能沿晶 | 结合晶面细节、组织、硬度、工艺记录和环境资料区分 |
| 把断面上最大的缺陷当作起源 | 断面上可能有多处缺陷，最大的不一定在起源处 | 先依据放射线和弧线确认起源，再检查起源处的缺陷 |
| 把人为损伤当作原始特征 | 拆卸、运输、切割和清洗会留下撞痕、烧伤或腐蚀 | 了解拆卸和处理过程，对比两侧断面上的对应位置 |
| 凭锈色确定断裂时间 | 氧化和锈蚀速度受温度、湿度和介质影响很大 | 颜色只用于区分新旧断面或判断是否受热 |
在失效分析流程中的位置
断口分析一般紧接在外观检查和无损检测之后，先于任何破坏性检验。宏观观察确定源区和扩展方向后，再决定微观观察取哪些点；微观观察完成后，再通过起源截取金相截面，查看起源处的组织、夹杂物、脱碳层或加工变质层，并测量硬度。如果顺序颠倒，先切金相再看断口，起源可能已被切掉或污染。
断口给出的载荷类型和应力水平判断，还需要与尺寸核查、材料检验、受力计算和使用记录相互印证。断口显示疲劳扩展、而设计载荷看上去并不高时，要考虑是否存在共振、松动或冲击等额外的交变载荷，这时可以结合现场振动测试确认激振来源和实际应力。只有断口证据、材料证据和工况证据指向同一结论，分析才算闭合。
北京与杭州的分工
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析；需要实验室仪器分析的部分，可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志，在方案和报价中写明。
常见问题
断口已经生锈了，还能分析吗？
轻度锈蚀经过适当清洗后，宏观特征和部分微观形貌通常仍可观察；锈蚀严重或长时间暴露会破坏辉纹等细节。清洗前应先保留产物用于成分分析，再由轻到重逐步清洗。
两半断口能对在一起看看吻不吻合吗？
不建议。对合时两侧凸起相互挤压摩擦，会破坏起源和扩展区的微观形貌。需要比较两侧时，应分开放置、分别拍照，由分析人员在显微镜下对照观察。
只看断口照片能判断断裂原因吗？
清晰的宏观照片可以初步判断断裂类型、起源位置和大致的载荷类型，但无法确认微观机理和根本原因，还需要实物的微观观察、金相和成分检验，以及使用条件资料。
断口上全是韧窝，是不是说明材料没问题？
韧窝只说明该区域以微孔聚集方式断开。疲劳断口的瞬断区本来就是韧窝；材料强度不足、尺寸不符或载荷过大，同样会得到韧窝断口，还要结合硬度、成分和受力判断。
断口分析和金相分析先做哪个？
一般先做断口分析。断口观察确定起源后，再通过起源截取金相截面，才能看到起源处的组织和缺陷。先切金相可能把起源切掉，或让切削液污染断面。